簡析富氧側吹煉鉛工藝的應用特點與應用分析

鄭劍平

（江西金德鉛業股份有限公司，江西 德興 334202）

隨著國內環境問題的不斷嚴重，國家對節能減排于清潔生產提出了更高的要求，傳統的底吹爐-鼓風爐冶煉工藝對環境的危害、能耗高逐漸凸顯，例如冶煉過程中的高鉛渣具有較大熱能，但卻不能得有效利用，同時冶煉所使用的焦炭價格逐年升高，使得煉鉛成本處于高位[1]。鑒于目前的環保形勢，利用節能環保降耗的生產工藝勢在必行，本文以江西金德鉛業股份有限公司的富氧側吹煉鉛工藝為例，對其工藝特點和冶煉過程進行分析。

1 富氧側吹煉鉛工藝原理

1.1 氧氣底吹爐熔煉原理

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，氧氣從底部氧槍中吹入引起熔體攪拌，;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；進行化學反應如：

PbS+O2=Pb+SO2+202kJ

PbS+1.5O2=PbO+SO2+420kJ

PbS+2PbO=3Pb+SO2-217kJ

PbO+SiO2=PbO·SiO2+11kJ

2FeS＋3O2＋SiO2＝2FeO·SiO2＋2SO2↑

CaCO3=CaO+CO2↑

2FeO·SiO2＋CaO＋2PbO=2PbO·CaO·2FeO·SiO2

對精鉛礦的氧化熔煉是為了使精鉛礦熔化，然后通過反應分解硫化鉛，進而產生粗鉛以及存留于熔融渣中的氧化鉛，此過程會排出二氧化硫濃度高的廢氣，廢氣排入余熱鍋爐中，經余熱回收等一系列過程處理后，制取工業用濃硫酸，這樣就使二氧化硫得到再次利用。

1.2 富氧側吹爐熔煉原理

從氧氣底吹熔池出來的熱渣含有約1050℃的顯熱，直接通過渣流槽直接流入側吹還原熔煉爐；再從側吹爐側面風眼內鼓入一定濃度的富氧無油壓縮空氣，和頂部加料口加入無煙煤；使碳在熔池中燃燒，燃燒過程中產生的高溫，可以為爐內提供能量，同時產生的一氧化碳等還原氣體，可用于鉛的還原過程，進行化學反應如下[1]：

PbO+C=Pb+CO-108kJ

PbO+CO=Pb+CO2+82kJ

CO2+C=2CO-165kJ

進行還原熔煉主要是把熔融渣中的氧化鉛還原為單質金屬鉛，逐步與爐渣分離，產生粗鉛，排出的爐渣含鉛量低于2.0%，排出煙氣中的二氧化硫含量大幅降低，經過進一步脫硫處理后即可達到排放標準。

2 技術特點

（1）富氧側吹爐具有較低能耗，冶煉中的煙氣與二氧化硫排放量低于其它工藝，冶煉過程中側吹還原爐排放的煙氣量為相同規模鼓風爐的不到3成，而二氧化硫排放量僅占鼓風爐1成。同時其工藝流程簡單，產生灰塵較少，這樣就保證了鉛塵不發生明顯的彌散，相關測試表明，一線操作崗位的鉛含量不到0.03mg/m3[2]。

（2）側吹還原爐渣中含有的鉛不到2%，低于鼓風爐的3%～4%，鉛回收率方面來看，側吹還原爐是97.1%，鼓風爐鉛則僅為95.5%[3]。

（3）常將側吹還原爐、煙化爐及熔煉爐安裝于較近位置，一方面去除了鼓風爐上料及熱渣鑄造系統，同樣也減少了建筑面積。

圖1 富氧側吹爐結構示意圖

（4）側吹爐的爐身由銅質水套圍成矩形，靠銅水套工作面上形成的冷凝爐渣層來抵御爐渣的沖刷和腐蝕，其使用壽命在5年以上。盡管銅水套比用耐火磚襯里的熱損量大，但冶煉單位能耗仍可維持在較低的水平。因為高床能力和高氧鼓風使得煙氣體積大大減少，煙氣帶走的熱量大大降低。

