重金属冶金技术铅冶金

重金属冶金技术铅冶金第二章铅冶金第2页,共43页，2024年2月25日，星期天概述2.3.1直接熔炼的基本原理2.3.2基夫赛特法炼铅2.3.32.3硫化铅精矿的直接熔炼2.3.4QSL法炼铅2.3.5艾萨法炼铅2.3.6水口山法炼铅第3页,共43页，2024年2月25日，星期天

2.3.1

概述金属硫化物精矿不经焙烧或烧结焙烧直接生产出金属的熔炼方法称为直接熔炼。对硫化铅精矿来说,这种粒度仅为几十微米的浮选精矿因其微粒小,比表面积大,化学反应和熔化过程都有可能很快进行，充分利用硫化矿粒子的化学活性和氧化热，采用高效、节能、少污染的直接熔炼流程处理是合理的。第4页,共43页，2024年2月25日，星期天

2.3.1

概述

传统的烧结—鼓风炉流程将氧化——还原两过程分别在两台设备中进行，存在许多难以克服的弊端。随着能源、环境污染控制以及生产效率和生产成本对冶炼过程的要求越来越严格，传统炼铅法受到多方面的严峻挑战。第5页,共43页，2024年2月25日，星期天2.3.2

直接熔炼的基本原理金属硫化物精矿直接熔炼的特点之一是利用工业氧气,二是采用强化冶炼过程的现代冶金设备,从而使金属硫化物受控氧化熔炼在工业上应用成为可能。在铅精矿的直接熔炼中，根据原料主成分PbS的含量,按照PbS氧化发生的基本反应PbS+O2==Pb+SO2控制氧的供给量与PbS的加入量的比例(简称为氧/料比),从而决定了金属硫化物受控氧化发生的程度。第6页,共43页，2024年2月25日，星期天2.3.2

直接熔炼的基本原理实际上,PbS氧化生成金属铅有两种主要途径：一是PbS直接氧化生成金属铅，较多发生在冶金反应器的炉膛空间内；二是PbS与PbO发生交互反应生成金属铅，较多发生在反应器熔池中。为使氧化熔炼过程尽可能脱除硫（包括溶解在金属铅中的硫），有更多的PbO生成是不可避免的，在操作上合理控制氧/料比就成为直接熔炼的关键。第7页,共43页，2024年2月25日，星期天2.3.2

直接熔炼的方法硫化铅精矿直接熔炼方法可分为两类：一类是把精矿喷入灼热的炉膛空间，在悬浮状态下进行氧化熔炼，然后在沉淀池进行还原和澄清分离，如基夫赛特法．这种熔炼反应主要发生在炉膛空间的熔炼方式称为闪速熔炼；另一类是把精矿直接加入鼓风翻腾的熔体中进行熔炼，如QSL法、水口山法、奥斯麦特法和艾萨法等。这种熔炼反应主要发生在熔池内的熔炼方式称为熔池熔炼。第8页,共43页，2024年2月25日，星期天2.3.2

直接熔炼的方法直接炼铅法具有下列优点：熔炼强度高。在双悬状态下，强劲的气流带动炉料相互碰撞；或在熔池内，气流使熔体剧烈翻腾。热的利用率高。烟气SO2浓度高；有利于综合回收。直接炼铅既是高效、节能的提取治金方法，也是综合利用高、环境保护好的方法。第9页,共43页，2024年2月25日，星期天2.3.3基夫赛特法(Kivcet)前苏联有色金属科学研究院从六十年代开始研究开发的直接炼铅工艺，八十年代用于大型工业生产，1986年初在哈萨克斯坦的乌斯季—卡缅诺尔斯克建成基夫赛特法炼铅厂。1986年意大利萨明公司购买其专利建成处理炉料600t/d铅厂(KSS厂)，目前在生产。1996年底，加拿大科明科公司120000t/a粗铅的基夫赛特炼铅厂投产成功，目前在生产。第10页,共43页，2024年2月25日，星期天2.3.3基夫赛特法(Kivcet)

