“三連爐”聯合冶煉提高鉛精礦中鋅的回收率生產工藝實踐研究

蔡炳龍，黎志良

（江西金德鉛業股份有限公司，江西 德興 334200）

江西金德鉛業股份有限公司成立于2007年12月7日，產品設計規模為：年產電鉛8萬噸，副產品硫酸7.39萬噸，銀錠205.15噸，金錠0.29噸，另外還有冰銅、精鉍、氧化鋅等產品。粗鉛生產原工藝為富氧底吹爐-鼓風爐，后由于國家環境政策要求的提高，于2015年對粗鉛生產工藝進行技改，用側吹還原爐替代鼓風爐進行粗鉛的生產，新工藝于2015年7月8日投產，面對市場原料競爭形勢，加工費低的局面。公司尋找到市場上有低鉛富含鋅精礦：含Pb 20%～35%、Cu6%～15%、Zn 10%～15%、全S 16%～28%、有效S 14%～25%，此種原料富含有價金屬高，冶煉效益好能夠有效提升產品次氧化鋅的冶煉經濟效益，結合目前現有粗鉛生產工藝，通過優化入爐物料成分以及對工藝參數調整控制等研究，經過五年的生產實踐，三爐生產情況趨于穩定，價值高的副產品次氧化鋅產量顯著提升，鋅金屬回收率逐年上升，達到研究目標，有效提升企業的經濟效益。

1 “三連爐”煉鉛生產工藝

公司采用的“三連爐”煉鉛生產工藝是采用富氧底吹爐——氧氣側吹還原爐——煙化爐三爐相結合，富氧底吹爐與氧氣側吹還原爐連接在一起，而煙化爐與前二個爐子有一定距離。氧化段為富氧底吹爐，還原段為氧氣側吹還原爐，富氧底吹爐熔煉產出的液態高鉛渣經過溜槽流入氧氣側吹還原爐內進行直接還原，上部加入煤粒和石子，爐子側部通入氧氣，間斷進、放渣作業，一個周期后實現高鉛渣的還原，產出粗鉛和含鋅爐渣，含鋅爐渣放入渣包中，通過電動平板車轉運到煙化爐廠房，通過雙鉤行車將含鋅爐渣加入到煙化爐中，進行還原、氧化，回收次氧化鋅。

1.1 富氧底吹爐熔煉

富氧底吹爐熔煉是一個沿爐子中心軸線轉動的臥式圓筒形反應器，內襯鉻鎂磚，在爐子的頂部有加料口、出煙口，爐子的底部有氧氣噴槍，端墻有放渣口，出鉛口。爐子結構緊湊、表面積小，散熱較少；在爐子底部鼓入氮氣保護氣體，可減緩熔體對耐火磚的沖刷、延長爐襯和氧槍區域磚的使用年限。

底吹爐氧槍采用雙筒管式射流富氧氧槍，氧槍中心管外壁開若干條槽成齒輪形狀，工業氧氣和空氣分別從外壁為齒輪形狀的中心管的氧氣進口和側面的空氣進口進入氧槍，在一定壓力下，工業氧氣經中心管，氮氣、軟化水經三筒管的環縫從氧槍前端的氧槍口同時噴吹到反應器中。使用單管式射流富氧槍時，工業氧氣和空氣分別從后端側面的氧氣進口和后端的空氣進口進入到氧槍的混合室混合后，在一定壓力下從前端的氧槍口噴吹到反應器中，更換氧槍時，只需轉動反應器，使氧槍口高出熔池的渣面，即可更換。

