SKS底吹炉直接炼铅工艺
水口山炼铅法是由我国自行开发的一种氧气底吹直接炼铅方法,属于熔池熔炼范畴。物料投入炉内,同时完成加热、熔化、氧化、造渣、造锍等过程。所不同的是,它采用了独特简单、具有优越冶金动力学功能的设备———水口山熔炼炉(SKS底吹炉)。从熔炼炉顶部加入炉料,底部送入富氧空气搅动熔池,入炉物料在熔池中完成熔炼过程,产出的粗铅、高铅渣和烟气,分别从放铅口、放渣口、排烟口排出。
(1)烟气烟尘余热的回收
由热平衡表可以看出,在底吹炉运行中,烟尘带走的热量占总热量的12.67%,烟气带走的热量占总热量的35.28%,两者合计居热支出第一位。它的热焓高,因此烟气余热的回收利用是提高底吹炉热效率、节约能源的有效途径。回收烟气带走的热量可在底吹炉及烟道上装设汽化冷却器或余热锅炉来产生蒸汽,供生产和生活上应用,另外还可将余热用于发电。建议采用先进的烟气在线自动监测分析仪,对燃烧状况实施自动监测分析,并适时调节底吹炉燃烧运行参数,从而确保窑炉高效节能运行。
(2)高铅渣废热的利用
高铅渣带走的热量占总热量的19.17%,它的热焓也较高,由于底吹炉产出的高铅渣需要用铸渣机冷却铸块,再送入鼓风炉中用焦炭还原。这样,一方面损失了高铅渣的物理热(约占鼓风炉能耗的15%),另外鼓风炉送风要白白燃烧掉部分焦炭,致使鼓风炉焦率提高。因此若将此部分热量加以回收,也将产生较大的经济效益。可采用水力冲刷的方式回收其热量,用于供暖、工人洗澡。水力冲刷的方式正在推广应用,它的主要缺点是底吹炉出渣是间断性作业,能量回收设备不能连续运转,由此造成能量不能连续供给,用户使用极其不便。建议开发液态铅氧化渣直接还原的技术及装置,当高铅渣产出时不对其进行降温,而是在液态的情况下直接注入鼓风炉中进行还原熔炼,这种方法不需冷却铸块,减少了设备投资,降低了能耗,也降低了焦炭的使用量,使得烟气量减少,用此方法也可降低底吹炉的热损失。
(3)冷却水热量的回收利用
冷却水带走的热量占总热量支出的6.83%,热量较高,但是由于冷却水水量多,水温升高幅度小,属于量大、热焓低的余热,利用价值不大,以目前的技术回收有可能出现投入大于收益的情况。
(4)减少炉壁散热
底吹炉的炉壁散热占总散热量的1.53%,由于炉内温度很高,故底吹炉对耐火墙体材料及保温材料的要求也很高。目前该炉采用钢板外壳内衬铬镁砖,可考虑引用国际上先进的耐火墙体材料及保温材料,从而降低此项热损失。
水口山炼铅0A.M;h9`#X''j1.1研发概况.??1988年我国开始引进QSL炼铅工艺谈判，至1993年试投产，因各种原因，该工艺在我国未获成功，故难以推广。我国在1985年由国家计委、国家科委立项，把治理铅冶炼污染列为重点科研攻关项目。确定在沈阳冶炼厂开展湿法炼铅扩大试验和在水口山矿务局开展氧气底吹氧化—电炉还原熔炼扩大试验研究。1998年中国有色工程设计研究总院带头，组织池州冶炼厂、河南豫光金铅集团、温州冶炼厂和水口山矿务局五方集资，进行氧气底吹熔炼——鼓风炉还原工业试验，取得成功。1999年国家计委、国家经贸委分别批准用该工艺在池州冶炼厂建设3万t/a的示范性工厂和在河南豫光金铅集团进行5万t/a铅冶炼厂的技术改造。生产实践有明，对于我国目前生产上采用的烧结—鼓风炉炼铅老工艺改造，水口山法是一项污染少、投资省、见效快的可取方案。1.2水口山炼铅工艺铅精矿的氧化熔炼是在一个水平回转式熔炼炉中进行，该底吹炉结构与QSL炉相似，不同之处是只有氧化段而无还原段，因而炉子的长度比较短。铅精矿、铅烟尘、熔剂及少量粉煤经计算、配料、圆盘制粒后，由炉子上方的气封加料口加入炉内，工业氧从炉底的氧枪喷入熔池，氧气进入熔池后，首先与铅液接触反应，生成氧化铅，其中一部分氧化铅在激烈的搅动状态下，和位于熔池上部的硫化铅进行反应熔炼，产出一次粗铅并放出SO2。