铅富氧闪速熔炼法节能减排效果与分析.pdf

2 0 1 2 年4 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．o n 4 5 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／J ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 2 ．0 4 ．0 1 2 铅富氧闪速熔炼法节能减排效果与分析 郜伟，王成彦，陈永强，宋元张，郑晓斌，李强 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 7 0 摘要详细分析了铅富氧闪速熔炼工艺的技术参数、能耗、烟尘和S O z 排放量等，阐述了铅富氧熔炼工艺 在节能和环境保护上的优越性。 关键词铅；闪速熔炼；环境保护；节能减排 中图分类号T F 8 1 2文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 2 0 4 0 0 4 5 0 4 E f f e c t sa n dA n a l y s i so fE n e r g y S a v i n ga n dE m i s s i o nR e d u c t i o no f L e a dO x y g e n 。e n r i c h e dF l a s hS m e l t i n g G A OW e i ，W A N GC h e n g - y a n ，C H E NY o n g - q i a n g ，S o N GY u a n - z h a n g ，Z H E N GX i a o - b i n ，L IQ i a n g B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y 。B e i j i n g1 0 0 0 7 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h et e c h n i c a lp a r a m e t e r s ，e n e r g yc o n s u m p t i o n ，d u s t ，S 0 2e m i s s i o nl o a do fl e a do x y g e n - e n r i c h e d f l a s hs m e l t i n gp r o c e s sw e r ea n a l y z e d ．T h es u p e r i o r i t yo fl e a do x y g e n - e n r i c h e df l a s hs m e l t i n gp r o c e s sb o t h i ne n e r g ys a v i n ga n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nw e r ee l a b o r a t e d ． K e yw o r d s l e a d ；f l a s hs m e l t i n g ；e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ；e n e r g ys a v i n ga n de m i s s i o nr e d u c t i o n 近年来，随着国内经济持续快速发展以及国外 铅产能逐步向我国转移，国内铅产能、产量和消费量 还将继续增长。我国铅工业虽然发展迅速，但受矿 产资源特点的限制，加工处理工艺较为复杂，而且装 备水平落后，劳动生产率低。在节能减排与清洁生 产方面，迫切需要引进和自主研发新技术、新设备及 新工艺，加快关键技术突破，淘汰落后产能，降低铅 冶炼过程的能耗和温室气体排放。 2 0 0 6 年，北京矿冶研究总院和华宝产业有限责 任公司合作，以低品位铅物料为对象，开始研发铅冶 炼清洁生产新技术及装备一铅富氧闪速熔炼法[ 1 ] ， 综合回收铅、锌、铜、金、银等有价金属、降低铅冶炼 综合能耗，实现“绿色冶金”。2 0 1 1 年5 月采用该技 术的年产1 0 万t 粗铅的铅富氧闪速熔炼示范工程， 在灵宝市华宝产业有限责任公司顺利投产【2 ] ，节能 和环保效果明显。 1 铅富氧闪速熔炼工艺技术及对节能 和环保效果的影响 传统炼铅工艺存在着低空含铅粉尘和低浓度 S O 污染、能耗高等问题，被直接炼铅工艺所替代是 大势所趋。直接炼铅法可以简单分为熔池熔炼和闪 速熔炼两大类[ 3 嵋] ，我国自主研发成功的铅富氧闪速 熔炼法和基夫赛特法属于闪速熔炼的范畴，冶炼烟 气采用动力波洗涤净化、两转两吸工艺制酸。高铅 渣经电炉还原产生粗铅和氧化锌粉，还原电炉渣经 水淬后外售。