富氧底吹爐熔煉的基本原理：氧氣底吹熔煉是熔池熔煉，經配料制粒的混合料從底吹爐頂部加入，氧氣從底部吹入引起熔體攪拌，高壓氧氣和氮氣以超音速從氧槍口射流噴出,細小的氣泡在動能的作用下推動高溫熔體向上和兩側循環翻滾并使熔體與氣泡之間充分接觸混合,到達液面稍微鼓起而平穩,形成下小上大的錐形體形狀;混合料中的金屬硫化物在渣液層發生氧化、造渣、沉鉛反應，生成金屬氧化物和二氧化硫及液態鉛液珠，并釋放大量熱使氧化反應繼續下去，同時生成部分粗鉛和低熔點的高鉛渣,粗鉛在重力作用下流向沉鉛區，高鉛渣通過渣口溜槽流入側吹還原爐內。

富氧底吹爐爐內主要進行加熱、熔化、氧化、造锍、造渣等過程，產出含鉛、銅、鋅、金、銀等有價金屬留在高鉛渣。高鉛渣通過渣口溜槽進入側吹還原爐進行還原。

1.2 氧氣側吹還原爐熔煉

底吹爐產生的高鉛渣通過渣口溜槽進入氧氣側吹爐中進行還原，產出含銅和貴金屬粗鉛、含鋅爐渣和含塵煙氣。氧氣側吹爐還原是間斷、周期性作業，配料需要將返料、石灰石、和煤，通過稱量按給定的比例送到總皮帶運輸機。由此配制的爐料送到爐上的加料口，在預定的時間段內將規定數量的物料通過加料口連續加到爐內。在加入爐料和煤的同時通過下排鼓風風嘴向爐內熔體送入工業氧與空氣的混合氣。

在爐內熔池中發生煤的燃燒放熱反應和氧化鉛的還原反應，以及造渣組分間的造渣反應。與此同時入爐物料中含有的其它高價態雜質金屬（如鐵、鋅、銻、砷、等）的氧化物也進行不同程度的還原，被捕集于鉛液中，在爐缸內沉積。粗鉛通過虹吸從鉛井中流出，在鑄錠模具中，鑄成鉛錠。造渣組分經渣口，放到渣包中，經電動平板車運送到煙化爐進行提取次氧化鋅。

1.3 煙化爐熔煉

煙化爐的煙化過程是一種還原揮發過程，即把空氣和煤粉吹入煙化爐內的熔池中，使化合物和游離的ZnO及PbO還原成鋅和鉛的蒸氣，上升到爐子上部空間，遇到CO2或吸進來的空氣再度氧化成氧化鋅和氧化鉛并以煙塵狀態被收集。爐膛中一部分鉛也以PbS及PbO+狀態揮發。若熔渣中含有錫，則在煙化過程中還原成錫（Sn）及氧化錫或硫化錫而揮發，錫及硫化錫在爐子上部再氧化成二氧化錫（SnO2)。所收集的煙塵大部分為氧化鋅和氧化鉛，此外，還有少量的氧化錫及錫的硫化物，還有易揮發的稀有金屬元素。煙化爐煙塵含鉛8%～10%，鋅60%～80%，此煙塵俗稱“次氧化鋅”。

鋅的揮發率與熔渣中的氧化鋅的活度、過程的溫度及平衡相成分有關。渣含鋅和過程溫度愈高，氣相中CO濃度愈大，則鋅的揮發率也愈大。爐氣中CO氣體對ZnO的還原揮發有利，但溫度過高（如超過1350℃）可能會引起FeO的還原。CO濃度升高又會引起爐氣溫度的下降和燃料利用效率降低。所以一般認為煙化爐溫度控制在1250℃左右較好，因此煤量控制非常關鍵。

吹煉期吹煉爐渣宜保持為1150℃～1250℃，但不能高于1300℃～1350℃，這屬于危險區，因為會導致FeO+CO=Fe+CO2反應。不過在初期Fe的出現關系不大，因為初期渣中Zn含量高，會有Fe+ZnO=Zn↑+FeO的反應，所以仍不至于產生積鐵，相應來說是有利的，高溫主要是限制在中期和后期。溫度過低對金屬揮發不利，一般來說，在溫度低于1060℃～1130℃時，即失去流動性，爐內壓力很高。進料的預熱溫度最好為1150℃～1200℃，為了提高吹煉時的溫度而不降低粉煤與空氣混合物的還原能力，最好采用熱風，若采用富氧鼓風，也能大大提高溫度，增加產量。

