铅冶金的发展现状_铅冶金发展现状

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铅冶金的发展现状

摘要：本文以铅冶炼生产为主线，以有关资料统计为基础，通过几种直接炼铅工艺介绍和评价来认识铅冶金的发展现状，如基夫赛特法、QSL法、艾萨法等在一些冶炼厂得到了广泛的应用。目前，粗铅的生产仍采用火法，湿法炼铅仍处于试验阶段。烧结焙烧鼓风炉还原熔炼是占主导地位的炼铅方法，大多数铅厂采用这一流程。硫化铅精矿的直接熔炼法与烧结焙烧鼓风炉还原熔炼法相比，有着显著的优越性。但直接熔炼法的主要困难是，要想获得含硫很低的粗铅，就无法获得含铅很低的炉渣。国内外的这些直接炼铅技术既充分利用了硫化物氧化放出的热量，降低了能耗，又完全回加入铅精矿、含铅烟尘、熔剂及少量粉煤，从熔池底部的氧枪喷入工业纯氧，将部分铅氧化成氧化铅，氧化铅和熔池上部的硫化铅发生交互反应生成一次铅、氧化铅渣和二氧化硫，渣铅沉淀分离分别放出。因此，本文是通过对几种铅冶金的方法来了解铅冶金的发展现状。

关键词：铅冶金冶金工艺发展现状引言

铅冶炼已有悠久的历史，尚书禹贡记载，商朝以前，山东青州已生产铅。但由于铅比较柔软、强度不高，不适宜做生产工具和武器；又由于铅在潮湿空气中，表面极易氧化而失去光泽，也不适合做各种装饰品，因此铅冶炼在人类历史的长河中发展较慢。在古代，铅主要用于医药和化妆品，且用量较少。近10年来，铅的生产技术并没有像70年代末80年代初那样得到实质性的突破和飞跃发展，不过当时发展起来的几种硫化铅精矿直接熔炼法，铅的工业规模生产是16世纪开始的，到19世纪中叶，人们发现了铅的许多特殊性质，如耐酸、耐碱、防辐射、便于与其他金属组成合金、能用于制造蓄电池等，使铅冶炼工业有了重大发展。同时，铅又是有毒金属，铅在冶炼过程中产生大量二氧化硫气体和铅蒸气，严重污染了环境。为了消除铅冶炼时对环境的危害，近百年来，特别是20世纪70~80年代，各国冶金工作者开展了铅冶炼的新工艺（包括火法和湿法工艺）和新设备研究，并取得了一批成果，推动了铅工业的发展。但自20世纪90年代起，由于铅价长期低迷，对铅冶炼的研究走向低潮，新的铅冶炼工艺和设备尚难在生产中得到应用。几种直接炼铅工艺

2.1基夫赛特法

基夫赛特法是较为成功的一种直接炼铅工艺。这种方法的核心设备是基夫赛特炉，由带火焰喷嘴的反应塔、填有焦炭过滤层的熔池、立式余热锅炉、铅锌氧化物的还原挥发电热区组成。干燥后的炉料通过喷嘴与工业纯氧同时喷入反应塔

内，炉料在塔内完成硫化物的氧化反应，并使炉内的颗粒熔化，生成金属氧化物。金属铅滴在下落过程中形成熔体。此熔体通过浮在熔池表面的焦炭过滤层时，其中大部分的氧化铅被还原成金属铅而沉降到熔池底部。基夫赛特法有如下好处:

（1）产出的烟气二氧化硫浓度高达20%～50%，烟气体积小；（2）炉料不需要烧结，生产环节少，在同一台设备中进行氧化还原两个过程；（3）焦耗少，精矿热能利用率高。原料中含硫大于14%时就无须另加燃料，而且可以自热熔炼；

（4）系统排放的有害物质含量低于环境允许的标准；（5）生产成本低；（6）对炉料成分无严格要求，试验时曾处理过含铅18%~70%的原料，均能顺利运行，而且能维持很好的综合回收率；（7）对不同原料的适应性强，可以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、湿法锌厂产出的铅银渣、废铅蓄电池糊、各种含铅烟尘。

