富氧底吹爐與側(cè)吹還原爐熔煉聯(lián)合處理高銅鉛精礦研究

蔡炳龍，彭德勝，程榮亮

（江西金德鉛業(yè)股份有限公司，江西 德興 334200）

江西金德鉛業(yè)股份有限公司成立于2007年12月7日，產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)模為：年產(chǎn)電鉛8萬噸，副產(chǎn)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(chǎn)品。

江西金德鉛業(yè)股份有限公司冶煉鉛原工藝為富氧底吹爐-鼓風(fēng)爐，之后隨著國(guó)家環(huán)境政策要求的提高，于2015年對(duì)煉鉛生產(chǎn)工藝進(jìn)行技改，采用側(cè)吹還原爐替代鼓風(fēng)爐還原進(jìn)行鉛的冶煉。新工藝于2015年7月8日投產(chǎn)，然而面對(duì)市場(chǎng)原料競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)嚴(yán)峻，加工費(fèi)低的局面，急需解決辦法。通過供銷部市場(chǎng)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)上有種較好買到高銅低鉛精礦，成分大概為：Pb25%；Cu 10%～15%；Zn 10%～15%；S 20%～28%；Au 3.5～25g/t；Ag 450～1500g/t。此類原料雖然鉛品位較低，但是富含的有價(jià)金屬銅、鋅較高，若在鉛冶煉中搭配使用，能否保證有價(jià)金屬回收率，發(fā)揮聯(lián)合冶煉經(jīng)濟(jì)效益，提出了課題。 所以結(jié)合目前現(xiàn)有冶煉鉛工藝，通過調(diào)整工藝參數(shù)和操作方法，達(dá)到同時(shí)回收鉛、銅、金、銀和鋅的目的，來提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，拓寬原料采購渠道。

1 富氧底吹爐熔煉

富氧底吹爐熔煉是一個(gè)沿爐子中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的臥式圓筒形反應(yīng)器，內(nèi)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(jié)構(gòu)緊湊、表面積小，散熱較少；在爐子底部鼓入氮?dú)獗Ｗo(hù)氣體，可減緩熔體對(duì)耐火磚的沖刷、延長(zhǎng)爐襯和氧槍區(qū)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(yè)氧氣和空氣分別從外壁為齒輪形狀的中心管的氧氣進(jìn)口和側(cè)面的空氣進(jìn)口進(jìn)入氧槍，在一定壓力下，工業(yè)氧氣經(jīng)中心管，氮?dú)狻④浕?jīng)三筒管的環(huán)縫從氧槍前端的氧槍口同時(shí)噴吹到反應(yīng)器中。使用單管式射流富氧槍時(shí)，工業(yè)氧氣和空氣分別從后端側(cè)面的氧氣進(jìn)口和后端的空氣進(jìn)口進(jìn)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(yīng)器中，更換氧槍時(shí)，只需轉(zhuǎn)動(dòng)反應(yīng)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(jīng)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?dú)庖猿羲購难鯓尶谏淞鲊姵?細(xì)小的氣泡在動(dòng)能的作用下推動(dòng)高溫熔體向上和兩側(cè)循環(huán)翻滾并使熔體與氣泡之間充分接觸混合,到達(dá)液面稍微鼓起而平穩(wěn),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(fā)生氧化、造渣、沉鉛反應(yīng)，生成金屬氧化物和二氧化硫及液態(tài)鉛液珠，并釋放大量熱使氧化反應(yīng)繼續(xù)下去，同時(shí)生成部分粗鉛和低熔點(diǎn)的高鉛渣,粗鉛在重力作用下流向沉鉛區(qū)，高鉛渣通過渣口溜槽流入側(cè)吹還原爐內(nèi)。

富氧底吹爐爐內(nèi)主要進(jìn)行加熱、熔化、氧化、造锍、造渣等過程，產(chǎn)出含鉛、銅、鋅、金、銀等有價(jià)金屬留在高鉛渣。高鉛渣通過渣口溜槽進(jìn)入側(cè)吹還原爐進(jìn)行還原。