1.4 “三連爐”特點

①取消了原來的鼓風爐還原鑄渣機，底吹爐產出高鉛渣流入氧氣側吹爐在熔融液態下被直接還原，節省了大量的燃料，電鉛生產能耗我司2021年下降到257.3kg標煤/t·Pb。②氧氣側吹還原爐熔池熔煉反應激烈，還原程度徹底，一個還原周期內，渣含鉛我司目前控制在1.02%以下、氧化鋅含鉛控制在8%以下，并且熔池內的鋅盡可能保留在爐渣中，進入煙化爐內進行提煉，可提高鋅回收率。③高鉛渣還原僅用煤作為還原劑，與鼓風爐相比，煤比焦炭價格低廉且用量大幅下降，成本節約。④自動化程度高，操作簡單，勞動強度大幅降低，更安全、環保，符合節能減排標準。

由于之前采用的是富氧底吹爐——鼓風爐還原——煙化爐煉鉛工藝，后新建氧氣側吹還原爐與煙化爐位置有一定距離，氧氣側吹爐產出含鋅爐渣不能直流煙化爐內，需渣包轉運，中間會有10%左右的包殼產出，造成熱量損失，無法發揮“三連爐”的全部優勢。

2 生產實踐

自2016年至2020年的五年時間里，公司十分重視提高鋅回收率的工作，經過大量的生產實踐，以及與同行交流溝通和根據生產情況進行研究。經過一段時間摸索后，鋅回收率由2016年平均的74.41%提高至2020年的82.23%，棄渣含鋅從2016年的2.42%下降到2020年0.92%。同時把低鉛富含鋅精礦配比逐步提高到占比鉛精礦總量達到20%最大量時，能夠穩定生產，產量的提高，相應帶來回收率的提高，且能耗大幅下降。

熔煉車間在通過調整配料單、工藝參數控制、標準化作業、制定應急預案、加強管理等措施下，逐步達到了產量、指標穩定的目標。在加強中間在制品鋅金屬量下降平衡，強化標準化作業和降低棄渣指標、優化原料結構等基礎工作，提高鋅回收率方面做了大量工作，取得了明顯的成效。

表1 2016-2020年鉛精礦平均品位及低鉛富含精礦消耗情況表

2.1 主要研究方向

①加強鋅回收率統計基礎工作，不斷完善、規范鋅回收率的統計分析，查明無名損失、有名損失的走向，為持續提高指標提供了可靠依據和方向。②完善了影響指標的考核機制，加重了棄渣指標含鋅、氧化鋅產量、還原爐熱渣平衡的考核權重，充分調動了班組加強指標管理工作積極性。③公司加強了含鋅原料采購的管理（優質優價、高富含），優化原料結構，穩定了爐況和還原爐渣含鋅，為提高氧化鋅產量、鋅回收率創造了有利條件。④持續加強生產現場管理和給煤裝備、收塵系統技改投入，減少無組織排放和無名損失，即改善作業環境，又提高金屬回收率。⑤2018年9月份開展了降低庫存在制品高鋅物料攻關和2020年2月份庫存高鋅煙灰下降活動，有效回收了庫存在制品中的鋅金屬量。⑥持續開展降低棄渣含鋅＜1.0%的支部特色攻關活動，取得成效，且逐年下降。⑦控制好外賣氧化鋅、鍋爐灰含水量的取樣均勻性工作，減少鋅金屬的無名損失。⑧實現滿負荷生產，努力提升生產效率，完成產品產量任務。⑨減少中間物料的產出，促進回收率指標提高，創造有利條件。⑩實行攻關指標與車間組織績效指標考核相結合，提高積極性。