反应生成的一次粗铅和氧化铅渣沉淀分离后，粗铅经虹吸或直接放出，铅氧化渣则由铸锭机铸块后，送往鼓风炉还原熔炼，产出二次粗铅。出炉SO2烟气采用余热锅炉或汽化冷却器回收余热，经电收尘器收尘后，烟气送往制酸。熔炼过程采用微负压操作，整个烟气排放系统处于密封状态，从而有效防止了烟气外逸。同时，由于混合料是以润湿、粒状形式输送入炉的，加上在出铅、出渣口采用有效的集烟通风措施，从而避免了铅烟尘的飞扬。由于在吹炼炉内只进行氧化作业。不进行还原作业，工艺过程大为简化。氧气底吹熔炼一次成铅率与铅精矿品位有关，品位越高，一次粗铅产出率越高，为适应下一步鼓风炉还原要求，铅氧化渣含应在40%左右，略低于传统法炼铅原烧结块含铅率，相应地，一次粗铅产出率一般为35%～40%，粗铅含S<0.2%。在氧气底吹熔炼过程中，为减少PbS的挥发，并产出含S、As低的粗铅，需要控制铅氧化渣的熔点不高于1000，CaO/SiO2比（0.7～0.8）有利于降低鼓风炉渣含铅。考虑以两个因素，铅氧化渣中CaO/SiO2比控制在0.6～0.7之间为宜。和烧结块相比，铅氧化渣孔隙率较低，同时，由于是熟料，其熔化速度较烧结块要快，熔渣在鼓风炉焦区的停留时间短，从而增加了鼓风炉还原工艺的难度。但是，生产实践证明，采用鼓风炉处理铅氧化渣在工艺上是可行的，鼓风炉渣含Pb可控制在4%以内。通过炉型的改进、渣型的调整、适应控制单位时间物料处理量等措施，渣含Pb可望进一步降低。另外，尽管现有指标较烧结-鼓风炉工艺渣含Pb量1.5%～2%的指标稍高，但由于新工艺鼓风炉渣量仅为传统工艺鼓风炉渣量的50%～60%，因而，鼓风炉熔炼铅的损失基本不增加。在技改过程中，利用原有的鼓风炉作适当改进即可，这样，可以节省基建投资。该工艺的一个重要组成部分是氧气站，目前，国内工业纯氧的制备技术有两种，一种为传统的深冷法，一种为变压吸附法。前者生产能力大，氧气纯度高，但成本高，氧气单位电耗一般为0.6～0.7kWh/Nm3；后者投资省，成本低，氧气单位电耗低于0.45kWh/Nm3。国产1500m3/h的吸附制氧设备已研制成功，其氧气纯度达93%以上。对于1×104t/a规模的炼铅厂，氧气需要量一般为700～800m3/h。采用变压吸附法制氧完全能满足中型炼铅厂技改需要。水口山炼铅法工艺流程如图所示。??C/T9G0`6L0w''w3Y-k1.3工业应用#i!j&t.tY6p??河南豫光金铅集团和池州有色金属公司是我国第一批采用氧气底吹—鼓风炉还原炼铅新工艺取代烧结—鼓风炉熔炼的工厂，工厂设计的重点在于如何解决工业化生产装置的连续稳定运行，以保证生产指标的实现。主要针对该工艺的特殊性，对如下装置进行了工业化的研究和设计：(1)氧气底吹熔炼选择合适的氧枪距、冷却介质、送氧强度以及氧枪套砖材质，并在结构上便于氧枪的更换。(2)工业化生产的氧枪结构与工业化试验装置截然不同，在结构上充分考虑了冷却措施、保护气体的运用和枪头的可更换性。(3)氧气底吹炉烟气采用余热锅炉冷却方式，锅炉在设计中充分考虑了烟尘率高且易黏结的特性，垂直烟道即为余热锅炉辐射段，水平段为余热锅炉对流段，并配套有机械振打清灰系统。(4)富铅渣的铸块采用带式铸渣机，其结构、冷凝速度、铸模形式充分考虑了富铅渣特性及鼓风炉熔炼的要求。(5)富铅渣和烧结块相比，由于气孔率很低且熔点低，还原性能较差，为此，鼓风炉的结构、料柱高度和供风方式均有别于常规炼铅鼓风炉。两厂分别于2002年7月和8月相继投产，经1个月的调试达到设计能力，至今已稳定生产运行。两厂的生产技术指标均达到或超过设计值。继两座炼铅厂成功改造之后，2005年3月河南豫光金铅集团新建的又一条年产粗铅8万吨的生产线成功投产
