真空爐處理貴鉛的優(yōu)勢與問題*

唐劍光，香欽華

（蒙自礦冶有限責(zé)任公司，云南 紅河 661100）

在鉛冶煉生產(chǎn)中，粗鉛中含有的銻鉍銅銀等有價金屬在進行鉛電解精煉時主要富集在鉛陽極泥中，后又富集于鉛陽極泥火法還原熔煉后的產(chǎn)物貴鉛[1-2]。目前，國內(nèi)對貴鉛中金屬的分離及稀貴金屬的回收一般采用分銀轉(zhuǎn)爐氧化精煉的傳統(tǒng)工藝，通過火法吹煉，低熔點、易氧化的金屬如鉛、砷、銻、鉍、銅等進入煙塵和渣相，金、銀等熔點高且不易氧化的稀貴金屬則保持金屬態(tài)得到含銀98%以上的粗銀。該工藝技術(shù)成熟、易于掌控，但存在流程長、金屬回收率低、能耗高、環(huán)境污染大等問題[3-4]。貴鉛中金屬分離的新工藝是利用真空蒸餾法[5]處理貴鉛，該工藝流程精煉簡潔，金屬回收率高，冶煉能耗降低，生產(chǎn)過程無“三廢”產(chǎn)生、環(huán)保、節(jié)能；隨著其工藝在冶金生產(chǎn)中應(yīng)用的日趨成熟，應(yīng)用的企業(yè)也越來越多。

某公司原來是以傳統(tǒng)工藝處理貴鉛，自引進豎式真空爐處理貴鉛后，新工藝的優(yōu)點得以充分體現(xiàn)。由于原料成分變化大，使得貴鉛成分波動也大，在真空爐投入使用后，其工藝參數(shù)控制未能及時進行相應(yīng)變化，生產(chǎn)過程出現(xiàn)問題較多，對生產(chǎn)造成了一定的影響。經(jīng)過不斷的生產(chǎn)實踐探索優(yōu)化真空爐工藝操作，摸索出符合本廠生產(chǎn)特點的真空爐工藝操作，為真空爐高效、低能耗處理貴鉛提供了有效保證。

1 貴鉛傳統(tǒng)處理工藝

某公司一直以來處理貴鉛都是將產(chǎn)出貴鉛直接送到轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)粗銀，經(jīng)過轉(zhuǎn)爐吹煉除去鉍銻鉛，然后氧化除銅，整個過程時間為5天左右、油耗高，吹煉過程中產(chǎn)生吹渣和煙塵又去反射爐處理，返料的處理使雜質(zhì)累積形成惡性循環(huán)造成有價金屬回收系統(tǒng)生產(chǎn)被動。貴鉛轉(zhuǎn)爐處理后產(chǎn)出吹渣占74%，煙塵占21%，粗銀占5%，渣量和煙塵量太大，其生產(chǎn)流程圖如圖1所示。用此方法進行生產(chǎn)存在的缺點是：①貴鉛含銀（10%～15%） 低雜質(zhì)高，造成轉(zhuǎn)爐每爐投入量大；②轉(zhuǎn)爐吹煉時間長；③轉(zhuǎn)爐柴油消耗高；④產(chǎn)出轉(zhuǎn)爐渣渣量大；⑤生產(chǎn)成本高。

圖1 老工藝處理貴鉛生產(chǎn)工藝流程圖Fig.1 Process flow chart of noble lead production by old process

2 貴鉛真空蒸餾處理工藝

為降低生產(chǎn)成本引進真空爐處理貴鉛，貴鉛經(jīng)真空蒸餾產(chǎn)出貴銀再送轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)粗銀，其生產(chǎn)流程圖如圖2所示。

圖2 真空處理貴鉛生產(chǎn)工藝流程圖Fig.2 Process flow chart of noble lead production by vacuum treatment process

