CN115216641A - 一种无碳化铅冶炼装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种无碳化铅冶炼装置及方法，无碳化铅冶炼装置上部为硫化铅低温流化床焙烧区，中部为铅还原区，下部为炉渣精炼区；所述硫化铅低温流化床焙烧区包括硫化铅进料仓、流化床焙烧炉和PbO熔化炉；还原区包括铅还原炉和流态化床；铅还原炉通过连通管路连接PbO熔化炉下方，铅还原炉外部设置有保温仓，所述下部炉渣精炼区包括铅熔池和气体底吹装置；铅熔池设置在保温仓下方，气体底吹装置设置在铅熔池底部，实现了铅资源的物料与热量连续性，节约资源能耗；实现SO2气体的循环高效利用，降低处理成本，无碳式工艺设计，降低焦炭等成本，实现了铅资源的高效利用，也减少烟尘中的污染与浪费。

Description

一种无碳化铅冶炼装置及方法
技术领域
本发明涉及铅冶炼技术，具体涉及一种无碳化铅冶炼装置及方法。
背景技术
21世纪以后，国际铅市场规模逐渐扩大，而我国的铅消费量也在逐年上升，铅产量每年以直线上升的趋势递涨。从2002年起，我国铅产量和消费量均跃居世界第一，目前是名符其实的铅生产和消费大国。目前我国铅冶炼行业的特点是工艺齐全，但生产规模普遍较小，企业的工艺技术及装备水平参差不齐，有些企业已经跨人国际先进行列，技术经济指标同比也是国际上的佼佼者，但也有相当多的铅冶炼企业工艺落后，生产装备原始，工人作业环境非常恶劣，经济效益不理想，急需进行工艺改进。早期许多铅冶炼企业对供应的原料要求是必须满足自身的条件，而现在则是千方百计改进原有工艺操作条件，以适应各种复杂的原料特性来维持生产。
目前从矿石或精矿中提取金属铅的方法，可以分为火法冶炼与湿法冶炼。铅的冶炼几乎都是火法，湿法炼铅至今仍处于试验阶段。传统的火法炼铅以烧结焙烧-鼓风炉熔炼流程为主。直接炼铅工艺出现以来，炼铅技术有了较大的发展。上世纪80年代开始在工业应用的直接炼铅方法主要是氧气闪速电热熔炼Kivcet法和氧气底吹熔池熔炼QSL法，它将传统的烧结焙烧-还原熔炼两个火法过程合并在一个装置内完成，提高了硫化矿原料中硫和热的利用率，简化了工艺流程，同时也改善了环境。目前中国新建或改造的铅冶炼企业大部分采用该法，并且该技术已推广到印度、澳大利亚等国，各项技术指标仍在不断优化之中。其它的熔炼方法，如富氧顶吹熔炼法、SKS 法等，可以达到简化工艺流程、改善环境的目的。虽然新工艺和新技术取得了很大的发展，但是并没有淘汰传统的铅冶炼工艺。主要原因是传统工艺过程易于掌握和控制，金属回收率高，对各种原料适应性强，工艺成熟可靠。但传统工艺有一些致命的弱点难以克服。这些缺点主要有：
1)返粉量大。由于PbS熔点低而造成的焙烧脱硫困难，要求烧结机进料含硫保持在5～7％，为此需配入3.5～4倍于原料量的返粉，烧结炉料配料时要根据炉料的含硫量加入一定量的返粉来冲稀炉料中的含硫量。整个烧结过程得到的实际烧结块的量减少，而大量产物返粉又要返回到下一个过程处理，如此反复，使烧结焙烧过程是处在一个加工大量返粉条件下生产，无效消耗大。这就不仅降低了设备能力，同时也限制了烟气二氧化硫浓度的提高，为二氧化硫的回收带来困难，而且返粉的制备须经烧结块冷却、多段破碎、运输、配料等过程，从而加剧了铅尘和烟气对环境的污染。
2)SO2回收困难。烧结过程产生的烟气SO2浓度低(<3％)，很难用于制酸。国内的一转一吸法制酸和非稳态制酸虽可以满足低浓度SO2的制酸，但SO2的转化率低、尾气SO2难以达到国家标准，造成空气的污染。
3)精矿焙烧产物在多段破碎、筛分时工艺流程长、物料量大，导致粉尘排放量大。
未来20年内，中国工业面临资源供给短缺、环境污染总量增大等一系列挑战，其突出特点是资源利用率低、能源消耗强度大、工业结构性污染严重及“三废”排放强度大。
针对该问题，就需要按照规划进行循环发展，限制铅冶炼产业盲目扩张，开拓铅冶炼新工艺，从源头上确保铅冶炼过程稳定、节能、安全、环保，在生产效率和提高经济效益的同时，使各项技术指标达到国家的环保政策要求。
目前，在铅冶炼的研究方面，中南大学在河南新乡的氧气侧吹熔池熔炼直接炼铅技术已取得一定进展；灵宝市鑫华铅业公司在闪速熔炼炼铅工艺方面正在进行工业化装置开发；河南豫光金铅股份公司在进行液态高铅渣直接还原试验研究方面取得了突破性进展，工业化应用工作正在有序推进。
