一种炼铅法以及用于实现该炼铅法的装置

摘要

本发明提供一种炼铅法，其是将含铅原料、熔剂通过氧气底吹熔炼炉生产出高温的熔融高铅渣，通过下述步骤直接还原成金属铅和弃渣，该方法包括以下步骤：a.将该熔融高铅渣在相对封闭的第一电热区内通过中间形成有空隙的赤热的焦炭柱进行还原，产出液态的粗铅、炉渣和烟气；b.将步骤a中得到的液态的粗铅、炉渣在相对封闭的第二电热区内通过赤热的焦炭粒再次还原并沉清分离，从而得到最终的粗铅、炉渣和烟气。为了实施本发明所述的炼铅法，本发明还提供了一种带有竖井的电炉。本发明的还原反应由于是在相对封闭状态下进行的，不鼓风，烟气量极少，因此高温烟气带走的热量也很少，其焦炭消耗量也大为减少，能源利用经济。

说明书

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，尤其是涉及一种炼铅法以及用于实现该炼铅法的装置。

背景技术

传统的炼铅工艺主要有烧结锅—鼓风炉流程和烧结机—鼓风炉流程。这两种烧结方法主要是将铅精矿使用烧结的方法通过鼓风炉还原熔炼。烧结锅—鼓风炉流程在生产应用中存在严重的环保问题，烧结过程中产生的SO₂烟气由于无法回收利用而全部排空，对大气环境造成严重污染，同时烧结过程中大量的返粉作业又造成铅烟尘的低空弥散，带来铅烟尘的环境污染。烧结机—鼓风炉流程，产出的烟气SO₂含量低，国内普遍采用的制酸工艺中实际生产转化率只有80％左右，尾气排放仍然达不到环保要求，而且硫酸产品质量不高。国外有TOPSOE制酸技术，但是技术软硬件费用昂贵，经济上极不合理，并且该流程同样存在烧结过程大量返尘作业造成的铅烟尘的低空弥散问题，环保问题仍然无法解决。另外，这两种烧结方法，烧结过程中产生的氧化反应热都无法回收利用，冶炼过程能耗高。目前，国外比较成熟先进的炼铅工艺还有Kivicet法、QSL法、顶吹浸没熔炼法，它们都较好地解决了铅冶炼过程中的环保问题，但是实施费用高、基建投资大、经济效益较差。

针对上述不足，现有技术提出了两种解决方法，第一种解决方法是发明人曾在2003年11月25日向中国专利局提出了申请号为200310113789.3、发明名称为“一种采用氧气底吹熔炼—鼓风炉还原的炼铅法及其装置”的专利申请，该专利申请的确解决了传统炼铅工艺存在的许多问题，但是其高温熔融铅渣(即富铅渣)的后续处理环节仍然存在一些不足，主要包括：(1)额外增加了铸渣设备，将富铅渣冷却、铸块后，再送入鼓风炉还原；(2)热能利用差，富铅渣冷却铸块，再在鼓风炉中加热熔化还原，液态富铅渣显热白白浪费，增加了冶炼能耗，同时带来了粉尘问题；(3)鼓风炉还原，烟气量大，且焦炭率达14-17％，其成本相对偏高。

现有技术提出的另一种解决方法是申请号为03126234.1、发明名称为“底吹炉高铅渣液态直接还原炼铅的方法”的中国专利申请，该方法虽然也是将高温熔融铅渣直接在还原炉中还原熔炼，但是该方法在高温熔融铅渣的还原处理时也存在许多不足，主要包括：该方法主要是通过粉煤或焦炭粉(粒)与气体(空气)作用发生剧烈反应获得CO气体，放出的热量来维持过程温度，产生的CO气体和液体(熔融高铅渣)进行反应生产金属铅【参见该专利申请说明书第2页倒数第2-4行】；显然，其在反应过程必须需要大量空气的参与，因此在还原炉中需要在高铅渣入口处设助燃风口，鼓入一定量的空气使得粉煤或焦炭燃烧，以维持炉温。同时在炉体下部还需设置主风口，鼓入大量的空气来维持过程温度，并进行还原反应。可是这些空气的参与将会导致熔融高铅渣还原处理时产生大量的烟气(尤其是在横竖结合炉中鼓入高压空气时)，这些烟气中含有饱和的铅和氧化铅的蒸汽，处理这些烟气不仅给工艺处理带来了新的问题，并且产生大量烟尘需要返底吹熔炼炉处理，同时也降低了铅的还原回收率；另外，该方法的处理由于不是相对封闭状态，热量流失率很高，焦炭消耗量也很高，能源利用不经济。如何克服该工艺处理产生的过量烟气，降低铅尘返回量，是业界普遍感到极其棘手的难题。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种在相对封闭的环境中将还原反应分为两个阶段的炼铅法，以克服现有工艺处理产生的过量烟气问题，并充分提高了铅Pb的回收率。