2.2QSL法

QSL法是将铅精矿加入炉内，鼓入富氧，在硫化铅被氧化成氧化铅时，会放出大量热量使过程自热，氧化铅和硫化铅交互反应生成金属铅，部分反应不完全的氧化铅在还原区加还原剂还原成金属铅，硫氧化成二氧化硫。因采用富氧熔炼，烟气中的二氧化硫浓度高达15%左右，有利于制酸。总的来看，该工艺的“三废”排放完全达到国际环保要求，因此不会污染环境。韩国温山冶炼厂是最后引进QSL技术的，他们吸取了前几家企业的经验和教训，并作了如下改进:(1)将隔墙后移了1650mm，使之离最近的喷枪的距离达到了3m，从而使隔墙寿命从3个月延长到5个月。这样改造后，氧化段的容积增加了，还增加了余热锅炉的面积，从而提高了处理能力；（2）把放铅虹吸口的铅溜槽改为法兰连接，并准备了一个备用的虹吸口溜槽，从而缩短了维修更换的时间；（3）改进了喷枪结构，采用机械顶进技术，每3天顶进一次；（4）取消了还原段中的两道挡圈。目前，韩国温山冶炼厂QSL炉的情况非常稳定，每年能生产10万t粗铅，超过了6.1万t的设计能力。QSL法改善了卫生条件，简化了操作，比传统流程的投资少，生产成本低，二氧化硫浓度高，但其烟尘率达25%，必须返回处理。此外，渣含铅高，一定要配合烟化炉才能得到弃渣。

2.3卡尔多法

先用于处理各种杂料，后由于瑞典政府对铅烟尘排的要求日趋严格，在经过多次试验的基础上，建了一个11m3的卡尔多炉代替电炉来处理铅精矿就工艺流程而言，卡尔多炉是十分简单的，加料、氧化、还原和排渣这四步均在一个相对较小的空间中完成。与QSL法、基夫赛特法和艾萨法等方法相比，卡尔多法没有流态物料的任何形式的转运过程。干精矿通过喷枪喷至喷嘴时与氧气或空气混合，熔炼反应即刻发生。氧化放热在大多数情况下足以熔化精矿和熔剂，熔炼中有一部分铅氧化成渣，为此，在熔炼之后需对渣中的铅进行还原。因此，整个过

程是先备料，加入焦炭、熔剂、浮渣等底料预热，再进行氧化熔炼，在炉内的物料全部熔融、氧化过程终结后，再喷油和氧进行还原。随着还原反应和造渣过程的进行，炉内熔体粘度降低，预示可以放渣，在放渣前取样，放渣后加入石灰石降低铅温后再放铅，然后再投料预热，分解后的石灰石留作下一炉的部分熔剂，开始第二个周期，每炉周期为4.5h。

2.5奥托昆普法

奥托昆普法由芬兰的奥托昆普公司开发，是一种闪速熔炼法。和基夫赛特法相似，混合好的炉料以悬浮状态通过立式反应室，自上而下，完成氧化和熔化。过程是连续的。整个工艺分干燥、闪速熔炼、炉渣贫化和烟气处理等几个部分。奥托昆普炉的体积较小，密闭性好，可避免铅和硫对工作环境的污染。精矿中的硫被氧化成二氧化硫进入烟气，产生的熔融粗铅和炉渣在炉子的沉淀区聚集，粗铅的硫含量非常低，通过较彻底的氧化，可使粗铅的含硫量小于0.1%。燃烧器的效率很高，而且通过它能对氧化过程进行严格控制，因此在该工艺中，氧气的利用率接近100%。在炉子的沉降槽中，熔融的颗粒从烟气流中分离出来，形成炉渣层。贵金属进入粗铅，和粗铅一道从沉降槽底部连续放出。由于使用氧气，铅和二氧化硫的逸出量很少。采用奥托昆普法，可将所有的过程，包括炉渣贫化放在一个设备中进行，粗铅的产率较高，而炉渣的产率较低。炉内的温度较低，能处理湿的物料。