目前较流行和认可的工艺技术有：氧气底吹熔炼-鼓风炉还原炼铅法(SKS)，基夫塞特熔炼法(Kivcet)，富氧底吹熔池熔炼法(QSL)，卡尔多炼铅法(Kaldo)等。
1.烧结-鼓风炉炼铅法
烧结-鼓风炉炼铅法属传统炼铅工艺，我国现有的铅生产厂几乎都采用这一传统工艺。此法即硫化铅精矿经烧结焙烧，得到的烧结块在鼓风炉中进行还原熔炼，产出粗铅。烧结一鼓风炉炼铅法虽然工艺稳定、可靠，对原料适应性强，经济效果尚好，但该工艺有着致命的缺点：烧结烟气SO2浓度低，采用常规制酸工艺难以实现SO2的利用，我国大部分铅厂都直接排空，严重污染大气环境。此外，烧结过程中产生的热量不能充分利用，热料多段破碎、筛分，工艺流程长，物料量大，劳动作业条件恶劣，对空气存在较大污染。
2氧气底吹熔炼-鼓风炉还原炼铅法
氧气底吹熔炼-鼓风炉还原炼铅法(或称SKS法)是我国自行研发的新工艺，具有自主知识产权，其各项指标处于国际先进水平。该工艺上是将冶炼的氧化和还原过程分开，在不同的反应器上完成，即在熔炼炉内主要完成氧化反应以脱除硫，同时产出一部分粗铅和高铅渣。高铅渣均是通过铸渣机铸成块状再送入鼓风炉进行还原熔炼，产出的粗铅送往精炼车间电解，产出的炉渣流至电热前床贮存保温，电热前床的熔渣流入渣包或通过溜槽进入烟化炉提锌。该工艺从根本上解决了传统烧结一鼓风炉还原熔炼工艺低浓度SO2烟气对环境的污染问题，具有生产成本低、环境条件良好、自动化程度高等优点。
3基夫塞特炼铅法
基夫塞特炼铅法是一种闪速熔炼直接炼铅法，是工艺先进、技术成熟的现代直接炼铅法。可处理各种不同品位的铅精矿、铅银精矿、铅锌精矿和鼓风炉难以处理的硫酸盐残渣。由于对原料有广泛的适应性，并能回收原料中的有价金属，尾气符合国家排放标准，操作条件好，该法有着良好的发展前景。缺点是原料制备精细，要求深度干燥到含水0.5％～1％。基夫赛特炉和锅炉结构复杂，炉体采用大量铜块水套，需购买技术，投资高，且电耗也较高。
4富氧底吹熔池熔炼法
富氧底吹熔池熔炼法(QSL法)，是直接炼铅法之一。它省去了传统烧结-鼓风炉炼铅工艺的烧结工序，具有流程短、热利用率高、烟气中SO2浓度高、硫利用率高等优势。QSL法是将铅精矿与熔剂、烟尘、粉煤等按一定比例混合制粒后直接加入反应器，在一个反应器中先后完成脱硫及还原过程，产出粗铅和炉渣，进行连续熔炼，依靠反应器底部的喷枪供给氧化剂与还原剂，以维持氧化和还原的进行。德国斯托贝克厂和韩国温山冶炼厂分别采用不同隔墙结构的QSL反应器进行生产，铅生产能力已由初期的60kt/a提高到目前的100-1l0kt/a。
5卡尔多(Kaldo)炼铅法
卡尔多(Kaldo)炼铅法是瑞典波立登(Boliden)公司拥有的专利技术，目前应用该工艺生产的工厂有2座，已运行多年。其氧化和还原操作分两阶段进行，炉子间断作业，需要特殊处理，给后续的制酸带来麻烦。另外炉寿命只有3个月，耐火材料消耗高，并非理想的炼铅工艺。
统观世界铅冶炼的技术状况，新工艺和新技术推广虽然取得了很大的成功，部分性地解决了流程长、能耗高和污染大的问题，但是还没有成为生产技术的主流。目前，传统的烧结焙烧-鼓风炉还原熔炼生产粗铅的方法依然占据生产主流位置，其所生产的铅约占总铅量的70％以上。因此，说明现有的铅冶炼技术发展需要有更大发展。
硫化铅直接炼铅新工艺，之所以推广应用并不迅速和不彻底，可能与下述因素有关：
1)铅是重有色金属中投资利润率相对较低，现有技术所创造的经济价值有限。盲目投资，必将承担较大的财务风险。
2)国内目前大部分铅冶炼工业，由于熔炼技术和设备落后，导致铅矿产资源的浪费，表现在铅回收率低，仅为80％-85％，而国外的回收率一般为95％，全国每年大约有1万吨铅在熔炼过程中流失掉，因此考需虑对铅资源进行循环利用。
3)硫化铅、氧化铅及金属铅等都是沸点比较低的物质，尤其是硫化铅在600℃就开始挥发，其沸点仅为1281℃，在1000-1100℃的熔炼温度下，它们的蒸汽压都相对较高。PbS、Pb、PbO等大量挥发，导致烟尘率很高。加之其粘性特征导致烟尘粘结，致使超细干尘清理、输送、混料等过程的粉尘挥扬造成的低空污染问题；烟尘率高，返料率就高，能耗也相应提高。基于这些原因，铅冶炼改造以及炼铅新工艺的开发和应用难度较大。造成21世纪初世界年产600多万t铅，用新工艺生产的不足100 万t，世界铅产量的80％以上仍然采用传统的烧结-鼓风炉流程生产。