本发明提供一种炼铅法，其是将含铅原料、熔剂通过氧气底吹熔炼炉生产出高温的熔融高铅渣，通过下述步骤直接还原成金属铅和弃渣，该方法包括以下步骤：

a、将该熔融高铅渣在相对封闭的第一电热区内通过中间形成有空隙的赤热的焦炭柱进行还原，产出液态的粗铅、炉渣和烟气；

b、将步骤a中得到的液态的粗铅、炉渣在相对封闭的第二电热区内通过赤热的焦炭粒再次还原并沉清分离，从而得到最终的粗铅、炉渣和烟气；

对所述的步骤a和步骤b中还原反应时产生的含有微量铅、锌尘烟气，进行常规的单独处理或合并处理。

该方法还可包括以下步骤：

c、如果所述的含铅原料含有需要回收的锌、锗、铟等有价金属，炉渣可通过烟化炉回收上述有价金属，否则直接将最终的炉渣经过常规的水淬处理送至渣场。

所述的第一电热区和第二电热区是通过电极加热装置进行加热的。

所述的步骤a中的封闭状态下的第一电热区的温度优选1050～1300℃。

所述的步骤a中的封闭状态下的第二电热区的温度优选1150～1250℃。

另外，为了实施本发明所述的炼铅法，本发明还提供了一种带有竖井的电炉，该电炉由竖井和横向电热部组成，其中：

竖井内部设置有第一空腔，该竖井上部开设有熔渣进料口、熔剂焦炭进料口和排烟口，在该横向电热部和竖井的侧壁上分别设有用于加热用的电极加热装置，在该横向电热部的端部设有放铅口和放渣口，在该横向电热部的顶部设有粒焦加入口；

该横向电热部内部设置有和第一空腔相互连通的第二空腔；

在该竖井的侧壁上设有后燃烧烧嘴。

采用本发明的工艺和装置，可达到以下效果：

(1)本发明由于使用氧气底吹熔炼炉形成高温液态高铅渣，所以本发明具有背景技术中所涉及的中国发明专利申请200310113789.3所述的优点，如环保好、硫回收率高等优势。

(2)本发明由于使用带有竖井的电炉对高温液态高铅渣直接进行还原，来替代中国发明专利申请200310113789.3中处理铅氧化渣所进行的冷却—铸块—鼓风炉还原流程，减少了系统热量的流失，节约了焦炭等能源，简化了流程，减少了操作人员，也克服了操作环境中铅蒸气和热散发的问题。

(3)本发明由于是在处于相对封闭状态下的第一电热区和第二电热区进行焦炭(固态)和高铅渣(液态)的还原反应，来代替中国发明专利申请03126234.1中需要大量空气参与的半封闭状态下进行的空气(气态)、粉煤或焦炭粉(粒)(气态、固态)和高铅渣(液态)的还原反应，在还原炉中焦炭和高铅渣中的PbO反应生产金属Pb，或者焦炭和高铅渣中的O原子反应生产CO，该CO也可以和高铅渣中的PbO反应生产金属Pb。本发明由于尽量避免空气参与还原炉中的还原反应，使得还原炉产生的烟气大大减少，据估计，其产生的烟气量不到中国发明专利申请03126234.1所产生烟气量的1/10，相对的烟尘量也仅为其1/10，烟气及烟尘量呈数量级的减少也大大减轻了后续的烟气处理环节的负担。本发明的还原反应由于是在相对封闭状态下进行的，不鼓风，烟气量极少，因此高温烟气带走的热量也很少，其焦炭消耗量也大为减少，能源利用经济。

本发明将高温熔体分别先后通过赤热的焦炭柱和焦炭粒两个阶段进行还原反应，其一方面第一阶段焦炭柱的存在和尽量控制空气不参与还原反应使得还原炉中的烟气尽量减少，另一方面，第二阶段焦炭粒可以使得第一阶段未能充分还原的PbO得以继续反应，并与第一阶段所获得的炉渣充分接触(和焦炭柱相比，焦炭粒和炉渣的接触更为充分)，尽量将炉渣中的PbO进行还原，从而提高了Pb的回收利用率。