貴鉛經(jīng)過真空蒸餾過程，可以去除75%以上的雜質(zhì)元素（絕大部分的Pb、Bi，部分的Sb），得到殘留貴銀。貴鉛在真空蒸餾中鉛、鉍絕大部分、銻大部分揮發(fā)進入揮發(fā)鉛，產(chǎn)出殘留貴銀量大大減少，轉(zhuǎn)爐處理殘留貴銀量為原來處理貴鉛的25%。此方法的優(yōu)點是：①殘留貴銀含銀高雜質(zhì)少，轉(zhuǎn)爐每爐投入量大幅降低；②隨殘留貴銀帶入轉(zhuǎn)爐的鉛鉍銻等雜質(zhì)減少，轉(zhuǎn)爐吹煉時間變短，轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)時間比原工藝縮短一半以上；③轉(zhuǎn)爐柴油消耗降低，由于鉛鉍銻等雜質(zhì)吹煉時間降低，產(chǎn)出轉(zhuǎn)爐渣減少70%左右；④生產(chǎn)成本大幅降低（經(jīng)計算真空爐處理貴鉛工藝生產(chǎn)成本比原工藝處理貴鉛的生產(chǎn)成本降低47%）；⑤貴鉛在真空負(fù)壓環(huán)境分離，沒有廢氣、廢渣、廢水及煙塵產(chǎn)生或排放，勞動強度降低，操作環(huán)境更加環(huán)保。

3 真空爐處理貴鉛的真空蒸餾理論依據(jù)

金屬受熱氣化，形成金屬氣體，不同金屬氣體的蒸氣壓各有差別，這是真空蒸餾金屬及合金的基本依據(jù)[5]。鉛陽極泥火法還原熔煉產(chǎn)物貴鉛的主要成分為鉛、銀、銻、鉍、銅等，貴鉛真空蒸餾主要是利用合金中鉛、鉍、銀、銅、銻等的蒸氣壓不同，控制適當(dāng)?shù)臏囟群拓?fù)壓，使鉛、鉍等揮發(fā)，達到銀、銅與鉛、鉍等分離的目的。真空蒸餾分離銀、鉛、銻是物理過程，不消耗任何化工材料，在真空狀態(tài)下可以降低金屬鉛、鉍的蒸發(fā)溫度和加速氣化過程，氣化的金屬又能以液態(tài)或固態(tài)冷凝下來，成為金屬產(chǎn)物。貴鉛中各金屬蒸氣壓與溫度的關(guān)系如表1。

表1 貴鉛中各金屬在不同壓強下的沸點Tab.1 Boiling point of each metal in noble lead with different pressure intensity K

由表1中可以看出，銀、銅、鉍、鉛、銻的蒸汽壓相差較大，壓強在13.3 Pa以下時，鉛鉍與銀銅的沸點相差較大，而其蒸汽壓相差也較大，可實現(xiàn)銀與鉛、鉍等金屬的分離。

4 真空爐處理貴鉛的生產(chǎn)實踐

4.1 主要技術(shù)參數(shù)

貴鉛真空爐設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)：最大處理量13 t/d，最高工作溫度1 300℃，最大加熱功率280 kW，極限真空度0.06 Pa。

4.2 生產(chǎn)工藝流程

鉛陽極泥火法還原熔煉產(chǎn)出的貴鉛，進行一次真空蒸餾產(chǎn)出殘留貴銀和揮發(fā)鉛，殘留貴銀送銀轉(zhuǎn)爐精煉，揮發(fā)鉛含銀低的送鉛鉍電解精煉、含銀高的進行二次真空蒸餾。揮發(fā)鉛二次真空蒸餾產(chǎn)出二次揮發(fā)鉛和二次殘留貴銀，二次揮發(fā)鉛送鉛鉍電解精煉，二次殘留貴銀含銀高的送銀轉(zhuǎn)爐精、含銀低的返回與貴鉛搭配進行真空蒸餾。其工藝流程如圖3。

圖3 貴鉛真空蒸餾工藝流程圖Fig.3 Vacuum and distillation process flow chart of noble lead

4.3 貴鉛原料來源

貴鉛主要來源是鉛陽極泥火法還原熔煉后的合金產(chǎn)物，受鉛陽極泥含銀的影響，貴鉛含銀在4%～18%，銀含量在10%左右較多；其次是來自煉黑氧粉得到的合金，這部分合金產(chǎn)量較少，銀含量在2%～8%，銀含量2%～4%居多，這部分合金稱之為貴合金，一般視實際情況搭配進行生產(chǎn)。貴鉛、貴合金原料成分如表2、表3所示。