4)在冶炼过程中，硫精矿氧化焙烧后期的冷却破碎造成能量浪费，还是还原过程中大量使用焦炭增加能量消耗，均导致传统铅冶炼工艺能耗高，达到400-600kg/t(以标准煤计)，国外水平是150-200kg/t(以标准煤计)，是国外能耗的2-4倍。
(5)污染严重，熔炼过程中产生大量的铅蒸气、铅尘、低浓度二氧化硫，废气中铅含量超过国家标准几十倍。
6)鼓风炉熔炼得到的含锌炉渣经烟化处理后产生的烟化炉弃渣温度高达1100℃-1200℃，含有大量显热，有回收利用价值。但目前国内烟化炉放渣均采用水淬的方式，冲渣水用于取暖，这种利用方式效率很低，只有10％左右。由配料、烧结焙烧、鼓风炉熔炼、粗铅精炼等几个工序组成。烧结焙烧、熔炼产生的烟气经收尘处理，烟尘返回与熔剂、精矿、返粉一起作为冶炼原料，SO2一部分制酸,浓度低的无法制酸而排入大气中。鼓风炉熔炼得到的含锌炉渣经烟化处理后的氧化锌粉尘主要成分为铅、锌氧化物及少量稀有元素，烟气及弃渣温度均高达1000℃以上，弃渣中仍含有铜、金、银等贵金属和一定量的铅、锌等有毒金属。对于目前最常用高效的氧气底吹熔炼 -鼓风炉还原炼铅法，硫化铅氧化脱除硫后产生的氧化铅铅渣，均是通过铸渣机铸成块状再送入鼓风炉进行还原熔炼。这样额外增加了冷却粉碎铸块等多余的工序，且浪费了一定的热量。
上述工艺存在以下共性关键问题：
1)低温高含量氧化铅焙烧技术
无论是传统的两步法铅冶法，还是硫精矿直接铅冶金，都存在氧化焙烧过程。其核心是将PbS转化为PbO。但是由于氧化焙烧过程中Pb-O-S共存的冶炼环境，部分硫化铅转化为PbSO4。PbSO4的存在，对于火法炼铅还是湿法炼铅都是不利的。为了降低PbSO4，需要提高温度和通氧量。但是即使如此，也没有彻底改变Pb-O-S共存的冶炼环境。反而造成三个问题。一是通氧量高，SO2烟气浓度降低，硫酸制备成本升高。二是能耗加大，焙烧硫精矿块依然是以PbO为主要成分含有PbS和PbSO4的混合物。三是PbS和PbO随着温度升高，饱和蒸气压增大，造成大量烟灰返料。因此，低温充分焙烧是解决上述问题的关键。
2)高效铅还原技术
无论是传统两步法铅冶法中鼓风炉还原工艺中，烧结焙烧块与CO高温气固反应生产Pb和CO2。还是硫精矿直接铅冶炼还原过程中液态的PbO与顶吹和底吹进去的空气、O2发生气液反应，生成的CO2和Pb。在此两个过程中，都会造成Pb和PbO 挥发而形成大量烟灰返料。造成能耗高，效率和成品率低；
3)无碳铅冶炼技术
无论是传统的两步法铅冶法，还是硫精矿直接铅冶金，都需要通过焦炭燃烧产生CO进行PbO还原，从而形成大量CO2排放。这是现有铅冶金技术所无法解决的问题。
4)高浓度SO2制备技术
无论是传统的两步法铅冶法，还是硫精矿直接铅冶金，都会产生浓度≤6％SO2气体，无法满足制酸所需浓度要求。造成制酸成本居高不下，企业环保成本巨大。
发明内容
为解决现有的技术不足，本发明目的在于提供一种无碳化铅冶炼装置及方法，降低能耗，减少烟尘率和返料量，提高SO2浓度和资源循环率。
为实现上述目的，本发明采用如下方案：
一种无碳化铅冶炼装置，上部为硫化铅低温流化床焙烧区，中部为铅还原区，下部为炉渣精炼区；
所述硫化铅低温流化床焙烧区包括硫化铅进料仓、流化床焙烧炉和PbO熔化炉；硫化铅进料仓通过输送管道安装在流化床焙烧炉上方，流化床焙烧炉顶部还开设有排烟口、前端部连通有氧气/空气进气管道一、后端部连通有氧气/空气进气管道二、外部设置有电加热丝，氧气/空气进气管道一伸入到流化床焙烧炉底部送入氧气/空气；流化床焙烧炉靠近后端部底部开设出料口，PbO熔化炉设置在流化床焙烧炉下方与流化床焙烧炉出料口连通；
所述还原区包括铅还原炉和流态化床；铅还原炉通过连通管路连接PbO熔化炉下方，铅还原炉外部设置有保温仓，铅还原炉悬挂在保温仓中并与保温仓仓壁之间预留空腔作为蒸气区，保温仓上开设有与蒸气区连通的排气口一，流态化床入口通过气体管道与排气口一连通，流态化床出口通过管路与铅还原炉入口处连通管路连通，该连通管路上安装有加热器；
