硫酸鉛渣直接還原熔煉工藝渣含金屬的控制

黎開金

（富民薪冶工貿有限公司，云南 昆明 650400）

某公司多年來以西南銅業分公司銅冶煉煙塵濾渣為原料，配料制磚后，采用還原爐進行直接還原熔煉，產出鉛鉍合金、鉛冰銅、爐渣和煙塵等，因該濾渣主要以硫酸鉛為主，與燒結塊相比具有不同的特性，生產處理存在一定的難度。為此，該公司在生產實踐中不斷摸索優化，通過研究硫酸鉛渣的熔煉機理和爐渣物理學習性質，找出影響爐渣含金屬的關鍵因素，從而實現降低渣含金屬，提升企業的經濟效益和競爭力。

1 硫酸鉛渣熔煉機理

硫酸鉛渣主要以PbSO4為主，可看作鉛物料的還原熔煉。但硫酸鉛渣和鉛燒結塊在物理結構和化學成分上的差異，熔煉機理有所不同。硫酸鉛渣熔煉機理主要為PbSO4的化學反應，其主要爐內反應如下：

從以上爐內反應可看出，硫酸鉛主要還原生成較多硫化鉛，而硫化鉛難于發生還原反應，因為PbSO4在較低的溫度下就能被還原為PbS，而生成金屬Pb的反應又相對在較高的溫度下進行，若PbSO4過快還原，會造成PbS過量而揮發進入煙塵或進入爐渣，影響鉛的直收率。同時爐況波動導致爐內熔體澄清分離效果差，從而未參與反應的硫化鉛進行爐渣中夾雜。

2 爐渣成分與性質

（1）爐渣的成分。因為爐渣的熔點、粘度及比重等物理性質決定于其化學成分，則選擇爐渣成分，對于還原熔煉生產好壞有決定性的影響。還原爐煉鉛爐渣的主要成分為FeO、SiO2、CaO、ZnO等，還含有少量的MgO、Al2O3等。其中FeO、SiO2、CaO、ZnO、MgO、Al2O3的總和約占總渣量的85%～90%，這些組分的性質大致可決定爐渣的性質[1]。

（2）爐渣的物相組成（如表1所示）

表1 爐渣物相

由表1爐渣物相分析結果可知，爐渣的物相較為復雜，其他雜質元素較多，其中鉛主要以PbS形態存在，Cu主要以Cu2O和Cu2S形態存在，Sn主要以SnO2形態存在。渣中Pb、Cu和Sn的有價金屬均以化合物形式存在，再從硫酸鉛渣熔煉機理分析，說明硫酸鉛渣直接還原熔煉生產較常規冶煉為困難，物料中有價金屬參加反應過快，反應不徹底。

（3）爐渣的性質。有色金屬的冶煉過程實際是一個以爐渣作媒介提純金屬的過程，爐渣性質對冶煉過程至關重要，爐渣的組成和性質決定了熔煉過程的還原程度、燃料消耗、金屬回收率的爐子的生產率。①爐渣的熔點。爐渣的熔點越低，熔煉所需的燃料越少，爐子生產率越高。但并不是爐渣越易熔化，熔煉效果就越好，如果熔煉過程中硫酸鹽的還原反應來不及完全反應前爐料就開始熔化，則造成鉛、銅和錫等有價金屬進入渣中而損失。

②爐渣的粘度。粘度過大易造成冶煉熔體排放工作難于進行，渣金界面反應不完全，粘度過小則易于快速穿過爐內的焦點區，爐渣過熱度低，沉降分離不良并造成與其他溶解產物分離困難，渣含金屬同樣上升[2]。③爐渣的比重。隨著溫度的升高，爐渣的密度會隨之降低，而密度影響爐渣的比重，如果爐渣比重過大，熔煉過程中爐渣和鉛冰銅夾雜，分離不完全，同樣不利于爐渣含金屬的控制。

3 控制渣含金屬的生產實踐

（1）控制較高的熔煉溫度。該公司采用4.5m2還原爐進行硫酸鉛渣的直接還原熔煉，硫酸鉛渣的還原熔煉過程中，需要減緩入爐物料的熔化速度，增強物料與上升煙氣的還原接觸時間，確保PbSO4、SnO2和Cu2O的還原時間，必須要更高的熔煉溫度。同時較高的爐溫可增強爐渣流動性，降低爐渣密度，有利于渣含金屬的控制。

（2）渣型確認。上文提到，爐渣的成分決定于整個還原冶煉過程的好壞，渣型的確認是冶煉的基礎，該公司經過爐況正常時，多次對爐渣數據進行分析，得到爐渣渣型首要確保爐渣中含CaO適宜，過高和過低，對渣含金屬影響較大；再對確定渣型為：FeO23%～27%，SiO222%～25%，CaO15%～18%，ZnO＜15%。

（3）提高還原爐還原能力。為了提升還原能力，該公司做了以下措施：①提升料柱高度。目前還原熔煉生產過程中，該公司采取的爐料高度為4.5m，已屬于高料柱作業，為進一步提升還原能力，在生產中多次摸索出最佳料柱高度為4.8m～5m。②適宜的風焦比。該公司通過實踐證明，硫酸鉛渣直接還原熔煉焦率確定在13%～15%，風焦比控制在6～6.5，焦率過高，風量過小則導致焦炭成本上升，同時燃燒不完全的碎小焦丁阻止了熔體的流動，反而惡化爐缸，造成渣含金屬上升。

（4）生產中加入鐵屑置換。在生產中，鐵屑成本較低，適當加入鐵屑，可使之與PbS發生沉淀反應生成FeS，將鉛置換出來，從而減少爐渣中鉛的損失。

（5）返渣減量入爐。為保證硫酸鉛渣還原熔煉爐況，該公司搭配部分返渣入爐，但返渣的大量加入既造成了焦炭生產成本的上升，又使爐渣體量增大，整體渣含金屬量損失增大，在滿足還原爐爐況順行的情況下，該公司生產從返渣率50%降至15%，返渣減量入爐確保了渣含金屬量損失減少。

（6）加強現場操作管理。精細的現場操作是爐況穩定的重要因素之一，通過嚴格的現場管理，嚴格控制加料入爐工作，控制風眼管理和排放工作，并且在生產中盡量減少停風，減緩爐結的生成速度，及時處理爐況，則可避免渣含金屬的波動。

4 結語

該公司用多年還原爐直接還原熔煉硫酸鉛渣的生產實踐，證明雖然硫酸鉛渣在冶煉過程中有更多復雜性和不穩定性，但是爐渣的潛在價值較高，其中含銻、鋅等其他元素亦可通過不斷的技術研究和現場改進，實現較好的渣含金屬控制，為冶煉同行所借鑒，共同創造良好的經濟效益。