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冶金百科 | 国内外铅及锌冶金工艺比较与现状评价

2023-05-10 10:47:36 来源:中冶有色技术网
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简介:铅的冶炼工艺几乎全是火法。铅精炼方面,我国基本上采用电解精炼,而俄罗斯和欧美等国主要采用火法精炼。目前,已经实现了工业化的直接炼铅方法有基夫赛特法、氧气顶吹熔炼法(ISA法或Ausmelt法)、QSL法、水口山法、卡尔多法、铅富氧闪速熔炼法等。这些方法的共同特点是利用氧气冶炼技术,强化熔炼炉过程,充分利用硫化铅精矿氧化自燃,生产率高,能耗低,自动化水平高,设备紧凑,占地小,特别是能生产出高浓度的SO烟气,便于制酸,解决了SO烟气污染问题。
国内外铅冶金工艺比较与现状评价

铅的冶炼工艺几乎全是火法。铅精炼方面,我国基本上采用电解精炼,而俄罗斯和欧美等国主要采用火法精炼。目前,已经实现了工业化的直接炼铅方法有基夫赛特法、氧气顶吹熔炼法(ISA法或Ausmelt法)、QSL法、水口山法、卡尔多法、铅富氧闪速熔炼法等。这些方法的共同特点是利用氧气冶炼技术,强化熔炼炉过程,充分利用硫化铅精矿氧化自燃,生产率高,能耗低,自动化水平高,设备紧凑,占地小,特别是能生产出高浓度的SO烟气,便于制酸,解决了SO烟气污染问题。几种直接炼铅方法分析比较如下:

(1)基夫赛特法

基夫赛特炼铅法是以闪速熔炼为主的直接炼铅法,经多年生产运行,已成为工艺先进、技术成熟的现代直接炼铅技术。其技术特点为:①原料适应性强,入炉料铅品位可以在20%~70%间波动。②采用工业纯氧,烟气量小,烟气SO浓度高达20%~40%。③烟尘率低,5%~10%。其主要缺点是原料准备过程相对复杂,要求炉料入炉粒度小于1mm,含水量小于1%。

(2)氧气顶吹熔炼法

氧气顶吹熔炼法属熔池直接熔炼铅范畴,技术特点为:①炉料准备简单,块料和粉料均可直接加入炉内;②熔炼强度大、效率高;③设备占地面积小,但高度很高;④烟尘率较高,达20%以上。氧气顶吹熔炼代替烟化炉或挥发窑处理含锌含铅废渣在韩国锌业公司获得成功。

(3)氧气底吹熔炼技术

OSL法和SKS法均为底吹熔池熔炼技术,QSL法是20世纪70年代由德国Lurgi公司开发的一种直接炼铅技术,其特点如下:①备料简单;②以煤代焦,生产成本低;③能耗低,环境友好。主要缺点是不适用于含铅小于47%的中低品位铅物料的处理。

SKS法是我国20世纪90年代在借鉴QSL法的基础上开发出来的一种直接熔炼技术,使用的反应器保留了QSL法的氧化段,而取消了还原段。不足之处是高铅渣的还原仍采用了传统的鼓风炉还原技术,因此,其生产过程存在一个“热——冷—热”的交替,热能利用不合理。为解决液态高铅渣的显热利用和铅的直接还原问题,豫光金铅、金利、万洋等多家企业对SKS法进行了改造并获得成功,使炼铅能耗、处理成本、生产环境污染等均明显降低,形成了具有我国自主知识产权的“三段炉”炼铅法,淘汰了鼓风炉。

(4)卡尔多法

卡尔多法炼铅是由瑞典玻立顿公司开发的一种熔池直接熔炼铅法。其特点如下:①生产全部过程在一台炉子完成,直接产出粗铅;②熔炼能力大,还原反应快。但该法为间断性作业,烟气温度和烟气SO2浓度波动大,制酸难度大,能耗高,炉寿命短,渣含铅高,在炼铅行业没有推广应用前景。

(5)铅富氧闪速熔炼法

铅富氧闪速熔炼法是由北京矿冶研究总院和华宝产业集团公司合作开发的新技术,其在保留基夫赛特炼铅优点的基础上,还有如下特点:①是目前唯一取消了氧化炉的铅冶炼技术,真正实现了铅、锌的一次回收,综合能耗低;②投资小。