所述炉渣精炼区包括铅熔池和气体底吹装置；铅熔池设置在保温仓下方，气体底吹装置设置在铅熔池底部，气体底吹装置通过排气管道二与流化床焙烧炉顶部开设的排烟口连通，铅熔池顶部开设有排气口二；进入铅熔池物料反应后形成下层粗铅层和上层氧化铅层，铅熔池上开设有位于氧化铅层的排料口，排料口通过排料管道与PbO 熔化炉连通，排料管道上安装有第三阀门和虹吸装置二；铅熔池上还开设有位于粗铅层的出铅口。
进一步，所述流化床焙烧炉中设置不锈钢多孔板流化床，所述不锈钢多孔板流化床为由不锈钢面板围成的箱体结构，箱体前后两侧开放，箱体中间水平设置的不锈钢多孔板将箱体分为料仓和气仓上下两个空间，不锈钢多孔板上均匀开设有孔洞，连接硫化铅进料仓的输送管道与料仓连通，氧气/空气进气管道一伸入到气仓中。
进一步，所述流化床焙烧炉一侧安装有振动器，不锈钢多孔板流化床的底板下部与流化床焙烧炉之间安装有第二弹簧及第一弹簧。
进一步，所述氧气/空气进气管道一上连接有多个并排设置的支气管道，支气管道上开设有气孔。
进一步，所述流化床焙烧炉整体呈前端部高、后端部低的倾斜设置。
进一步，所述排气管道二上安装有增压器和引风机。
进一步，所述PbO熔化炉外部从内向外依次包覆有第一电加热层和第一保温层，所述铅熔池外部从外向内依次包覆第二保温层和及第二电加热层；所述保温仓外部设置有电加热丝。
进一步，所述铅熔池上位于氧化铅层连接有炉渣定期清理装置；所述排气口二上连接有气固分离装置，气固分离装置气体出口连接有排气管道一；所述出铅口连接虹吸装置一后与铅精炼/浇铸装置连通。
一种无碳化铅冶炼方法，包括以下步骤：
(1)、硫化铅精矿粉末经硫化铅进料仓进入流化床焙烧炉内与经过氧气/空气进气管道一通入的氧气/空气反应，同时通过氧气/空气进气管道二吹入O2/空气，促进 SO2向上通过排烟口排出，生成的PbO在重力分力和底吹气体浮力作用下进入PbO 熔化炉加热使PbO呈熔融态；
(2)、熔融态的PbO流入铅还原炉内，同时以高纯SO2为载气的硫化铅粉末加热后在流态化床作用下喷射入PbO液流中使PbO雾化，形成液体PbO包裹固体PbS 粉末的结构，在铅还原炉内PbO与PbS反应得到的Pb和SO2在重力作用下分离，液态Pb及炉渣进入铅熔池中，SO2携带过量的液态PbO中的Pb/PbO升华部分以及微量PbS溢出铅还原炉进入蒸气区内通过流态化床再次作为载气返回铅还原炉循环反应；
(3)、来自于低温焙烧过程的低浓度SO2引入铅熔池底部与液态Pb及炉渣在铅熔池中反应生成Pb和PbO，去除了O2的高浓度SO2从铅熔池上部排气口二得到高浓度SO2，Pb与PbO在熔池中将形成上层为PbO下层为Pb的双层状态，上层PbO送入PbO熔化炉中与进料的熔融态PbO进入铅还原炉中再次重复反应，铅熔池底部的 Pb从出铅口排出。
本发明以低温充分焙烧制取PbO+无碳铅冶金+高浓度SO2技术为核心，构建新一代无碳化铅冶金技术体系，具有以下有益效果：
1、低温高含量硫化铅焙烧技术
如前背景技术所述所述，PbS烧结焙烧过程是在Pb-O-S共存的冶炼环境中进行的。因为SO2的存在，将PbS全部转化为部分硫化为PbO而不生成PbSO4是非常困难的。其关键是必须将PbS置于完全O的环境中。本发明将氧气/空气进气管道一伸入到流化床焙烧炉底部送入氧气/空气，通过富氧底吹的方法在富氧底吹条件下发生2PbS+3O2＝2PbO+2SO2反应。生成的SO2又在富氧压力下及时脱离PbO，从而加快上述反应向右推进，提高了反应效率。PbS精矿经过低温底吹氧化焙烧形成高含量的PbO 粉末，PbSO4含量显著降低；同时由于温度相对较低，PbS和PbO的升华降低。此外还生成了含有一定O2的SO2混合气体。
2、高效铅还原技术
PbO具有较低的熔点，经流化床焙烧炉焙烧后的热态氧化铅继续加热至PbO熔点(886℃)以上熔化，连续性加热，热量损失少。利用低熔点的特征将上述充分氧化的PbO加热熔化，并从下流口流出。