氧气底吹炼铅法(QSL)对环境的污染程度较传统炼铅法轻得多。(2)采用工业氧气熔炼过程产出的烟气量只为传统炼铅法的l/4一1/5。含50:浓度高，有利于制酸，烟气对环境的污染程度也较传统炼铅法轻得多。(3)在单独的卧式回转反应器内实现一步连续炼铅，能充分利用化学反应热，煤耗低，不需优质焦炭。余热锅炉产出的蒸汽相当于制氧站能耗的70%一80%，处理每吨干精矿电耗约18okw·h，总能耗较传统炼铅法低。(4)由于工艺流程简短，所需设备及劳动力不多，生产费用和建设投资分别比传统炼铅法约低40%和30%一40%。yangqld一ehull一onqionfa(QSL)氧气底吹炼铅法(Queneau一sehuhmann一l，urgiproeess(QSL))硫化铅精矿与熔剂组成的炉料，在一个具有氧气底吹的卧式回转反应器内进行吹氧熔炼和喷吹粉煤还原初渣，直接产出粗铅的铅熔炼方法。炉料先在氧化区内用底吹喷枪喷氧气氧化，产生含尘二氧化硫烟气、一次粗铅和富铅炉渣;然后在还原区底部喷吹粉煤还原炉渣，产出含铅锌氧化物的烟气、炉渣和二次粗铅。二次粗铅与一次粗铅经出铅口一道排出。此法是在美国奎瑙(P.Queneau)和舒曼(R.Scuhmann)教授提出的QS炼铜法的基础上，由联邦德国鲁奇(Lurgi)公司开发的一项直接炼铅新技术，故称QSL法。1980年在联邦德国的贝尔采留斯(Berz-elius)铅锌冶炼厂建设了一座日处理250t硫化铅精矿的QSL示范厂。经过数年运行，证明此法具有熔炼效果好、对环境污染轻的优点，以后在加拿大、中国和韩国相继建厂并投产。QSL设备主要由卧式回转反应器、制粒机、余热锅炉和电收尘器组成。卧式回转反应器呈圆筒形，内衬铬镁砖，可回转9扩。其熔池用隔墙分成氧化区和还原区两部分。在氧化区底部设有氧气喷枪和出铅口，上部设有加料口。在还原区底部设有粉煤喷枪和出渣口。在侧部也设有喷枪。工艺过程如图。硫化铅精矿和其他含铅物料与熔剂等混合制粒后，加入卧式回转反应器，工业氧气通过反应器底部喷枪吹入氧化区熔池。熔炼过程发生的主要反应为:PbS+O:=Pb+50:个ZPbS+30:=ZPbO+250。个ZPbO+PbS=3Pb+50:个Pb+l/20:=PbO这些反应属气一固一液三相反应。当氧化区熔池保持较高的氧势、反应温度约1223一1323K时，炉料迅速熔解于氧化铅活度高的熔体中，反应产出金属铅液，含氧化铅高的渣及二氧化硫烟气。金属铅液逆流至位于进粒端熔池底部的出铅口放出。含氧化铅高的铅渣通过两区隔墙的下孔进入还原区，在那里被底部喷枪喷入的粉煤还原，温度升至1423~1473K。含铅低的炉渣顺流至端部出渣口放出，还原出的铅液也逆流至出铅口放出，过程是连续进行的。金属对炉渣及炉渣对烟气为连续逆向流动，炉料通过卧式回转反应器即可直接炼得粗铅烟气含210%一20%，温度约1273K，从氧化区排至垂直烟道中冷却到l73K左右，然后送余热锅炉粗铅bQSL法工艺过程(a)和卧式回转反应器(b)示意图A一制粒机;B一卧式回转反应器1一铅精矿;公一返回料;3一烟尘;4一熔荆;5一水;6一生团粒;7一水;8一炉渣;9一煤粉;10一氧气;11一粗铅;12一蒸汽;13一烟尘;14一502烟气及电收尘器。除尘后的二氧化硫烟气用于制酸，收集的烟尘则返回配料。此法可处理含铅30%~75%的炉料，亦可处理含少量锌的铅物料，但以终渣含锌不超过15%为限。熔炼过程中渣含铅沿炉子长度呈规律性变化，在高氧势区熔池的渣含铅约40%，在还原末端的喳含铅降到5%左右。卧式回转反应器的内衬寿命，当采用熔铸铬镁砖内衬时可达la，但喷嘴周围的内衬较易损坏。工艺特点QSL主要有四方面特点。(l)炉料的预处理过程简单，省去了烧结焙烧作业，无需用返粉周转稀释炉料。.所处理的固体粉料总量约为烧结焙烧物料量的三分之一，且输送线距离短，输送点数少，粉尘 |
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