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冶金百科 | 铅锌冶金科技进步

2023-05-22 13:47:54 来源:中冶有色技术网
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简介:我国引进了国外所有炼铅新技术,1985年白银有色金属公司引进了QSL炼铝法,1992年建成投产,至2005年的十多年间试车3次合计运行不足12个月而停产至今;1999年,云南冶金集团曲靖冶炼厂引进ISA富氧顶吹熔炼—鼓风炉还原炼铅法,至今生产正常;2003年,西部矿业引进了卡尔多炉炼铅法,2005年建成投产,试运行1年多后停产至今;2008年,江西铜业铅锌金属有限公司和株冶集团先后引进了基夫赛特炼铅法,并于2012年先后投料试产。
我国引进了国外所有炼铅新技术,1985年白银有色金属公司引进了QSL炼铝法,1992年建成投产,至2005年的十多年间试车3次合计运行不足12个月而停产至今;1999年,云南冶金集团曲靖冶炼厂引进ISA富氧顶吹熔炼—鼓风炉还原炼铅法,至今生产正常;2003年,西部矿业引进了卡尔多炉炼铅法,2005年建成投产,试运行1年多后停产至今;2008年,江西铜业铅锌金属有限公司和株冶集团先后引进了基夫赛特炼铅法,并于2012年先后投料试产。

在借鉴 QSL法基础上开发的氧气底吹—鼓风炉还原(SKS)炼铅法,是目前我国主流的铅冶炼方法,年产能已接近300万t。在SKS法基础上开发的液态高铅渣直接还原技术也于2010年实现了工业应用,使铅冶炼能耗及处理成本大幅降低,铅及贵金属回收率明显提高,环境明显改善,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。

由北京矿冶研究总院和灵宝市华宝产业集团合作研发的铅富氧闪速熔炼技术也取得了成功,并于2011年建成投产了年产10万t铅的冶炼厂。由于融合了富氧闪速强化熔炼脱硫、炽热焦滤层高效还原和电炉强制搅拌还原等过程,铅富氧闪速熔炼法对入炉铅物料的适用范围广,使低品位铅矿、二次铅物料的经济利用成为现实,并彻底淘汰了高耗能的烟化炉,形成了清洁、高效、短流程、高适应性、伴生金属回收率高的直接炼铅新工艺。

和铅冶炼技术类似,我国同样引进了国外几乎所有的锌冶炼新技术。2008年中金岭南股份有限公司丹霞冶炼厂引进了加拿大舍利特-高尔登(Sherritt Gordon)公司的锌精矿两段逆流加压氧浸技术,用于处理凡口铅锌矿富含镓锗的锌精矿,设计规模为年产电锌10万t,并于2009年建成试产,目前已经达产;株洲冶炼厂引进了芬兰奥特昆普(Outokumpu)硫化锌精矿常压富氧直接浸出技术,设计规模为年产电锌13万t,并于2009年建成投产,目前也已经达产。
铅锌行业技术进步取得重要进展,自主开发的“氧气底吹—鼓风炉还原炼铅”技术(SKS)已经得到推广使用,粗铅综合能耗降至380~426kgce/t,总硫利用率95%~96%,使我国铅冶炼技术进入世界领先行列,有效解决了传统铅冶炼工艺存在的污染问题,大大降低了能耗,是国家推荐的节能高效的先进技术,已列人最新颁布的《铅锌行业准入条件》。

国内锌湿法冶金仍以常规的锌精矿沸腾焙烧——浸出—净化——电积为主流。为解决常规浸出法存在的浸出渣回转窑还原挥发能耗高、环境污染大的弊端,又发展出了热酸浸出黄钾铁钒法和热酸浸出低污染沉铁法;针铁矿除铁法在丹霞冶炼厂和株洲冶炼厂也实现了工业应用。云南祥云飞龙实业有限责任公司以难处理含氟氯的氧化锌二次物料为原料,开发出了自主知识产权的“浸出一萃取一锌电积”的新技术,自2005年以来相继建成了1万t、2万t和10万t规模的锌冶炼厂,对我国再生锌冶炼技术的发展作出了重要贡献。

铅冶炼行业推广液态高铅渣直接还原炼铅技术,取代原有烧结机鼓风炉炼铅工艺,使我国铅冶炼工艺技术提高到世界先进水平,大大降低了铅冶炼能耗、SO 及含重金属烟尘的排放量。今后铅、锌冶炼重点是推广液态高铅渣直接还原工艺技术、完善和提高氧气底吹熔炼炉熔炼技术、铅富氧闪速熔炼工艺、铅漩涡柱闪速熔炼工艺及高压或常压富氧直接浸锌技术。4.3.2 铅锌冶金科技进步发展方向