2 氧氣側(cè)吹還原爐熔煉

近年來大量的鉛冶煉企業(yè)進(jìn)行了工藝技術(shù)升級(jí)改造，改造核心技術(shù)是用氧氣側(cè)吹爐還原爐替代原有工藝中的鼓風(fēng)爐來處理高鉛渣，在原有的鉛冶煉工藝中，后續(xù)工藝大部分是采用鼓風(fēng)爐進(jìn)行還原。

表1 還原爐熔煉三個(gè)階段工藝參數(shù)控制

用鼓風(fēng)爐來還原高鉛渣，存在的缺陷：

（1）熔融高鉛渣冷卻鑄錠，潛熱未得到利用；

（2）鼓風(fēng)爐還原需采用高焦慮，焦炭用量大且還原效果不理想；

（3）鼓風(fēng)爐產(chǎn)出的煙氣量大，產(chǎn)出低濃度的SO2不易處理，環(huán)保成本高。

氧氣側(cè)吹還原爐的興起，使得對(duì)高鉛渣熔體進(jìn)行直接還原的工藝得到了廣泛的關(guān)注，該工藝具有產(chǎn)量大、加入高溫熔體、間斷還原作業(yè)以及安全環(huán)保的特點(diǎn)，在能耗個(gè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上有明顯的優(yōu)勢(shì)。

底吹爐產(chǎn)生的高鉛渣通過渣口溜槽進(jìn)入氧氣側(cè)吹爐中進(jìn)行還原，產(chǎn)出含銅和貴金屬粗鉛、含鋅爐渣和含塵煙氣。氧氣側(cè)吹爐還原是間斷、周期性作業(yè)(目前102分鐘/爐)，故加料也是周期性的，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(yùn)輸機(jī)。由此配制的爐料送到爐上的加料口，在預(yù)定的時(shí)間段內(nèi)將規(guī)定數(shù)量的上述物料通過加料口連續(xù)加到爐渣熔體的表面。使用1個(gè)加料口加料。

3 兩爐聯(lián)合處理高銅精礦冶金計(jì)算和工藝參數(shù)控制

高銅精礦在原料倉單獨(dú)堆放，經(jīng)過鏟車、抓斗堆混堆配混合均勻，然后粒料經(jīng)富氧底吹爐氧化脫硫，氧氣側(cè)吹爐還原后，金屬銅和有價(jià)金屬進(jìn)入粗鉛，隨鉛液一起經(jīng)虹吸道流入鉛模中鑄錠，鋅以氧化鋅形態(tài)進(jìn)入熱渣，經(jīng)渣包加入煙化爐進(jìn)行還原制成氧化鋅粉。粗鉛錠運(yùn)送到精煉車間脫銅除雜，銅浮渣用料斗送往反射爐進(jìn)行銅的富集脫鉛同時(shí)回收金、銀等有價(jià)金屬。銅35%左右的冰銅形式產(chǎn)出外售。

（1）冶金配料計(jì)算，研究入底吹爐的物料含銅品位對(duì)指標(biāo)及安全、環(huán)保的影響。

我廠鉛精礦主要來源為國(guó)內(nèi)大中小礦山和中間貿(mào)易商，種類多、成分復(fù)雜，進(jìn)廠精礦需進(jìn)行二元堆放、堆混取樣，根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果，在進(jìn)行冶金配料計(jì)算。通過在不加高銅低鉛礦時(shí)的入爐粒料含銅0.8%，逐步提高到2.5%，觀察含銅提高后，對(duì)還原爐渣含銅、虹吸道耐材、高鉛渣殘硫、爐內(nèi)爐結(jié)、煙道結(jié)焦、尾排含硫、下料口噴濺冒煙情況，進(jìn)行比對(duì)和總結(jié)，得出最高的入爐含銅品位2.0%，對(duì)生產(chǎn)、安全、環(huán)保影響最小。