同时通过流态化床以高纯SO2为载气将PbS精矿粉末喷射入PbO液流之中PbO 雾化，使之形成液体PbO包裹固体PbS粉末结构。利用PbS高的比表面积和液固反应充分的传热和传质条件，传热传质效果显著；使之发生2PbO+PbS＝3Pb+SO2。反应后的Pb和SO2在重力作用下分离，液态Pb进入熔池，SO2携带过量的液态PbO中的Pb/PbO升华部分以及微量PbS溢出铅还原炉，再次作为载气返回铅还原炉循环，既实现了升华PbO的回收，又实现了SO2气体的高浓度。有效降低了SO2制酸成本。
3、高浓度SO2制备技术
流化床焙烧炉焙炼生成的低浓度SO2混合气体投入到后期铅炉渣熔池中，来自于低温焙烧过程的低浓度SO2，通过加压再次底吹进入Pb熔池中，作为搅动分离气体。 SO2混合气中过量的O2与Pb反应生成2Pb+O2＝2PbO。剩余的SO2浓度显著提高，去除了O2的高浓度SO2从炉渣精炼炉中溢出进行固液分离后，可进行高浓度SO2收集与利用。
4、PbO循环技术
铅还原炉中过量的PbO和反应生产的Pb会沉降至熔池中。SO2混合气中O2与 Pb在熔池中反应生成PbO。因为Pb与PbO密度相差较大，铅密度为11.34g/cm3，而 PbO的密度为9.53g/cm3，加之底吹SO2混合气对熔池的扰动作用，在熔池中将形成上层为PbO下层为Pb的双层状态。通过虹吸作用将上层的PbO提升至铅还原炉中，进行再次放流并与喷射的PbS再次反应，实现过程连续化。增加了氧化铅的循环利用，还原炉中生成的氧化铅炉渣进行分离处理后，重新投入到还原炉中做为反应物进行反应，实现了铅资源的高效利用。
5、Pb熔铸与精炼
铅熔池底部的Pb，既可以通过放流进入模具，可以形成粗铅锭；也可以进入精炼炉完成净化提出。
6、熔渣的提取
铅精矿中的其他杂质主要以氧化物形式存在，比如SiO2、CaO、Al2O3等，其密度比PbO更低，会存在于熔池上部，可以通过定期出渣处理实现分离。
7、不需要焦炭、返粉等物料，无碳式铅冶炼工艺，可有效减少烟尘中的大量粉尘与污染物，减少能耗与生产成本。
附图说明
图1是无碳化铅冶炼装置的结构示意图
图2是硫化铅焙烧部分不锈钢多孔板流化床示意图
图中：1、氧气/空气进气管道一；2、第一弹簧；3、不锈钢多孔板；4、振动器； 5、硫化铅进料仓；6、进料仓阀门；7、排烟口；8、料仓；9、气仓；10、第二弹簧； 11、电加热丝；12、多孔板；13、氧气/空气进气管道二；14、第一保温层；15、第一电加热层；16、第一阀门；17、加热器；18、气体管道；19、硫化铅粉末；20、流态化床；21、排气口一；22、电加热丝；23、蒸气区；24、铅还原炉；25、第二阀门； 26、气固分离装置；27、排气管道一；28、排气口二；29、炉渣定期清理装置；30、铅精炼/浇铸装置；31、虹吸装置一；32、出铅口；33、第二保温层；34、第二电加热层；35、气体底吹装置；36、粗铅层；37、氧化铅层；38、进气管道；39、增压器； 40、引风机；41、排料口；42、支撑材料；43、悬挂固定器件；44、排料管道；45、第三阀门；46、虹吸装置二；47、排气管道二；48、支气管道；49、孔洞；50、不锈钢面板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，本发明的无碳化铅冶炼装置，上部为硫化铅低温流化床焙烧区，中部为铅还原区，下部为炉渣精炼区。
上部硫化铅低温流化床焙烧区：包括硫化铅进料仓5、流化床焙烧炉和PbO熔化炉；硫化铅进料仓5通过输送管道安装在流化床焙烧炉上方，输送管道上安装有进料仓阀门6，流化床焙烧炉顶部还开设有排烟口7、前端部连通有氧气/空气进气管道一 1、后端部连通有氧气/空气进气管道二13、外部设置有电加热丝11；流化床焙烧炉中设置不锈钢多孔板流化床，硫化铅精矿粉末进入硫化铅进料仓5内，在进料仓阀门 6控制下进入到不锈钢多孔板流化床中，流化床焙烧炉靠近后端部底部开设出料口，PbO熔化炉设置在流化床焙烧炉下方与流化床焙烧炉出料口连通；所述PbO熔化炉外部从内向外依次包覆有第一电加热层15和第一保温层14。
如图2所示，所述不锈钢多孔板流化床为由不锈钢面板50围成的箱体结构，箱体前后两侧没有围挡，箱体中间水平设置的不锈钢多孔板3将箱体分为上下两个空间，上部空间为料仓8，下部空间为气仓9，不锈钢多孔板3上均匀开设有孔洞49，连接硫化铅进料仓5的输送管道与料仓8连通，流化床焙烧炉前端部连接的氧气/空气进气管道一1伸入到气仓9中，氧气/空气进气管道一1上连接有多个并排设置的支气管道48，支气管道48上同样开设有气孔。