基夫赛特炼铅技术属哈萨克斯坦东方有色金属矿冶研究院专利。目前该技术仍处于专利保护期内，我国采用该技术必须购买专利许可证，实行技术引进。需要引进内容：1购买专利许可证；2干燥、熔炼工序的基本设计及详细设计的技术参数；3现场指导及试车投产时技术服务；4基夫赛特炉专用物料喷嘴。报价420万美元（前3项）。第11页,共43页，2024年2月25日，星期天2.3.3基夫赛特法(Kivcet)基夫赛特法炼铅属于闪速熔炼一电热还原法（Kivcet法），其反应过程主要在基夫赛特炉的反应塔空间进行。基夫赛特炉由4部分组成：安装有氧气-精矿喷嘴的反应塔；具有焦炭过滤层的沉淀池；贫化炉渣并挥发锌的电热区；冷却烟气并捕集高温烟尘的直升烟道（立式余热锅炉）。第12页,共43页，2024年2月25日，星期天2.3.3基夫赛特法(Kivcet)第13页,共43页，2024年2月25日，星期天第14页,共43页，2024年2月25日，星期天2.3.3基夫赛特法(Kivcet)优点：1.原料适应性强，能处理含铅锌渣料；2.主要金属回收率高，综合回收较好；3.渣含铅低，＜2.0%；4.烟尘率低，约5%，可直接返回炉内冶炼；5.生产成本低，粗铅综合能耗0.35t标煤／t；6.炉子寿命长，炉寿可达3年，维修费用省。第15页,共43页，2024年2月25日，星期天2.3.3基夫赛特法(Kivcet)

缺点：

1.原料需干燥至含水1%以下。2.一次性投资较高。第16页,共43页，2024年2月25日，星期天2.3.4QSL法炼铅

QSL技术是德国鲁奇公司于二十世纪七十年代研究开发的直接炼铅工艺。德国施托尔贝格炼铅厂和韩国温山QSL厂，先后于1990年和1992年建成投产。1989年加拿大科明科公司的QSL法炼铅厂投产，因工艺设备问题，仅试产3个月无法继续生产而被迫关闭，1993年用基夫赛特法改建；我国西北冶炼厂20世纪80年代引进的QSL技术，于1992年建成投产，投产不久因故停产。第17页,共43页，2024年2月25日，星期天2.3.4QSL法炼铅QSL反应器：卧式（变径）圆筒形转炉，内衬铬镁砖，外包钢板，炉子中置隔墙（隔墙下部有连通孔，双烟道），分为氧化段和还原段。加料口：加入铅精矿或其他含铅二次物料喷嘴：氧化段喷入氧气；还原段喷入氧气、粉煤或天然气。炉子向氧化段倾斜5%，可90度转动。第18页,共43页，2024年2月25日，星期天2.3.4QSL法炼铅第19页,共43页，2024年2月25日，星期天2.3.4QSL法炼铅工艺过程熔池深度1500mm，炉底铅液深度250mm。

氧化段：炉料加入后，在炉渣-金属-气体乳状熔体中发生反应，生产Pb和PbO，放出热量，实现自热熔炼，此时的氧势较高，约2.2左右。初铅含S0.3-0.5%,初渣含铅40-45%。氧化段温度1050～1100℃.第20页,共43页，2024年2月25日，星期天2.3.4QSL法炼铅

还原段：粗渣从隔墙下流入到还原段。粉煤（或天然气）和氧气喷入产生CO和H2，使高PbO炉渣在1250℃被还原。还原区氧势较低，约为0.2左右。温度较高，为1150℃～1250℃。炉渣在流向还原区端墙上的排渣口的过程中逐渐被还原，还原形成的金属铅（二次粗铅）沉降到炉底流向氧化区与一次粗铅（初铅）汇合。粗铅与炉渣逆向流动，从虹吸口排出；炉渣从渣口连续或间断排出。与氧化段硫化物氧化速度比较，还原速度较慢，还原段长度约为氧化段的2倍。