3 富氧側吹爐的結構

金德鉛業股份有限公司采用中聯公司的富氧側吹爐由4層水套構成，其中的2層為銅質冷卻水套，另外2層為襯有耐火材料的鋼制水套，側吹爐的橫截面為矩形（圖1）。從下到上，整體可將爐子分成三部分：爐缸、爐身、爐頂。其中，爐身由熔池區和再燃燒區組成，爐身兩側配有熔池下風口以及再燃燒上風口。側吹爐一端設有加料室，另一端設有渣虹吸井與虹吸放鉛口。為了方便形成熔池，放渣口比下風口位置偏高一些。鋼槽采用鋼板焊接而成，其內部使用鎂鉻磚砌成，爐底為倒拱形結構，在爐缸的上沿部位添加水平鋼板用以支承下層水套。爐缸是實現渣鉛分層的主要場所，通過虹吸道分別排出粗鉛和渣[4]。

在水平方向上，熔池區包含了熔煉室與加料室，二者被規格為65×65mm的水冷方型銅管隔墻分隔開來，隔墻留有通道。富氣空氣由爐底下層的水套風口通入熔池，熔體在富氧空氣的作用下發生鼓泡、膨脹，依次由上通道涌入加料室，與爐料互相裹挾后由下通道進入風口區發生熔煉反應。

為了防止爐氣帶出過多的爐料與噴沫，主加料口底部備有隔墻，中層水套略微向外傾斜，加寬爐子的寬度，這樣就降低了爐氣上升速度以及煙塵量得到減少。再燃燒區的兩側配備有再燃燒風口，這樣可以使爐氣中含有的Pb、PbS、S、CO等物質在此發生氧化反應[5]。

爐頂有加料室爐頂和熔煉室爐頂，均為鋼質水套內襯耐火涂層。加料室爐頂設主加料口，熔煉室爐頂設有輔加料口和排煙口[6]。

4 富氧側吹爐生產技術實例分析

江西金德鉛業股份有限公司，自從2015年7月側吹爐投產試生產，在之后的三個月里富氧側吹爐工作狀態良好，生產穩定連續，每天吹煉爐數穩定在11爐左右，其中入爐高鉛渣量大于15000噸/月，粗鉛產量也超過了7000噸/月，月平均渣含鉛低于2.0%。實際生產中可以采取提高高鉛渣中的鉛品位以及富氧側吹還原爐處理量來提高粗鉛的產量。富氧側吹還原爐煉鉛工藝的經濟指標與鼓風爐煉鉛工藝對比如表1所示。由表1可以看出，采用側吹還原爐技術金屬回收率均高于鼓風爐，其中銅的回收率提高最為明顯，較鼓風爐提高20%左右。粗鉛生產能力也有較大幅度提高。

表1 富氧側吹還原爐與鼓風爐技術指標對比

5 結語

目前來看，富氧側吹爐煉鉛技術已發展的較為成熟，且安全可靠，具有較強的實用性，優異的節能環保性能。中聯富氧側吹爐還原高鉛渣在國內鉛行業已有多家企業采用，取得了行業的認可。現已在國內某廠開始富氧側吹爐取代煙化爐的工業實驗，它的優點是取消粉煤系統，采用富氧技術，煤率可下降30%～45%，同時可提高煙化的安全性，提高氧化鋅粉的質量。可處理熱態的含鋅物料，也可以處理冷態的含鋅原料及鋅浸出渣,對鉛礦石實現了直接冶煉，進一步使得過程中的CO2、SO2等氣體排放降到最低，經濟和環保指標在全世界范圍內具有先進水平。

[1]吳成江.側吹轉爐設計[M].冶金工業出版社,1960.

[2]劉清漓.富氧側吹爐上部結構的改造[J].新疆有色金屬,2014(3):81-82.

[3]張樂如,劉燕庭,李允斌.一種富氧側吹爐處理鋅浸出渣的冶煉方法,CN 102321806 B[P].2016.

[4]劉軍,劉燕庭.富氧側吹直接煉鉛工藝研究與應用[J].中國有色冶金,2013,42(1):34-36.

[5]白樺,李陽.一種同時煉鉛鋅的新技術[J].有色冶金節能,2014,30(2):15-16.

[6]藺公敏,賓萬達.氧氣側吹直接煉鉛爐[J].中國有色冶金,2005(6):48-50.