经过氧气/空气进气管道一1通入的氧气/空气，在气仓9内的支气管道48流动排放，在进气压力下通过不锈钢多孔板3中的孔洞49进入到料仓8与其中的硫化铅精矿粉末反应。生成的SO2气体在下部O2/空气作用下向上通过流化床焙烧炉顶部还开设有排烟口7排出，从而避免了PbO+SO2+O2的环境，消除了PbSO4的产生。
依靠外部的电加热丝11对流化床焙烧炉进行供热，加快物料反应程度及气体排出速率，底吹的核心是将PbO与SO2和O2分离，避免生成PbSO4。所述流化床焙烧炉整体呈前端部高后端部低倾斜设置，生成的PbO在重力分力和底吹气体浮力作用下，由前端部上方向后端部下方移动，利于PbO进入流化床焙烧炉后端部下方布置的PbO熔化炉中，在PbO熔化炉外部的第一电加热层15和第一保温层14共同作用下，保证PbO处于熔融状态。
为了避免流化床焙烧炉内SO2的进入，在PbO进入PbO熔化炉进口时，由后端部水平方向经过氧气/空气进气管道二13吹入O2/空气，增加下部PbO熔化炉内部和流化床焙烧炉后端部下方气压，促进SO2向排烟口7移动，实现SO2和PbO的及时分离，也消除了PbSO4的产生。
如图1所以，此外，为了调整和控制粉末的流动速度，在流化床焙烧炉侧部加上振动器4，在不锈钢多孔板流化床的底板下部与流化床焙烧炉之间安装有第二弹簧10 及第一弹簧2，在振动器4的作用下，倾斜底板发生振动，下端的立式第二弹簧10 及第一弹簧2提供可以摇晃的空间。这样倾斜设置的不锈钢多孔板3上的物料就会加速向下移动。
中部为还原区：包括铅还原炉24和流态化床20；铅还原炉24设置在PbO熔化炉下方通过连通管路与PbO熔化炉连接，其连通管路上安装有第一阀门16，可通过第一阀门16控制流入铅还原炉24熔融态PbO的量。铅还原炉24通过悬挂固定器件 43固定在PbO熔化炉下方，铅还原炉24外部设置有保温仓，铅还原炉24悬挂在保温仓中，铅还原炉24与保温仓仓壁之间预留有空腔，保温仓上开设有与空腔连通的排气口一21，保温仓外部设置有电加热丝22，保温仓通过支撑材料42安装在底部炉渣精炼区铅熔池上。
所述流态化床20入口通过气体管道18与保温仓外部排气口一21连通，流态化床20出口通过管路与铅还原炉24入口处连通管路连通，流态化床20与铅还原炉24 连接的管路上安装有加热器17。
充分氧化的PbO经PbO熔化炉加热熔化，在第一阀门16的控制下，流入铅还原炉24内，同时以高纯SO2为载气的硫化铅粉末19在流态化床20作用下，经过加热器17喷射入PbO液流使PbO雾化，使之形成液体PbO包裹固体PbS粉末结构。利用PbS高的比表面积和液固反应充分的传热和传质条件，在铅还原炉内发生 2PbO+PbS＝3Pb+SO2。反应后的Pb和SO2在重力作用下分离，液态Pb及炉渣进入铅还原炉24下方的铅熔池中，SO2携带过量的液态PbO中的Pb/PbO升华部分以及微量 PbS溢出铅还原炉24进入铅还原炉24与保温仓之间的空腔即蒸气区23内，通过排气口一21排出到流态化床20再次作为载气返回铅还原炉24循环。同时，外层电加热丝22提供一定热量保证反应在合适温度。
下部炉渣精炼区：包括铅熔池、气固分离装置26、炉渣定期清理装置29、铅精炼/浇铸装置30和气体底吹装置35；铅熔池设置在保温仓下方，铅熔池外部从外向内依次包覆第二保温层33和及第二电加热层34，铅熔池与保温仓之间通道上安装有第二阀门25，气体底吹装置35设置在铅熔池底部，气体底吹装置35通过排气管道二 47与流化床焙烧炉顶部开设的排烟口7连通，排气管道二47上安装有增压器39和引风机40。铅熔池顶部开设有排气口二28，气固分离装置26连接在排气口二28上，气固分离装置26气体出口连接有排气管道一27。
进入所述铅熔池的液态Pb及炉渣反应后在铅熔池形成下层粗铅层36和上层氧化铅层37，铅熔池上开设有位于氧化铅层37的排料口41，排料口41通过排料管道44 与PbO熔化炉连通，排料管道44上安装有第三阀门45和虹吸装置二46；铅熔池上还开设有位于粗铅层36的出铅口32，出铅口32连接虹吸装置一31后与铅精炼/浇铸装置30连通。炉渣定期清理装置29连接在铅熔池上位于氧化铅层37。