（2）冶金配料計(jì)算，研究含銅物料提高后，底吹爐氧料比對(duì)自熱反應(yīng)的影響

根據(jù)入爐物料中硫、鉛、鐵、銅的總量，經(jīng)冶金計(jì)算出，使硫完全燃燒成SO2所需的氧氣量，確保硫化亞銅在底吹爐內(nèi)氧化成氧化銅，以氧化銅形態(tài)進(jìn)入高鉛渣中，極少部分以硫化銅形態(tài)進(jìn)入高鉛渣。計(jì)算控制好反應(yīng)過程所需的氧氣量，確保在不加入任何燃料的情況下，靠入爐物料含硫與氧氣發(fā)生的自熱反應(yīng)，提供氧化脫硫反應(yīng)正常進(jìn)行所需要的溫度條件。否則氧氣不足將大量生成硫化鉛、硫化銅，帶來底吹爐爐內(nèi)不反應(yīng)和尾排指標(biāo)超標(biāo)等工藝故障。氧氣過剩會(huì)帶來渣過氧成泡沫渣和噴爐風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)研究實(shí)驗(yàn)，氧氣過剩系數(shù)控制在0.9%，有利于氧化脫硫反應(yīng)的正常進(jìn)行和高鉛渣殘硫0.4%～0.7%。

（3）冶金計(jì)算，研究高鉛渣含銅提高后，對(duì)還原爐渣含銅的影響。

底吹爐高鉛渣經(jīng)溜槽直接流入還原爐，在強(qiáng)還原氣氛CO的作用下，氧化銅還原成金屬銅，經(jīng)液鉛捕集，在爐缸沉淀與渣分離，有價(jià)金屬與鉛液經(jīng)虹吸道一起流出，進(jìn)入粗鉛模鑄錠，熔渣經(jīng)渣口流出，送煙化爐提取煉氧化鋅。有價(jià)金屬因比重差、溫差，硫化鉛、硫化銅、金屬銅在鉛面上層富集冷凝結(jié)成半成品冰銅。在還原爐內(nèi)整個(gè)反應(yīng)過程中，對(duì)渣含銅起關(guān)鍵影響作用的是渣溫、還原氣氛和還原時(shí)間的控制。因還原爐是間斷進(jìn)渣、出鉛、放渣作業(yè)，在爐內(nèi)分三個(gè)冶煉階段，即進(jìn)渣提溫階段、還原階段、放渣階段，每個(gè)階段的溫度、還原氣氛及時(shí)間的控制對(duì)指標(biāo)影響極大，經(jīng)研究實(shí)踐得出下表冶煉參數(shù)，利于降低渣含銅，還原爐渣含銅指標(biāo)能夠穩(wěn)定在＜0.1%。

4 研究成果

該研究在不需要對(duì)原生產(chǎn)工藝、設(shè)備做任何改動(dòng)，且不用增加任何投資費(fèi)用，完全利用現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備，不會(huì)產(chǎn)生任何新的污染源、能源消耗和對(duì)指標(biāo)的影響。通過提高處理高銅、鋅低鉛富含精礦后，盈利副產(chǎn)品冰銅、氧化鋅產(chǎn)量大大提高，給企業(yè)帶來了非常可觀的經(jīng)濟(jì)效益。本次研究成果的應(yīng)用，可以更廣泛用于處理高銅、鋅、低鉛原料的生產(chǎn)，有利于在含高銅、鋅、低鉛精礦資源中綜合回收有價(jià)金屬。

表2 高銅低鉛精礦冶煉研究實(shí)踐結(jié)果數(shù)據(jù)

5 結(jié)論

富氧底吹爐與側(cè)吹還原爐熔煉設(shè)計(jì)，主要是處理鉛精礦。通過本次研究實(shí)踐，利用兩爐聯(lián)合冶煉的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)能夠?qū)Ω咩~、鋅、低鉛精礦或富含雜料，進(jìn)行有效冶煉和綜合回收有價(jià)金屬，研究實(shí)驗(yàn)的成功，為企業(yè)拓寬鉛冶煉原料的采購渠道，提高了鉛冶煉的綜合效益和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。