2.2 工藝參數控制

降低入爐粒料含鉛品位，意味著在原料采購過程中可以更側重于富含，同時鉛品位適當降低，也降低了鉛的計價系數，加工費更高，大幅降低了原料采購成本和拓寬原料采購渠道，降低原料采購壓力。通過工藝生產實踐，總結出一套大量搭加低鉛富含鋅精礦，底吹爐操作的工藝參數和標準化作業方法，為今后提高底吹爐操作水平，穩定爐況，優化指標，處理復雜原料，總結了寶貴的經驗。

還原爐經過不斷技術探索，參數調整，通過技術手段、管理手段，有效的控制了爐況穩定、煙道結焦，解決了爐缸結、噴爐問題，杜絕了鉛上爐臺，燒風眼、水套惡性事故發生。

表2 還原爐熔煉三個階段控制參數表

煙化爐通過調整作業秩序和參數控制，有效的與還原爐生產達到無縫銜接，做到了煙化爐100%平衡還原爐熱渣，并能保證好指標，同時將庫存水渣全部消耗完，盤活了庫存金屬量，盤活了積壓資金，提高了操作管理水平的進步和年度鋅的回收率。

表3 煙化爐熔煉三個階段控制參數表

2.3 冶金配料計算

表4 低鉛富含精礦占總鉛精礦配比量實踐生產數據表

表5 影響鋅回收率的指標控制表

主要研究投入底吹爐的物料含鋅品位，對爐況、指標及安全、環保的影響。我廠鉛精礦主要來源為國內大中小礦山和中間貿易商，種類多、成分復雜，鉛雜料由國內產出的二次含鉛物料、金銀礦等。進廠需進行二元堆放、堆混取樣，根據化驗原料中的有效硫結果，再進行冶金配料計算。通過調整鉛精礦的搭配比例，達到所需的含鋅品位，觀察入富氧底吹爐后，對熔煉反應的煙氣、渣的溫度、氧槍區域的耐材腐蝕、高鉛渣含硫、爐內爐結、煙道結焦、硫酸尾排含硫、下料口噴濺、煙化爐棄渣含鋅指標等情況，進行調整比例，得出最高富含礦配比和入爐料含鋅品位，對生產、安全、環保、指標影響最小。經研究實驗，入爐低鉛高富含精礦配比在15%左右，入爐粒料含鋅控制7.5%～8.5%,利于提高次氧化鋅的產量、回收率、品質。

3 研究成果

研究實踐取得成功，帶來非常可觀的經濟效益，隨著鋅回收率由2016年平均的74.41%提高至2020年的82.23%，棄渣含鋅從2016年的2.42%下降到2020年0.92%。數據對比按年70000噸外賣棄渣計算，年多回收300噸鋅金屬，可提高效益600萬元/年以上，為企業效益最大化奠定了良好基礎。該實踐研究不需要對原生產工藝、設備做任何改動，且不用增加任何投資費用，完全利用現有的生產設備，通過調整工藝控制參數，加強操作過程管理，達到在大量處理復雜原料的同時，提高次氧化鋅的產量，且優化指標，提高經濟效益。本次研究成果的應用，為下步持續提高煙化爐鋅回收率，效益最大化，提供了寶貴的經驗。

圖1 鋅金屬回收率曲線圖

圖2 外賣棄渣鋅含量曲線圖

表6 2020年提高鋅金屬回收率實踐研究中間產品含鋅數據

4 結論

通過生產實踐，公司利用“三連爐”煉鉛工藝的優勢，開展提高鋅金屬回收率的研究實踐，同時能夠對低鉛富含鋅精礦進行大量處理，提高了次氧化鋅的產量和冰銅、硫酸、銻白、粗鉍等盈利產品的產量，使得企業效益最大化。研究實踐的成功，為企業下一步繼續加大處理富含精礦提供了寶貴的經驗，提高企業經營效益，拓寬了采購渠道，同時也更大限度地發揮了三連爐聯合冶煉的裝備優勢。