液态Pb及炉渣在第二阀门25控制下进入到下部铅熔池中，来自于低温焙烧过程的低浓度SO2，从排烟口7排出在引风机40作用下经排气管道二47下引入到下部装置，通过增压器39加压进入气体底吹装置35中，再次底吹进入Pb熔池中。SO2混合气中的O2与Pb反应生成2Pb+O2＝2PbO。去除了O2的高浓度SO2从铅熔池上部排气口二28排出，进入到中气固分离装置26，进行固液分离后，可从排气管道一27 排出进行高浓度SO2收集与利用。
气体底吹装置35同时又起到搅动作用，因为Pb与PbO密度相差较大，铅密度为11.34g/cm3，而PbO的密度为9.53g/cm3，加之底吹SO2混合气对熔池的扰动作用，在熔池中将形成上层为PbO下层为Pb的双层状态。通过虹吸装置二46作用可将上层的PbO提升，从排料口41排出，在第三阀门45的控制下进入PbO熔化炉加热融化后与进料的熔融状态PbO进入铅还原炉24中，进行再次放流并与喷射的PbS再次反应，实现过程连续化。
铅熔池底部的Pb，在虹吸装置一31作用下从出铅口32排出，进入到铅精炼/浇铸装置30中，既可以通过放流进入模具，可以形成粗铅锭；也可以进入精炼炉完成净化提出。
铅精矿中的其他杂质主要以氧化物形式存在，比如SiO2、CaO、Al2O3等，其密度比PbO更低，会存在于熔池上部，可以通过炉渣定期清理装置29定期出渣处理实现分离。
同时，熔池外部的第二保温层33以及第二电加热层34起到温度调控作用，保证熔池内温度在可实现分层范围内。
同时，本发明还提供了一种基于上述装置的无碳化铅冶炼方法，包括以下步骤：
(1)、硫化铅精矿粉末经硫化铅进料仓5进入流化床焙烧炉内与经过氧气/空气进气管道一1通入的氧气/空气反应，同时通过氧气/空气进气管道二13吹入O2/空气，促进SO2向上通过流化床焙烧炉顶部还开设有排烟口7排出，生成的PbO在重力分力和底吹气体浮力作用下进入流化床焙烧炉后端部下方布置的PbO熔化炉加热使 PbO呈熔融态；
(2)、熔融态的PbO流入铅还原炉24内，同时以高纯SO2为载气的硫化铅粉末 19加热后在流态化床20作用下喷射入PbO液流中使PbO雾化，形成液体PbO包裹固体PbS粉末的结构，在铅还原炉内PbO与PbS反应得到的Pb和SO2在重力作用下分离，液态Pb及炉渣进入铅熔池中，SO2携带过量的液态PbO中的Pb/PbO升华部分以及微量PbS溢出铅还原炉24进入蒸气区23内通过流态化床20再次作为载气返回铅还原炉24循环反应；
(3)、来自于低温焙烧过程的低浓度SO2引入铅熔池底部与液态Pb及炉渣在铅熔池中反应生成Pb和PbO，去除了O2的高浓度SO2从铅熔池上部排气口二28排出经固液分离后得到高浓度SO2，Pb与PbO在熔池中将形成上层为PbO下层为Pb的双层状态，通过虹吸装置二46将上层PbO提升排出送入PbO熔化炉中与进料的熔融态PbO进入铅还原炉24中再次重复反应，铅熔池底部的Pb从出铅口32排出，进入到铅精炼/浇铸装置30中形成粗铅锭；也可以进入精炼炉完成净化提出，铅精矿中的其他杂质以通过炉渣定期清理装置29定期出渣处理实现分离。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种无碳化铅冶炼装置，其特征在于：上部为硫化铅低温流化床焙烧区，中部为铅还原区，下部为炉渣精炼区；
所述硫化铅低温流化床焙烧区包括硫化铅进料仓(5)、流化床焙烧炉和PbO熔化炉；硫化铅进料仓(5)通过输送管道安装在流化床焙烧炉上方，流化床焙烧炉顶部还开设有排烟口(7)、前端部连通有氧气/空气进气管道一(1)、后端部连通有氧气/空气进气管道二(13)、外部设置有电加热丝(11)，氧气/空气进气管道一(1)伸入到流化床焙烧炉底部送入氧气/空气；流化床焙烧炉靠近后端部底部开设出料口，PbO熔化炉设置在流化床焙烧炉下方与流化床焙烧炉出料口连通；
所述还原区包括铅还原炉(24)和流态化床(20)；铅还原炉(24)通过连通管路连接PbO熔化炉下方，铅还原炉(24)外部设置有保温仓，铅还原炉(24)悬挂在保温仓中并与保温仓仓壁之间预留空腔作为蒸气区(23)，保温仓上开设有与蒸气区(23)连通的排气口一(21)，流态化床(20)入口通过气体管道(18)与排气口一(21)连通，流态化床(20)出口通过管路与铅还原炉(24)入口处连通管路连通，该连通管路上安装有加热器(17)；
