鉛的冶煉方法有火法和濕法冶煉。目前,粗鉛的生產工藝仍采用火法,濕法煉鉛仍處于試驗階段,或只是用于小規模生產和再生鉛的回收。傳統的燒結焙燒——鼓風爐還原熔煉工藝仍占主導地位,據統計,大約有80%的鉛是通過這種工藝生產出來的。
幾種硫化鉛精礦直接熔煉法簡介如下:
1、基夫賽特法?;蛸愄胤ㄝ^為成功,在前蘇聯有三個工廠,德國,意大利,玻利維亞和加拿大各建有一個工廠。這種方法的核心設備是基夫賽特爐,由帶火焰噴嘴的反應塔、填有焦炭過濾層的熔池、立式余熱鍋爐、鉛鋅氧化物的還原揮發電熱區組成?;蛸愄胤ň哂挟a出的煙氣二氧化硫濃度高、生產環節少、焦耗少、生產成本低、對原料的適應性強等優點?;蛸愄胤ǖ牟蛔阒幨牵鼘υ系闹苽湟蟊容^高,入爐的物料粒度小于一毫米,水分需小于1%,這就增加了備料的復雜程度。此外,該工藝需要用到含氧濃度大于90%的工業氧氣,英因此必須配套制氧廠,這樣也增加了投資。
2、QSL法。QSL法在德國斯托爾勃格和韓國溫山冶煉廠已經取得成功。該法將鉛精礦加入爐內,鼓入富氧氧化,硫化鉛被氧化成氧化鉛時,會放出大量的熱使過程自熱,氧化鉛和硫化鉛交互反應生成金屬鉛,部分反應不完全的氧化鉛在還原區加還原劑還原成金屬鉛,硫氧化成二氧化硫。因采用富氧熔煉,煙氣中的二氧化硫濃度高達15%左右,有利于制酸。總的來看,該工藝的“三廢”排放完全達到國際環保要求,因此不會污染環境。我國于1985年引進該項技術,在西北鉛鋅冶煉廠建了一套5.2萬噸/a的QSL爐,但是存在一些缺陷,未達到設計指標,目前處于停產狀態。
QSL法改善了衛生條件,簡化了操作,比傳統流程的投資少,生產成本低,二氧化硫濃度高,但其煙塵率高達25%,必須返回處理。另外,爐渣含鉛高,一定要配合煙化爐才能得到棄渣。
現在韓國溫山冶煉廠QSL爐的情況非常穩定,每年能生產十萬噸粗鉛,超過了6.1萬噸的設計能力。
3、卡爾多法。卡爾多爐煉鉛工藝在直接煉鉛法中占有一席之地??柖酄t煉鉛法的加料、氧化、還原和排渣均在一個相對比較小的空間完成。由于瑞典波利登公司采用了先進的控制設備,使得整個過程流暢輕松,爐前僅需一名工人間斷性的管理,另外一名工人通過工業電視和計算機系統對整個過程進行監管。另外,卡爾多爐具有廣泛的原料適應性,對處理含硫低的物料尤其適合??柖喾ǖ娜蹮挘ㄑ趸┡c還原在同一個爐中進行,沒有流態物料的任何形式的轉運過程。但是卡爾多法有兩個不足:一是在熔煉過程中要抽出一部分煙氣壓縮,使二氧化硫氣體轉變成液態二氧化硫,在還原過程中又將液態二氧化硫送去制酸,以保證工藝順利進行;二是間斷性作業。
4、艾薩法。艾薩法是一種能處理銅、鉛、鋅、錫、鐵陽極泥等多種物料的方法。
該熔煉工藝有兩臺爐子組成,精礦在第一臺爐子中被氧化,形成的熔體通過溜槽送到第二臺爐子,然后將形成的渣與金屬鉛分別排到爐外,工藝為連續性。首先是氧化熔煉階段,生成鉛錠和高鉛渣,此階段的溫度與精礦、氧氣的加入量必須精密控制,以最大限度的避免硫化鉛揮發;然后是渣的還原階段,產出粗鉛與還原渣;最后是渣的演化階段,產出棄渣和氧化鋅煙灰。但是這種作業方式不便于制酸。這個方法的特點是它能夠處理濕料,因此備料系統可以實現無塵作業。還原爐具有除去有害元素的能力,可以把砷、銻、鎘等的含量降到很低的水平,這樣得到的爐渣無污染危險,能用來做填充料或建材。
除在澳大利亞的芒特艾薩礦業公司使用外,澳洲熔煉公司還和歐洲金屬公司于1995年共同在法國制造了一套年處理量為1000t的半工業性試驗爐經過試驗,雙方于1996年在德國諾丁漢建成了一套年處理量為12萬噸的,工業爐,取代了該公司原有的燒結焙燒——鼓風爐熔煉工藝,非洲納米比亞楚布梅公司也在澳洲熔煉公司的幫助下,于1996年在楚布梅建成并投產了一套年處理量為12萬噸的工業爐。另外韓國鋅公司在1992年就用澳熔技術在溫山冶煉廠取代原有的的煙化爐來處理鉛鋅爐渣,年處理量為19萬噸,英國布尼坦尼亞金屬精煉公司用這項技術處理二次物料。
5、奧托昆普法。奧托昆普法是芬蘭的奧托昆普公司開發的,是一種閃速爐熔煉法。和基夫賽特法相似,混合好的爐料以懸浮狀態通過立式反應室,自上而下,完成氧化和熔化,過程是連續的。整個工藝分干燥、閃速熔煉、爐渣凈化和煙氣處理等幾個部分。奧托昆普爐的體積較小,密閉性好,可避免鉛和硫對工作環境的污染。精礦中的硫被氧化成二氧化硫進入煙氣,產出的熔融粗鉛的含硫量小于0.1%,燃燒器的效率很高,而且通過它對氧化過程進行嚴格控制,因此在該工藝中,氧氣的利用率接近100%。在爐子的沉降槽中熔融的顆粒從煙氣分流中分離出來,形成爐渣層。貴金屬進入粗鉛,和粗鉛一道從沉降槽底部連續放出。由于使用氧氣,鉛和二氧化硫得逸出量很少。
采用奧托昆普法,可將所有過程,包括爐渣貧化都放在一個設備中進行,粗淺的產率較高,而爐渣的產率較少。爐內的溫度較低,能處理濕的物料。
除了以上幾種硫化鉛精礦直接熔煉方法外,還有如SKS(水口山煉鉛)法、堿法熔煉、低溫堿熔煉法等,但是還沒有得到工業上的應用。
綜上所述,硫化鉛精礦的直接熔煉法與燒結焙燒——鼓風爐還原熔煉法相比,有著顯著的優越性。但是直接熔煉法的主要困難是,如果想獲得含硫很低的粗鉛,則無法獲得含鉛很低的爐渣。因此在任何一個直接煉鉛法中,都少不了一個爐渣貧化的階段,從而增加了工藝的復雜性和操作的難度。另外,由于硫化鉛、鉛等都是沸點較低的物質,尤其是硫化鉛在600℃開始揮發,其沸點僅為1281℃,在1000~1100℃的熔煉溫度下,鉛及硫化鉛的蒸氣壓就相對較高。直接煉鉛法多數都是采用富氧強化熔煉,鉛及硫化鉛等大量揮發,煙塵率很高,這就帶來了一定的工藝和工程問題。
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