第21页,共43页，2024年2月25日，星期天2.3.4QSL法炼铅

对含锌高的原料，QSL法的终渣需送烟化炉进一步挥发锌。

反应器熔池深度直接影响熔体和炉料的混合程度。浅熔池操作不但两者混合不均匀，而且易被喷枪喷出的气流穿透，从而降低氧气或氧气-粉煤的利用率。因此适当加深反应器熔池深度对反应器的操作是有利的。第22页,共43页，2024年2月25日，星期天2.3.4QSL法炼铅第23页,共43页，2024年2月25日，星期天2.3.4QSL法炼铅优点：①氧化脱硫和还原在一座炉内连续完成；②备料简单；③返料量少，有利于提高设备生产能力和降低包括能源、劳动力等消耗费用；④富氧使产生的烟尘量减少，烟中SO2浓度高，可直接制酸；⑤以煤代焦，成本更低。⑥主要金属回收率高。第24页,共43页，2024年2月25日，星期天2.3.4QSL法炼铅缺点：

操作条件控制难度较高；烟尘率高(20～30%)；喷枪使用寿命短；渣含铅高，需进一步处理。第25页,共43页，2024年2月25日，星期天2.3.5艾萨法炼铅

艾萨法炼铅是二十世纪七十年代初澳大利亚联邦科学-工业研究组织(CSIRO)研究开发的。1991年12月该公司的一座60kt/a粗铅的ISA炼铅厂建成投产，生产一年多后停产。韩国采用此法建了5座炉，其中2座处理QSL渣，2座处理锌浸出渣，1座回收再生铅。

2005年我国云南曲靖80kt/a粗铅ISA炉+鼓风炉炼铅厂建成投产。

第26页,共43页，2024年2月25日，星期天2.3.5艾萨法炼铅

艾萨炉的炼铅原料有铅精矿、石英石熔剂、烟尘返料和煤。煤的加入量根据熔炼热平衡确定，是辅助燃料。但也可用燃料油和气体燃料，通过喷枪喷入炉内。燃料兼作一定还原剂的作用。艾萨炉作业是一个高度自动化的控制过程，从炉料的配料、上料、熔炼过程气氛和温度的控制以及设备运行状况的监控等作业主要都由控制室控制，通过DCS系统完成。第27页,共43页，2024年2月25日，星期天2.3.5艾萨法炼铅艾萨炉主要设计指标：①处理混合精矿量（13.0～14.5)×104t/a，其中精矿含50%～60%Pb，8%～10%H2O。②粗铅产量8×104t/a，粗铅含96%～98%Pb。③富铅渣产量（9～10）×104t/a，其中渣含45%～50%Pb。④烟尘率13%～18%。⑤熔炼作业率>80%（不含换枪时间）。第28页,共43页，2024年2月25日，星期天2.3.5艾萨法炼铅艾萨炉熔炼系统主要设备结构艾萨熔炼主体设备有艾萨炉、喷枪、余热锅炉、烧嘴、喷枪卷扬机等，辅助系统有供风、收尘、铸造、铸铅、制酸等外围系统。1．艾萨炉的炉体结构竖直状、钢壳内衬耐火材料的圆筒形反应器，由炉体和炉顶盖两部分组成第29页,共43页，2024年2月25日，星期天2.3.5艾萨法炼铅

2．艾萨炉喷枪喷枪是艾萨炉的核心技术。艾萨炉喷枪由三层同心圆管组成。最里层是测压管。第二层是柴油或粉煤的通道，通过控制燃料燃烧可快速调节炉温。最外层是富氧空气，供艾萨炉熔炼需要的氧。第30页,共43页，2024年2月25日，星期天2.3.5艾萨法炼铅