国内外锌冶金工艺比较与现状评价

现代炼锌方法分为火法炼锌与湿法炼锌两大类。湿法炼锌是锌冶炼的主流工艺,产量占世界总锌产量的85%以上。我国95%的矿产锌是由湿法冶炼生产的。

(1)密闭鼓风炉炼锌。密闭鼓风炉炼锌由英国帝国熔炼公司研究成功,又称帝国熔炼法。最大优点是原料适应广,包括铅锌混合矿、含铜的铅锌矿以及各种铅锌氧化物渣等,但能耗偏高。

(2)常规浸出法。即焙烧一中性浸出一净液一电解法,是目前我国湿法炼锌的主要生产方法。由于浸出渣含锌高,伴生有价金属回收率偏低,能耗高,污染大等,新建的湿法炼锌厂已很少采用。

(3)热酸浸出黄钾铁矾法。热酸浸出黄钾铁矾法沉铁于1968年开始应用于工业生产。我国于1985年首先在柳州市有色冶炼总厂应用于生产,20世纪90年代初建成投产的西北铅锌冶炼厂采用热酸浸出黄钾铁矾法浸出流程,其设计规模为年产电锌10万t。比常规浸出法增加了热酸浸出、沉矾和铁矾渣酸洗等过程,可使锌的浸出率提高到97%,不需要再建浸出渣处理设施。该法沉铁的特点是,既能利用高温高酸浸出溶解中性浸出渣中的铁酸锌,又能使溶出的铁以铁矾晶体形态从溶液中沉淀分离出来。但渣量大,渣含铁仅30%左右,难以利用,堆存时其中可溶重金属会污染环境。

(4)热酸浸出针铁矿法。热酸浸出针铁矿法沉铁浸出新工艺是由法国Vieille -Montagne公司研发成功并于1970年开始应用于工业生产的。针铁矿法的沉铁过程采用空气或氧气作氧化剂,将二价铁离子逐步氧化为三价,然后以FeOOH形态沉淀下来。溶液中的砷、锑、氟可大量随铁渣沉淀而开路,因而中浸上清液的质量稳定良好。针铁矿法沉铁比黄钾铁矾法的产渣率小,渣含铁较高,便于处置。

(5)热酸浸出赤铁矿法。热酸浸出赤铁矿法是由日本同和矿业公司发明的,干1972年在饭岛炼锌厂采用。沉铁是在200℃的高压釜中进行,产生Fe,0、沉淀,渣含铁高达58%~60%,可作炼铁原料,副产品一段石膏作水泥,二段石膏作为回收镓、铟等的原料,因此,该法综合利用最好,不需渣场,从而消除了渣的污染和占地。但热酸浸出赤铁矿法浸出和沉铁是在高压下进行的,所用设备昂贵,操作费用也高。

(6)氧压浸出法。除中国外,目前世界上有5座硫化锌精矿氧压浸出厂投入生产。与焙烧一浸出工艺相比具有原料适应性广,可以处理含铁/铅高的复杂锌矿,且浸出渣对砷的固化率也高,不会造成砷的二次污染,直接产出元素硫,无需建制酸厂,有利于环境保护。

(7)富氧常压浸出法。富氧常压浸出工业化生产是在氧压浸出之后发展起来的新工艺,其基本反应过程仍基于氧作为强氧化剂,三价铁离子作催化剂,硫以元素硫产出,与常规炼锌方法相比具有氧压浸出相同的优势,与氧压浸出工艺相比,由于过程在常压下进行,反应温度低于100℃,所以反应速度较慢,据有关资料报道,经富氧常压和氧压对比试验证明,要求达到相接近的锌浸出率,反应时间不低于24h(而氧压浸出为1h),在相同的酸度下,富氧常压浸出终液铁含量明显高于氧压浸出终液铁含量,即增加了溶液除铁工作量,锌回收率略低于或接近氧压浸出工艺。富氧常压浸出的核心设备是DL反应器,DL反应器为立式封闭搅拌槽,搅拌器设在底部,反应器体积大,但总投资仍低于氧压浸出工艺。由于是在常压下浸出,反应热回收不如氧压浸出工艺,蒸汽消耗量较大。无高压设备,黏结清理等维护工作量少,且安全性较好。

与火法炼锌相比,由于湿法炼锌具有金属回收率高、产品质量好、综合利用好、能量消耗较低、环境友好、成本低等优点,近几十年来,特别是成功地采用热酸浸出后,湿法炼锌发展非常迅速,已取得了对火法炼锌的压倒优势。
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