其工艺流程如图1 所示。 该工艺与基夫赛特法相比睁引，均存在氧化、还 原两种烟气单独处理系统，只不过该工艺是将氧化 段和还原段分在由热渣溜槽连接的闪速炉和还原电 炉两台独立冶炼装置内进行，并取消了烟化炉，无烟 化烟气。 年产1 0 万t 粗铅的铅富氧闪速熔炼厂主要由 基金项目国家高技术研究发展计划 8 6 3 计划 资助项目 2 0 0 9 A A 0 6 4 6 0 2 作者简介郜伟 1 9 7 9 一 ，男，硬士。工程师． 万方数据 4 6 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m r mo n 2 0 1 2 年4 期 备料车间、熔炼车间、制酸车间、辅助车间组成，各车 间主要作用、污染物及环保措施分述如下。 1 ．1 备料车间 备料车间将外购的铅精矿进行晾晒、配料、干 燥、磨破，再送熔炼车间。由晾晒场、原料库、运输皮 带、料仓、配料计量、蒸汽干燥机、球磨机、气力输送 等工序和设施组成。主要排污节点为晾晒和配料过 程产生的灰尘、蒸汽干燥过程产生的含尘水汽。为 此在晾晒场搭建了透光的原料棚，焦炭干燥、物料干 燥、球磨机、密相输送均设计有专门的收尘系统，同 时在配料、干燥车间设置有轴流风机进行强制通风， 为保证操作环境，所有烟气最后并入环保烟气系统， 再经喷淋吸收后由3 8m 烟囱集中排放。 图1 铅富氧闪速熔炼原则工艺流程 F i g ．1P r i n c i p l ep r o c e s sf l o w - s h e e to fl e a do x y g e n - e n r i c h e df l a s hs m e l t i n gp r o c e s s 1 ．2 熔炼车间 熔炼车间包括1 座闪速熔炼炉、l 座还原电炉、 1 台余热锅炉、l 台电收尘器等主要设备。闪速熔炼 炉由3 部分组成沉淀池、反应塔、带膜氏壁的上升 烟道，在反应塔顶部设有精矿喷嘴和辅助供热烧嘴。 于燥后的炉料经浓相风力输送到熔炼炉顶料 仓，布袋收尘器进行气固分离，废气通过排气筒放 空；返回的烟尘经斗提送炉顶烟尘仓；5 ～1 5m m 碳 还原剂由吊车料桶卸入炉顶料仓。各料仓下设有称 重装置，按配比将炉料、烟尘、焦粒分别经下料管给 到风动溜槽，通过风动溜槽将炉料给进精矿喷嘴。 精矿和氧气在精矿喷嘴混合后呈悬浮状送入反应塔 进行反应，并以2 ～3m ／s 的速度飘落，在2 ．5 ～3 ．5 S 时问内完成冶化反应。反应后的融熔物先降落到 焦炭层，～8 5 ％的P b 0 在焦炭层被还原成金属铅， 铅、渣在沉淀池分离，约7 0 0 ℃的粗铅从沉淀池放铅 口放出至圆盘浇铸机中。另一部分铅呈P b o 进入 高铅渣，再经过渣溜槽流至还原电炉，使铅还原完 万方数据 2 0 1 2 年4 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 4 7 全，还原电炉渣水淬后作为熟料生产水泥。反应塔 烟气通过沉淀池再流向上升烟道，经余热锅炉垂直 上升段烟道的膜氏壁冷却降温至3 8 0 ℃以下送电收 尘器处理。除尘后的烟气再配入适量空气至含S O 。 约1 5 ％送制酸车间生产硫酸。 熔炼车间的主要排污节点为 1 浓相输送至炉顶料仓产生的烟尘； 2 粗铅排放口产出的含铅气体； 3 冰铜排放口产出的含低浓度S O z 气体； 4 闪速炉渣口及热渣溜槽产生的含铅气体； 5 电炉炉渣水淬产生的大量水蒸气； 6 铅闪速熔炼产生的高温S O z 烟气； 7 还原电炉产生的含锌、铅烟气； 配套治理措施如下 1 在粗铅排放口、冰铜排放口、闪速炉渣口及热 渣溜槽加装集气罩，把放冰铜产出的含S O 。气体吸 人烟气管中送制酸，以减少S O z 的排放，粗铅排放 口、闪速炉渣口及热渣溜槽烟气集中去环保烟气系 统，经喷淋吸收后由3 8m 烟囱集中排放。 2 外排闪速炉熔炼烟气经过余热锅炉、高温静 电收尘器后送配套制酸系统； 3 外排的电炉熔炼烟气经烟道冷却、复燃室、热 交换器、袋式除尘器回收Z n O 烟灰后并入环保烟气 系统，再经喷淋吸收塔后由3 8m 烟囱集中排放。 4 采用高压力大水量的水淬工艺，使电炉炉渣 的水淬细度控制在0 ．1 5m m 以下，炉渣年产出量约 6 万多t 。该炉渣呈玻璃态，S i O 含量大于2 5 ％， C a O 含量大于1 7 ％、M g O 含量小于3 ％，基本不含 铜、铅、锌等有毒重金属元素，很适于生产水泥，可作 为水泥熟料直接外售，临时的堆存和转运，不会对当 地环境产生污染。 5 电炉炉渣水淬装置布置于车间外，水淬产生 的大量水蒸气不含有害元素，可以直接排空，不会对 当地环境产生影响。 1 ．3 硫酸车间 硫酸生产车间主要任务是完成铅闪速熔炼产生 的S 0 烟气的制酸，制酸采用“2 2 ”两次转化、 9 8 ％酸干燥、中高温两次吸收制酸工艺，S O 总转化 率≥9 9 ．