2.6水口山炼铅法

水口山炼铅法由国家科委列为“六五”科技攻关项目。该项目是综合参考了80年代国内外直接炼铅工艺，并结合水口山矿的具体情况而开发出来的直接炼铅工艺。其特点是:(1)设备紧凑，生产率高，原料制备简单，因此投资省，见效快；（2）设备密闭性好，并应用了纯氧，因此烟气二氧化硫的浓度高，硫的利用率高，可消除二氧化硫对环境的污染；（3）原料含水分6%~8%，处于湿润状态，可控制铅尘的飞扬。由于密闭性好，易形成负压并有效控制漏风率，可防止含铅烟尘的逸出，工作环境可达到国家工业卫生标准。在开发中，考虑到将氧化和还原分别在不同熔炉中进行将能获得如下的好处:(1)氧化、还原两个过程要求的氧势和温度相差甚远，在同一室内很难同时存在两个截然不同的热力学区域，而两室法可以有两个完全不同的热力学区域；（2）氧化和还原要求不同的渣型，采用两室法，可有效地进行调整；（3）氧化和还原两个过程产生的烟尘成分不同，两室法有利于将其分离；（4）氧化和还原产生的气体成分不同，还原段二氧化硫含量极微，两室法可将其分开，从而进入制酸系统的烟气量大幅度减少，有利于二氧化硫的回收。基于上述原因，水口山炼铅法选择了两室法的工艺流程。其氧化设备采用圆筒形卧式转炉，特点是设备简单，密封性能好，操作方便，反应过程容易控制，采用底吹方式，炉衬寿命长。而其还原设备曾考虑过用贫化电

炉加喷煤，但未获得成功。后考虑到鼓风炉还原炼铅技术成熟可靠，因此决定采用鼓风炉作为还原设备。北京有色冶金设计研究总院在水口山炼铅法半工业性试验和消化吸收QSL法技术的基础上，将氧化和还原分两段进行，在一个水平回转式熔炼炉中，加入铅精矿、含铅烟尘、熔剂及少量粉煤从熔池底部的氧枪喷入工业纯氧，将部分铅氧化成氧化铅，氧化铅和熔池上部的硫化铅发生交互反应生成一次铅、氧化铅渣和二氧化硫，渣铅沉淀分离分别放出。氧化铅渣铸块后送鼓风炉熔炼产出二次粗铅。熔炼炉采用微负压作业，车间含铅尘低于0.1mg/m，符合国家环保标准。此工艺经半工业性试验证明，鼓风炉处理含铅40%左右的氧化铅渣是可行的，鼓风炉渣含铅可小于4%。用氧气底吹熔炼炉可取代串通的烧结机，利用了硫化物氧化的热，在采用纯氧时基本可自热，降低了能耗，二氧化硫浓度高便于制酸，解决了硫污染的问题。

2.8低温碱熔炼法

俄罗斯学者提出了铅生产的生态低温炼铅工艺低温碱熔炼法。含铅原料和碱在600～700，下熔炼得到含铅小于97%的粗铅，硫和其它组分进入碱性熔体，用湿法处理再生碱，回收铜、锌等，该工艺可减少1/2～1/3投资。

综上所述，国内外的这些直接炼铅技术既充分利用了硫化物氧化放出的热量，降低了能耗，又完全回加入铅精矿、含铅烟尘、熔剂及少量粉煤，从熔池底部的氧枪喷入工业纯氧，将部分铅氧化成氧化铅，氧化铅和熔池上部的硫化铅发生交互反应生成一次铅、氧化铅渣和二氧化硫，渣铅沉淀分离分别放出。氧化铅渣铸块后送鼓风炉熔炼产出二次粗铅。熔炼炉采用微负压作业，车间含铅尘低于0.1mg/m3，符合国家环保标准。此工艺经半工业性试验证明，鼓风炉处理含铅40%左右的氧化铅渣是可行的，鼓风炉渣含铅可小于4%。用氧气底吹熔炼炉可取代串通的烧结机，利用了硫化物氧化的热，在采用纯氧时基本可自热，降低了能耗，二氧化硫浓度高便于制酸，解决了硫污染的问题。综上所述，国内外的这些直接炼铅技术既充分利用了硫化物氧化放出的热量，降低了能耗，又完全回和冰铜。金、银、铋富集于粗铅中，冰铜中富集了大部分铜、硫和锌。冰铜经湿法处理，可回收苏打并返回配料。浸渣可提炼铜、锌。此法使硫转化为硫化钠，不产生二氧化硫，便于运输保管。