表2 貴鉛成分一覽表Tab.2 Composition list of noble lead %

表3 貴合金成分一覽表Tab.3 Composition list of noble alloy %

4.4 操作實踐與結(jié)果分析

貴鉛一次真空蒸餾工藝控制：蒸發(fā)溫度（930～970） ℃、真空度 （10～20） Pa、處理量（6.0～6.5） t/d。貴鉛一次真空蒸餾金屬成分如表4所示。從表4的數(shù)據(jù)可看出，貴鉛經(jīng)過一次蒸餾后，銀主要富集在真空爐產(chǎn)出的殘留貴銀中其含銀達到52.55%，銅也基本富集在殘留貴銀中；鉛、鉍通過蒸餾主要富集在揮發(fā)鉛中，揮發(fā)鉛中的鉛達到69.72%、鉍為11.28%；且產(chǎn)出殘留貴銀重量比投入貴鉛重量大大減少，約為投入貴鉛重量的四分之一。一次蒸餾后，銀、銅基本與鉛、鉍分離，但揮發(fā)鉛中的銀含量還是稍高，需要進一步分離。

表4 貴鉛一次真空蒸餾金屬成分表Tab.4 First vacuum distillation metal composition list of noble lead

揮發(fā)鉛二次真空蒸餾工藝控制：蒸發(fā)溫度（930～970） ℃、真空度 （10～20） Pa、處理量（5.5～6.0） t/d。揮發(fā)鉛二次真空蒸餾金屬成分表5。經(jīng)過二次真空蒸餾后，揮發(fā)鉛1中的銀已降到0.021 8%，殘留貴銀1返回與貴鉛配料。

表5 揮發(fā)鉛二次真空蒸餾金屬成分表Tab.5 Second vacuum distillation metal composition list of noble lead

在進行貴鉛真空爐生產(chǎn)中，根據(jù)物料變化調(diào)整適當(dāng)?shù)牟僮鲄?shù)，經(jīng)過總結(jié)確定真空爐處理貴鉛的真空蒸餾最佳工藝條件為：蒸發(fā)溫度（930～970） ℃、真空度 （10～20） Pa、處理量（5.5～6.5） t/d。

4.5 存在問題

在實際生產(chǎn)中，按以上貴鉛真空蒸餾最佳工藝條件進行控制，鉍的直收率可達96%以上。在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，貴鉛經(jīng)過一次真空蒸餾后得到的揮發(fā)鉛含銀還是較高，將得到的揮發(fā)鉛再次進行真空蒸餾，銀與鉛鉍分離更徹底。因此，在實際生產(chǎn)中，貴鉛真空蒸餾產(chǎn)出的揮發(fā)鉛，再經(jīng)過一次真空蒸餾得到的揮發(fā)鉛才送電解精煉。從某公司真空爐處理貴鉛的實際生產(chǎn)分析，還存在一些問題待解決，主要如下：

1）貴鉛原料雜質(zhì)砷、銅等越來越高，對真空爐生產(chǎn)存在一定的影響，砷易在真空管道凝結(jié)堵塞，銅高造成化料困難而且進料受影響，需在貴鉛原料進入化料鍋前盡量降低雜質(zhì)含量；

2）爐內(nèi)石墨電極易發(fā)生短路，由于在真空爐內(nèi)蒸發(fā)盤與電極之間是有空隙，金屬在蒸發(fā)或冷凝時會有部分金屬在電極底座處凝結(jié)，當(dāng)金屬凝結(jié)到一定程度，會造成電極短路發(fā)生電弧，需停爐處理；

3）石墨配件損耗大。在真空爐生產(chǎn)過程中，金屬蒸氣會在石墨冷凝罩上凝結(jié)，當(dāng)金屬凝結(jié)較多時把冷凝罩之間部分空隙填滿，并會把冷凝罩漲裂損壞，且清理困難。同時由于出現(xiàn)漏氣、真空度下降時，石墨電極、蒸發(fā)盤在高溫下與氧接觸損耗；

4） 維修時間頻繁。由于金屬易在石墨電極、冷凝罩等之間凝結(jié)，通常幾天就要停爐維修，維修工作量大。

5 結(jié)語

1）通過生產(chǎn)實踐證明，采用真空爐處理貴鉛使銀銅與鉛鉍分離更徹底，生產(chǎn)時間縮短，產(chǎn)能提高，加工成本降低；

2） 在真空負(fù)壓環(huán)境分離，沒有廢氣、廢渣、廢水及煙塵產(chǎn)生或排放，緩解環(huán)保方面的壓力，是綠色環(huán)保低碳冶金工藝；

3）貴鉛中的鉛、鉍提前開路縮短了鉛鉍的綜合回收冶煉周期。