铅锌行业技术升级加快,采用清洁环保、节能降耗的先进工艺,提高资源综合利用水平的铅锌联合冶炼成为发展方向。铅锌行业技术不断进步,正在逐渐改变国内铅锌产业的生产结构,推动产业向绿色低碳发展。

铅、锌冶炼的节能减排是一个重点,要做好以下工作:①充分利用余热余压节能,充分利用热导油技术、蓄热室燃烧技术、热能高效梯级利用技术,利用氮气回收热能及中低温废热进行发电;②要重视能量的系统优化,提高能源的利用率,提高高炉窑的热效率,加强炉窑的保温,改进窑内的燃烧气氛,提高工序的连续化;③采用新技术、新设备、新工艺,让一批关键技术成为减排的重要支撑;④提高管理效益,运用现代化的管理方法,对企业耗能的各个环节进行细分,重点攻关,层层突破。铅、锌冶炼重点是推广液态高铅渣直接还原工艺技术、完善和提高氧气底吹熔炼炉熔炼技术、铅富氧闪速熔炼工艺和铅漩涡柱闪速熔炼工艺。只有依靠先进的科技成果,才能实现铅锌冶炼的节能减排难题。开发一批具有自主知识产权、短流程和连续化为主要特征的炼铅关键技术和装备,就可以提升我国铅冶炼工业的整体技术装备水平和核心竞争力。当前,除了低电耗大极板锌电解与自动剥板系统技术,生产每吨锌能够节电200kW·h以外,在国内的锌冶炼过程中,其他技术或者落后工艺的节能潜力已经不大。“十二五”期间,如果液态高铅渣直接还原工艺技术普及率能够达到30%,铅富氧闪速熔炼工艺和漩涡柱流股连续熔炼技术普及率达到20%,低电耗大极板锌电解与自动剥板系统技术普及率达到20%,那么通过加强余热余压回收,推广高效节能电动机、高效风机、泵,压缩机及高效传动系统等,国内铅、锌冶炼行业每年就可以减少二氧化碳排放约120万t。

(1)建立铅锌联合企业

铅锌冶炼行业节能技术未来的发展必须改变传统的冶炼工艺,转变为铅锌联合冶炼循环经济产业模式,该模式是依靠工艺升级,建立铅锌联合冶炼整体化工艺流程,铅系统处理锌系统产生的二次物料,锌系统处理铅系统产生的二次物料,形成良性的内部物料循环,最终铅、锌两大系统只产生一种无害弃渣,SO,烟气全部制酸,废气达标排放。因此,具备特有的工艺流程一体化、资源综合利用水平高、能源节约水平高等优势。

未来锌冶炼将依旧会以原生锌生产为主,而铅冶炼将以再生铅为主、原生铅为辅。从世界范围及目前的经济发展趋势看,采用铅-锌联合流程是消除锌冶炼污染的最佳途径。铅锌是共生矿,我国铅锌矿中的铅锌比约为1:2.5。按目前年产520万t锌计算,每年将会有约210万t的铅银渣和约290万t的铁钒渣产出。如何在原生铅生产过程实现锌冶炼渣的无害化处置是必须思考的问题。通常来说,铅精矿中通常含有约4%的锌,而锌精矿中通常含有1%~2%的铅。按年产10万t锌测算,需要含锌48%的锌精矿23万t。若采用焙烧一热酸浸出工艺,其副产品有:①铅银渣4万t(伴生约10t银、约3500t铅、约3500t锌);②铁矾渣5.5万t(伴生约2000t锌);③锌精炼浮渣4000t(伴生约4000t锌);④钴渣7500t (伴生约40t 钴、约4000 t 锌);镉渣 5000 t(伴生约 400 t 铜、约500 t 镉、约2000 t锌)。其中,最难处理的是铅银渣和铁矾渣,不仅数量大,且存在重金属污染的隐患。从世界范围及目前的经济发展趋势看,采用铅-锌联合流程,是消除锌冶炼污染的最佳途径。其中:铅冶炼建议采用闪速熔炼技术。锌冶炼建议采用“氧化焙烧—热酸浸出—针铁矿除铁”技术,具体为:锌冶炼系统产出的铅银渣送铅冶炼系统处理,实现伴生铅、锌、银的回收利用;铅冶炼系统产出的氧化锌灰送锌冶炼系统处理,实现伴生锌的回收利用。针铁矿渣送回转窑还原挥发回收锌、铟、回转窑焙砂磁选回收铁,实现伴生锌、铟、铁的回收利用。回转窑烟气、铅冶炼厂的环保烟气,采用次氧化锌吸收技术,产出亚硫酸锌返回沸腾炉焙烧。

