硫酸鉛渣直接還原熔煉的生產實踐及改進

黎開金

（富民薪冶工貿有限公司，云南 昆明 650400）

中國銅業(yè)西南銅業(yè)分公司銅主體冶煉工藝采用艾薩爐熔池熔煉和轉爐吹煉技術，產出的艾薩煙塵和轉爐煙塵主要以揮發(fā)元素鉛、砷、鉍、鋅等金屬為主，且銅含量較低，煙塵率總體＜1.5%，產出煙塵通過高溫酸浸和壓濾后，濾液進行銅、鋅和砷的濕法綜合回收，濾渣則進行火法回收處理[1]。針對銅煙塵濾渣主要以硫酸鉛為主的性質，某公司在生產實踐中不斷改進生產工藝，實現(xiàn)了環(huán)境友好的硫酸鉛渣直接還原熔煉生產模式。

1 冶煉原理

1.1 原料成分

表1 入爐物料主要元素含量

表1中列出了入爐物料物相，硫酸鉛渣主要以PbSO4為主，并含有較高價值的Bi，可看作鉛物料的還原熔煉。

1.2 熔煉機理

（1）主要金屬鉛在冶煉過程中的行為

在還原爐熔煉過程中，溫度在550℃～630℃時硫酸鉛在還原氣氛中反應生成硫化鉛：

PbSO4+4CO=PbS+4CO2；PbSO4+4C=PbS+4CO

硫酸鉛渣在還原熔煉過程中，絕大部分PbSO4被還原成PbS，只有少部分按下列式離解：PbSO4=PbO+SO2+1/2O2

硫酸鉛開始分解的溫度為850℃，而激烈分解的溫度為905℃，石英、石灰等造渣成分能促進硫酸鉛的分解，其反應為：

PbSO4+SiO2=PbO·SiO2+SO2+1/2O2；

PbSO4+Fe2O3=PbO·Fe2O3+SO2+1/2O；

PbSO4+CaO=PbS+CaSO4

PbSO4和反應產出的PbO均能與PbS反應生成金屬鉛：

2 生產實踐

PbSO4+PbS=2Pb+2SO2；2PbO+PbS=3Pb+SO2

在熔煉區(qū)，所有爐料均融化成液體，CaO、FeO等將硅酸鉛中的PbO置換出來，進而被CO還原成鉛，其反應為：

2PbO·SiO2+CaO+2CO=2Pb+CaO·SiO2+2CO2；

2PbO·SiO2+2FeO+2CO=2Pb+2FeO·SiO2+2CO2；

2PbO·SiO2+CaO+FeO+2CO=2Pb+CaO·FeO·SiO2+2CO2

同時，因硫酸鉛的還原反應生成較多硫化鉛，在生產中加入部分鐵屑置換，以降低鉛冰銅含鉛。但此反應僅可回收部分金屬鉛。

PbS+Fe=Pb+FeS

硫酸鉛渣自身具有一定的粘性，同時配入石灰、鐵粉等輔料，經(jīng)過堆式配料和攪拌機將物料充分混勻后，經(jīng)過液壓制磚機制磚，磚料經(jīng)過15天以上的風干后，水分降至20%以下，并且有一定的強度。

（1）還原熔煉。制出的磚料和返渣均勻搭配入爐[2]，焦率在13%～15%，及時加料，確保一定的料面高度，在配入輔料不足時，二次補入石英石等輔料。通過還原熔煉產出鉛鉍合金、冰銅、爐渣和煙塵，較大部分含量較高的Pb和高價值的Bi、Sn、Ag、In等有價金屬進入合金中，大部分Cu、S進入冰銅中，造渣成分和少部分金屬進入爐渣中，有害雜質As進入煙塵富集。

（2）煙氣處理。還原熔煉煙氣經(jīng)干法收塵、濕法除塵、氨法煙氣脫硫后達標排放。干法收塵是煙氣首先進入兩級重力沉降，再經(jīng)電除塵器進一步除塵，其中粗顆粒重力塵返配料流程，電塵外賣。干法收塵煙氣經(jīng)一級動力波洗滌、填料塔降溫、二級動力波洗滌除塵后，再經(jīng)兩級氨吸脫硫，達標排放。

（3）主要生產設備。該公司主要有4.5m2還原爐一座，爐長3.6m，風眼距1.25m，風眼24個。

（4）工藝參數(shù)。作業(yè)數(shù)據(jù)：磚料處理量為50t/d，鼓風量為3600m3/h，風壓為3～5Kpa，爐料高度為4.5m，料面煙氣溫度＜200℃。經(jīng)濟指標：焦率13%～15%，煙塵率12%，鉛鉍合金15t/d，冰銅8t/d，爐渣30t/d，渣含Pb＜3%，含Cu＜0.8%。鉛回收率90%，鉍回收率95%。

3 生產改進

（1）采用富氧強化熔煉。該公司于2017年底進行了富氧強化熔煉試驗，富氧率為2%，還原爐富氧熔煉的效果十分顯著，能提高焦炭的燃燒速度，一方面爐況更穩(wěn)定，操作更加順利；另一方面磚料處理量和鉛鉍合金產量大大提高，各項技術指標更好。富氧強化熔煉與空氣熔煉指標的比較見表2。

表2 富氧熔煉試驗與空氣熔煉對比

該公司已經(jīng)形成富氧熔煉完整的改造方案，擬通過富氧強化熔煉改造，完善裝備水平，改善工藝技術指標。

（2）優(yōu)化爐渣渣型。通過不斷摸索得出改進渣型應以高鈣低硅渣為主，渣型是FeO 23%～27%，SiO222%～25%，CaO 15%～18%，ZnO＜15%，該渣型能夠維持較好的爐溫和穩(wěn)定的爐況，且渣含鉛保持在較低水平。

（3）提升料柱高度。目前還原熔煉生產過程中，采取的爐料高度為4.5m，已屬于高料柱作業(yè)。在獲得較好指標同時，仍想采取富氧強化熔煉，提升爐料高度至4.8m～5m，以摸索出最佳料柱高度。

（4）提高磚料強度。磚料強度是影響煙塵率的重要因素之一，直接影響到了鉛回收率。該公司通過改良配料，采用發(fā)熱輔料和新型液壓制磚設備，確保磚料強度提升，使煙塵率從15%降至12%，再經(jīng)過富氧強化熔化試驗后，煙塵率可進一步降低。

4 結語

該公司用十年還原爐直接還原熔煉硫酸鉛渣的生產實踐，說明該工藝的成熟可行的，是銅冶煉煙塵處置中重要的一部分，也是冶煉行業(yè)危廢處置綜合回收中可借鑒的一種工藝路線。在目前環(huán)保態(tài)勢和淘汰落后裝備的大環(huán)境下，必須采取改進措施方可適應該行業(yè)的發(fā)展，通過增加富氧強化熔煉手段和生產技術方法上的不斷改進，可提高金屬回收率、優(yōu)化技術經(jīng)濟指標。公司通過系列降本增效、節(jié)能減排措施，創(chuàng)造良好經(jīng)濟效益和環(huán)保效益的同時，也提升了在行業(yè)中的市場競爭力。