3传统工艺的不足

上述直接炼铅工艺的产生，冶炼界普遍认为烧结焙烧鼓风炉熔炼工艺具有一些该工艺固有的弊病：即生产环节多，流程长，返料多，不能充分利用精矿的表面能和燃烧热。特别是由于该工艺生产环节多，产生粉尘、烟尘的污染源也随之增多，因此烟气难以治理。发达国家的铅冶炼厂在不断地比较新旧方法在经济和技术方面的孰优孰劣。新方法在技术方面的优势十分明显，但都有一个投资庞大的弊端。投资过大的弊端严重地制约了新方法的推广和应用。在这种情况下，许多发达国家的铅冶炼厂仍保留了传统的烧结焙烧鼓风炉熔炼工艺，全力搞好设备密封和烟气治理，同样达到了治理环境污染和改善工业卫生的目标。如欧洲金属公司在法国的诺瓦耶尔(哥达尔特冶炼厂通过采用丹麦托普索公司的湿气制酸技术，成功地治理了低浓度二氧化硫烟气(约含SO23%)，将硫的年排放量从原来的2.6万t降低到现在的600t，满足了法国政府的环保要求。此外，国外一些厂还对烧结焙烧鼓风炉熔炼工艺进行了许多改进:如有的厂采用了预热空气和富氧，既降低了热能消耗，又提高了生产能力；许多工厂采用了汽化水套，有效地利用了废热；加强了过程控制的自动化，既减轻了工人的劳动强度，又减少了工人人数。从管理角度来看，每个人都是一个管理点，操作人员越多，表明管理点越多，不确定因素也越多，因此，随着操作人员人数的减少，不确定因素减少了，人为事故的发生率也随之下降了。我国沈阳冶炼厂的70m2烧结机采用了氧浓度为23%~24%的富氧，烧结能力比原来提高了15%，二氧化硫浓度得到提高，达到2%。奇姆肯特铅厂在其两台75m2的烧结机上也采用了富氧，不但烟气中的二氧化硫浓度达到了5%左右，而且烧结机的处理量达到了41.4t/(m2(昼夜)，使产量翻了一番。国外很多铅厂在鼓风炉熔炼时也采用了富氧鼓风，显著提高了粗铅产量，同时焦耗明显下降。日本、加拿大、英国等国家的冶炼厂还在鼓风炉熔炼时往鼓风中加入天然气，或采用热风。其中，采用热风能使炉床熔炼能力提高30%，焦耗则下降30%。而且由于热风的采用，使炉内的高温区集中，从而降低了渣含铅量。结束语

铅冶金工艺及方法在近些年中并无实质性进展，只有一些针对上述工艺的局部改进。而由于铅价低迷不振，使得传统的烧结焙烧鼓风炉熔炼工艺仍在铅生产中占据着主导地位，且由于拥有传统工艺的厂家作了一些针对性改造，加强了自动化仪表控制和机械化力度，使得传统工艺仍显示出勃勃生机。与消费能力相比，铅的生产能力大一些。但由于铅这种金属比较容易生产，在铅价变好时，一些暂时潜伏起来的产能会大量释放出来，从而将压制铅价的大幅回升。硫化铅精矿的熔炼工艺在80年代就已经获得了巨大的进展，并完全可以满足未来的铅冶炼工业发展的需要。富氧的应用使烟气量减小，二氧化硫浓度提高，但如今的硫酸厂由于热平衡问题，还不能处理含二氧化硫高于9%的烟气。因此获得的高浓度烟气的许多优越性没有得到发挥。然而，硫酸的生产还取决于市场的需要量，目前由于环境的压力酸雨的问题和硫酸市场的饱和，应该研究以其它形式回收冶炼烟气中的硫，并拓展其市场。未来的硫化铅冶炼厂将是完全的连续熔炼、使用高强度的冶炼设备、全自动化和装备有能严密监控流量、温度和化学过程的全套检测设备，而这些都通过集散控制系统管理，全部操作过程在密封的室内完成，无任何烟气外泄。

文献：1中国大百科全书：铅冶炼的发展简史;矿冶卷.中国大百科全书出版社，1984

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