8 ％，S O 。吸收率≥9 9 ．9 9 ％。 2铅富氧闪速熔炼工艺在环保方面的 优势 ，1 无铅尘的无组织排放，排放的烟尘量少 铅富氧熔炼工艺的原料干燥系统采用蒸汽为加 热介质，其烟气和磨破系统的烟气经配套的布袋收 尘后，尾气并人环保烟气系统，密相输送的烟气经配 套的布袋收尘后，尾气直接供闪速炉配风使用。干 燥尾气、球磨尾气、车间各炉口烟气及电炉尾气都并 入环保烟气系统，喷淋吸收后经3 8m 环保烟囱集 中外排。 2 无低空污染，操作环境好 铅富氧闪速熔炼闪速炉直接使用工业纯氧进行 强氧化脱硫熔炼，降低熔炼烟气量，提高烟气除尘效 率和S O z 利用率，减少排人大气的有害烟气量。 闪速炉密闭性能好，熔融铅氧化渣经渣溜槽直 接进还原电炉进行还原熔炼，不需要铸渣和转运，没 有敞开的路口泄露烟气。出渣口和出铅口少量烟气 都用吸尘罩排入环保烟气系统，生产时厂房内无低 空污染，且出铅口出铅温度低，基本无铅蒸汽产生， 现场工人操作环境好。 3 无废水排放 炉渣水碎过程所用的水可完全循环使用，不产 生污水排放。 3 铅富氧闪速熔炼工艺在节能方面的 优势 铅富氧闪速熔炼示范工程2 0 1 1 年5 月投产以 来，由于企业流动资金和原料供应非常紧张，日均物 料处理量4 2 0t ，仅达到设计处理能力的6 0 ％，且入 炉料的铅含量维持在3 0 ％左右。在制氧、供水、供 气等用电设备满负荷运转、折合吨铅电耗13 3 6 k W h 的极端情况下，吨粗铅的实际生产能耗也仅为 3 3 8k g c e ，且包含了还原贫化电炉挥发锌的能耗。 按满负荷生产计算，在入炉料含铅2 7 ％的情况 下，包括还原贫化电炉挥发锌的能耗在内，吨粗铅能 耗仅为2 1 3k g e e ，详见表1 。 表1 每吨粗铅综合能耗表 T a b l e1 C o m p r e h e n s i v ee n e r g yc o n s u m p t i o n o fp e rt o nc r u d el e a d 万方数据 4 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ] ／y s y l ．b g r i m r mc n 2 0 1 2 年4 期 铅富氧闪速熔炼工艺在节能方面的优势 1 铅物料干燥采用回转式园筒蒸汽干燥机，比 气流干燥使用重油或粉煤作燃料有更高的燃烧效 率，而且可以用系统余热锅炉自产的蒸汽作热源，能 源利用充分，避免了环境污染； 2 干燥后入炉铅混合料采用密相输送技术，压 缩空气量消耗少，能耗低，烟尘量小，环境污染小； 3 铅富氧闪速熔炼炉不仅炉体结构简单，水冷 元件少，闪速炉铜水套用铜量不到2 0 0t ，电炉炉体 不设水冷原件，炉体密闭性强，炉体散热损失少， 4 铅闪速炉反应塔中央喷嘴所用的氧气为工业 纯氧，含0 浓度大于9 5 ％，烟气量小，烟尘率低，冶 金化学反应热的利用更为充分。正常生产时闪速炉 不需外部热源，只是反应塔顶油枪保持3 0L ／h 燃 烧，起点燃作用； 5 焦炭消耗量少，其中P b 0 还原消耗量大于 8 0 ％，燃烧放热用量小于2 0 ％； 6 闪速炉产的高铅渣直接经过热渣溜槽进入还 原电炉贫化，充分利用高温熔融炉渣的热能，避免了 不必要的浪费，且使铅、锌得到一次性回收，取消烟 化炉，使铅冶炼能耗大幅降低； 7 高温熔融态闪速炉渣直接进入还原贫化炉还 原熔炼，使高温炉渣的显热得以充分利用；还原电炉 渣作为水泥熟料利用，实现炉渣的“零排放”，对环境 友好； 8 采用先进的D C S 自动控制装置，不仅设备效 率高、能耗低，而且产品质量有保证，也大大降低了 工人的劳动负荷； 9 生产过程中大部分生产水循环使用，只补充 部分新水，不仅用水量大大节约，而且消除了工业废 水的排放。生活污水经处理后作为绿化用水回用， 节约了用水。 4结论 我国第一座采用铅富氧闪速熔炼工艺的1 0 万 t ／a 铅冶炼厂投产后，取得了铅回收率9 8 ．5 ％、金银 回收率大于9 9 ．5 ％、总硫利用率大于9 8 ％、铜回收 率大于8 5 ％、锌回收率大于9 0 ％的优异指标，包括 锌挥发能耗在内，吨粗铅冶炼综合能耗小于2 2 0k g 标煤。铅富氧闪速熔炼工艺不仅技术先进，装备水 平高，对环境友好，吨粗铅烟尘排放量0 ．0 6k g 、S O 。 排放量0 ．5 6k g 、C 0 2 排放量5 5 8k g ，较国内目前的 炼铅工艺降低5 0 ％～9 0 ％，节能减排效果显著，实 现了清洁冶金。 参考文献 [ 1 ] 王成彦，郜伟，尹飞，等．铅冶炼技术现状及我国第一台 铅闪速熔炼炉试产情况E J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 0 1 9 - 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