3

辅助燃烧喷嘴艾萨炉的辅助燃烧喷嘴，长期置于炉内，烤炉和暂停熔炼时，喷嘴供油供风，燃烧补热。正常作业情况下，喷嘴停油，但供风作业熔炼补充风用。4艾萨炉的熔体排放艾萨熔炼炉采用间断排放熔体。其优点是排液瞬时流量大，排液溜槽不易冻结，对熔体过热温度要求较低。第31页,共43页，2024年2月25日，星期天2.3.5艾萨法炼铅艾萨熔炼操作要点艾萨熔炼操作：分为点火烘炉和正常熔炼。1．烘炉艾萨炉的耐火材料采用镁铬砖，外层是高铝砖，烘炉应遵照升温曲线进行，余热锅炉也同时升温。烘炉采用专门的升温烧嘴进行，它设有供油装置、供风系统和自动点火机构，按照执行程序由计算机控制运行，炉温以安装在炉体上部的热电偶测量出来的温度为基准。第32页,共43页，2024年2月25日，星期天2.3.5艾萨法炼铅

2.熔炼操作熔池熔炼第一步是造熔池，为了确保在接近正常生产炉温投产。应该用富铅渣．这样炉温低，形成熔池快；没有富铅渣也可用鼓风炉炉渣但炉温控制较高，需要很长时间。当挂渣结束后，则转入正常熔炼状态，从小料量开始。在正常生产进料后，熔池深度不断上升。先放渣，后放铅在整个作业过程中，加料连续进行，只有排放作业是周期性。第33页,共43页，2024年2月25日，星期天2.3.5艾萨法炼铅

3．渣型控制艾萨熔炼的富铅渣为PbO-CaO-SiO2-FeO-ZnO渣型，其成分控制主要检测SiO2和Fe含量，一般为Fe/SiO2=1.1～1.2艾萨熔炼系强化熔炼，反应激烈，Fe/SiO2比不适当，会使渣中Fe3O4含量急剧升高，渣的粘度迅速增加，严重时送入熔池的气体和反应生成物中的气体不能及时释放，窒息到一定程度后会急剧膨胀，熔池涌动翻腾效果差，最后携带大量炉渣喷出炉膛形成泡沫渣，造成安全事故。第34页,共43页，2024年2月25日，星期天2.3.5艾萨法炼铅

4．喷枪的检查和更换5．保温烧嘴作业6.艾萨炉及余热锅炉的清理艾萨炉炉顶与垂直烟道都是余热锅炉的一部分。炉结的产生影响炉子的负压控制与烟气流通，致使不能正常作业。此时，可以适当调整艾萨炉烟气出口温度，造成一定范围的温度波动，从而使锅炉炉壁形成不均匀的膨胀的收缩，动摇粘结物的附着力，使其落入熔池。第35页,共43页，2024年2月25日，星期天奥斯麦特法

在20世纪末，欧洲金属公司（德国)诺丁汉姆（Nordenham）铅锌冶炼厂成功采用奥斯麦特顶吹熔池熔炼方法炼铅。奥斯麦特炉主要由炉体、喷枪及升降装置，加料装置、排渣口、出铅口、烟气出口组成。第36页,共43页，2024年2月25日，星期天奥斯麦特法奥斯麦特炉与艾萨炉的比较①奥斯麦特公司的喷枪由4层套筒组成，中心管从内到外分别是燃料、氧气、空气和套筒风，并引入了二次燃烧机制；

第37页,共43页，2024年2月25日，星期天奥斯麦特法

二次燃烧机制及套筒喷枪专利为奥斯麦特公司独家拥有。其优点是熔炼产出的单体硫及燃烧不完全的物质如CO及有机物等，由套筒风进行二次燃烧，套筒风送入点接近熔体，二次燃烧产生的热量容易被喷嘴飞扬起来的熔体吸收，提高热效率，同时二次风量可按炉况准确调控。炉体上部不设二次风口，炉子密封性好，烟气不会外泄产生低空污染，炉内热场分布较均匀。第38页,共43页，2024年2月25日，星期天奥斯麦特法

②奥斯麦特炉的辅助燃料烧嘴只供烘炉和暂停熔炼时维持炉温用。正常作业时是提至炉外，喷嘴用盖板盖严；③奥斯麦特熔炼炉体外壳喷水，采用喷淋冷却、投资省，简单易行；缺点是冬季车间内水雾较大，钢结构厂房结露腐蚀加快。第39页,共43页，2024年2月25