所述炉渣精炼区包括铅熔池和气体底吹装置(35)；铅熔池设置在保温仓下方，气体底吹装置(35)设置在铅熔池底部，气体底吹装置(35)通过排气管道二(47)与流化床焙烧炉顶部开设的排烟口(7)连通，铅熔池顶部开设有排气口二(28)；进入铅熔池物料反应后形成下层粗铅层(36)和上层氧化铅层(37)，铅熔池上开设有位于氧化铅层(37)的排料口(41)，排料口(41)通过排料管道(44)与PbO熔化炉连通，排料管道(44)上安装有第三阀门(45)和虹吸装置二(46)；铅熔池上还开设有位于粗铅层(36)的出铅口(32)。
2.如权利要求1所述的无碳化铅冶炼装置，其特征在于：所述流化床焙烧炉中设置不锈钢多孔板流化床，所述不锈钢多孔板流化床为由不锈钢面板(50)围成的箱体结构，箱体前后两侧开放，箱体中间水平设置的不锈钢多孔板(3)将箱体分为料仓(8)和气仓(9)上下两个空间，不锈钢多孔板(3)上均匀开设有孔洞(49)，连接硫化铅进料仓(5)的输送管道与料仓(8)连通，氧气/空气进气管道一(1)伸入到气仓(9)中。
3.如权利要求2所述的无碳化铅冶炼装置，其特征在于：所述流化床焙烧炉一侧安装有振动器(4)，不锈钢多孔板流化床的底板下部与流化床焙烧炉之间安装有第二弹簧(10)及第一弹簧(2)。
4.如权利要求2所述的无碳化铅冶炼装置，其特征在于：所述氧气/空气进气管道一(1)上连接有多个并排设置的支气管道(48)，支气管道(48)上开设有气孔。
5.如权利要求1或2所述的无碳化铅冶炼装置，其特征在于：所述流化床焙烧炉整体呈前端部高、后端部低的倾斜设置。
6.如权利要求5所述的无碳化铅冶炼装置，其特征在于：所述排气管道二(47)上安装有增压器(39)和引风机(40)。
7.如权利要求5所述的无碳化铅冶炼装置，其特征在于：所述PbO熔化炉外部从内向外依次包覆有第一电加热层(15)和第一保温层(14)，所述铅熔池外部从外向内依次包覆第二保温层(33)和及第二电加热层(34)；所述保温仓外部设置有电加热丝(22)。
8.如权利要求5所述的无碳化铅冶炼装置，其特征在于：所述铅熔池上位于氧化铅层(37)连接有炉渣定期清理装置(29)；所述排气口二(28)上连接有气固分离装置(26)，气固分离装置(26)气体出口连接有排气管道一(27)；所述出铅口(32)连接虹吸装置一(31)后与铅精炼/浇铸装置(30)连通。
9.一种基于权利要求8所述装置的无碳化铅冶炼方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)、硫化铅精矿粉末经硫化铅进料仓(5)进入流化床焙烧炉内与经过氧气/空气进气管道一(1)通入的氧气/空气反应，同时通过氧气/空气进气管道二(13)吹入O2/空气，促进SO2向上通过排烟口(7)排出，生成的PbO在重力分力和底吹气体浮力作用下进入PbO熔化炉加热使PbO呈熔融态；
(2)、熔融态的PbO流入铅还原炉(24)内，同时以高纯SO2为载气的硫化铅粉末19加热后在流态化床(20)作用下喷射入PbO液流中使PbO雾化，形成液体PbO包裹固体PbS粉末的结构，在铅还原炉内PbO与PbS反应得到的Pb和SO2在重力作用下分离，液态Pb及炉渣进入铅熔池中，SO2携带过量的液态PbO中的Pb/PbO升华部分以及微量PbS溢出铅还原炉(24)进入蒸气区(23)内通过流态化床(20)再次作为载气返回铅还原炉(24)循环反应；
(3)、来自于低温焙烧过程的低浓度SO2引入铅熔池底部与液态Pb及炉渣在铅熔池中反应生成Pb和PbO，去除了O2的高浓度SO2从铅熔池上部排气口二(28)得到高浓度SO2，Pb与PbO在熔池中将形成上层为PbO下层为Pb的双层状态，上层PbO送入PbO熔化炉中与进料的熔融态PbO进入铅还原炉(24)中再次重复反应，铅熔池底部的Pb从出铅口(32)排出。
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