铅锌矿往往是伴生或共生矿,在选矿过程中很难将其完全分离。铅精矿普遍采用火法冶炼工艺,在炼铅过程中锌进入炉渣,将炉渣烟化产生次氧化锌,可以作为炼锌的原料。锌精矿90%采用湿法冶炼,炼锌过程中铅进入浸出渣,然后进行浮选产出铅银渣,加入炼铅过程中回收铅、银。将湿法炼锌火法炼铅结合得最好的应该是加拿大科明科公司的Trail冶炼厂,铅冶炼采用基夫赛特法,处理能力为1340t/d。锌冶炼采用湿法炼锌,生产能力为30万t/a,浸出渣全部进基夫赛特炉进行固化处理,基夫赛特炉渣含锌16%~18%,采用烟化炉吹炼,使废渣含Zn<1.2%、Pb<0.5%。消除了浸出渣的环境污染问题,并回收了其中的铅、锌、银、铟、硫等有价元素。在炼铅过程处理全部浸出渣,解决了回转窑处理浸出渣的高能耗和低浓度SO烟气污染问题。因此,铅锌联合冶炼企业可以实现铅锌冶炼过程产物的互相渗透,减少渣处理环节,节约能源,减少烟气污染和废渣污染,更有效地实现资源的综合回收。

(2)先进的铅锌冶炼工艺和技术

铅冶炼采用闪速熔炼等直接炼铅方法,每吨粗铅可节能100kgce以上。铅闪速熔炼对原料适应性强,能在炼铅的同时,搭配处理大量锌浸出渣,利用硫化矿的自热,使处理锌浸出渣的能耗大幅度降低。采用三段炉炼铅技术改造氧气顶吹一鼓风炉还原工艺和氧气底吹一鼓风炉还原工艺,取消铸渣冷凝和鼓风炉还原环节。实行设备大型化,提高金属回收率和资源综合回收水平。彻底淘汰能耗高的竖罐炼锌和电炉炼锌工艺。研究开发黄钾铁矾渣和针铁矿渣的无害化处理技术。

(3)铅锌冶炼自动化控制技术

通过计算机数学模型对整个生产系统实现在线控制和在线检测,保证系统最经济最合理的运行状态,减少能耗和物耗,延长设备使用寿命。

(4)铅锌冶炼高耗能烟化炉替代技术

在现有的铅冶炼工艺中,大都采用烟化炉挥发技术处理铅冶炼渣,能耗很高(约1500 kgce/t ZnO),产出的次氧化锌灰品质差、售价低。结合电炉炼锌和ISP 的铅雨冷凝技术,直接产出金属锌,取消烟化炉,将会是铅冶炼渣处理的发展方向(液态铅渣直流矿热电炉还原+铅雨冷凝器)。

(5)锌资源最大化利用技术

以锌矿山废石、选矿尾矿、传统湿法浸出渣和铁钒渣为原料,集成重选、浮选和气化冶金技术,综合回收金属铅、锌、银、镓、锗、铟等,同时治理废弃物堆存带来的环境污染问题。主要研究预选抛废技术,实现废石、尾矿氧化铅锌预富集,得到氧化铅锌混合精矿;摇床和复合技术实现铁钒渣的预富集,得到铅锌精矿;气化冶金技术回收浸出渣中的银和其他有价金属。

(6)液态高铅渣直接还原工艺和炉型

开发的底吹—鼓风炉炼铅新工艺,加快推广应用,近期应用产能将达到100万t,占铅年产量40%,综合能耗降到0.38 tce/t Pb。但该工艺高铅渣的处理方案仍有缺陷,液态高铅渣尚不能直接还原,如能解决这一问题,则综合能耗还将进一步降低,工艺更为合理。重点研究炉型、还原剂的种类、用量、工艺参数和铅蒸气的防护等问题,综合能耗可降到0.3 tce/t Pb以下。

(7)铅-铅酸蓄电池联产

铅主要用来生产铅酸蓄电池。目前我国铅酸蓄电池企业主要分布在江浙等省区,从铅冶炼厂购买铅锭后,再重新熔化,浇注成栅极/磨制铅粉,过程中会产出大量铅浮渣和铅雾,对环境影响很大。若能在铅冶炼厂直接生产铅酸蓄电池,就可以很好地解决铅浮渣和铅雾的回收及污染问题,因此,铅-铅酸蓄电池联产,也是铅酸蓄电池产业的发展方向。
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