附图说明

图1为本发明的总体工艺流程示意图；

图2为本发明的带有竖井的电炉的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例来详细解释本发明所提供的技术方案，但不作为对本发明权利要求保护范围的限制。

在本实施例中，选用的铅原料为铅精矿，其主要成份如下(重量百分比)：

Pb    S    SiO₂   Fe    CaO    Au     Ag

55％    18％    6％     11％    3.5％    15g/t    800g/t

如图1所示，将该铅精矿与溶剂配料、制粒后，送入氧气底吹熔炼炉中熔炼，生产出高温液态的熔融高铅渣和一次粗铅，其具体的工艺流程在中国发明专利申请200310113789.3已有描述，此处不再赘述。由于在该专利申请的技术方案中，高铅渣通过铸渣机冷却铸块，形成铅氧化渣块，并同焦块、熔剂块一起送入鼓风炉还原，从而获得粗铅和弃渣，显然该技术方案需要将铅氧化渣冷却，再在鼓风炉还原时加热，明显存在能源利用不合理，而且工序上也多一个铸渣环节，投入成本增高，并且铸渣过程还有少量铅蒸汽逸散，污染环境的同时，还降低铅回收率。

下面着重介绍该高温液态的熔融高铅渣是如何进行还原处理的。

如图2所示为本发明主要装置：带有竖井的电炉的剖面结构示意图，该电炉10为一台带有竖井20的卧式L型电炉，由竖井20和横向电热部21组成，其中：该横向电热部21内部设置有第二空腔40；竖井20内部设置有和第二空腔40相互连通的第一空腔41；

竖井20上部开设有高温液态熔渣进料口11、溶剂焦炭进料口12和排烟口13，在横向电热部21顶部和竖井20侧壁上分别设有用于加热用的电极加热装置16、15(该电极加热装置的结构为通常的市售产品)，在横向电热部21设有虹吸放铅口18和虹吸放渣口17。

竖井20侧壁上还设有后燃烧烧嘴14，该后燃烧烧嘴14是为了将竖井20中逸出的CO燃烧完全，并保证焦炭柱30上部的温度，经燃烧后烟气可直接排放到大气中。后燃烧烧嘴14的结构为现有技术。

横向电热部21和竖井20的侧壁依序由钢外壳、填料层、保温层和耐火砖组成，其外侧，设置少量水套进行冷却，这些构造均为惯常做法。

下面结合附图1和图2对本发明具体实施例所述的炼铅法进行详细说明。

如图1所示虚线框所标示，氧气底吹熔炼炉中熔炼产出含铅40％-50％的高温液态熔融高铅渣经可移动拆卸的热渣溜槽通过熔渣进料口11连续地送入竖井20上部的炉膛内，熔剂焦炭进料口12加入经过称量的具有一定份量的块状焦炭和需要调整的熔剂，并在该竖井20中形成了一个固定的焦炭柱30，该焦炭柱30中间形成有便于熔体流过的间隙，一般保证竖井20中的温度为1050～1300℃，为了保证该焦炭柱30呈赤热状，如图2所示，在竖井20的侧壁上设有用于加热用的电极加热装置15，在竖井20的第二空腔40中形成有相对封闭的第一电热区，该电极加热装置和下述的电极加热装置16的制作为通常的惯用技术。由于该赤热的焦炭柱中的焦炭为块状结构，焦炭块之间存在较大的间隙，包含有液态的熔融高铅渣的熔体通过这些间隙下降到竖井20的底部，在下降过程中完成还原反应，到达竖井的底部时，这些熔融高铅渣大部分被还原为液态的粗铅、炉渣，同时产生出含有CO的烟气，此为本发明实施例中还原反应的第一阶段：焦炭柱的一次还原。

然后，液态的粗铅和炉渣，随同部分焦炭渣一起流入到横向电热部21，该横向电热部21的顶部设有用于加热用的电极加热装置16，在横向电热部21的第二空腔40中形成有相对封闭的第二电热区，横向电热部21的温度保持在1150～1250℃的温度左右，并且，通过设置于横向电热部21顶部的粒焦加入口19加入适量的粒焦，而将炉渣中残留的铅和少量锌等有价金属进一步还原，粒焦31的存在扩大了其与熔体的接触面，提高还原反应速度。最终获得的熔体经沉降分离，从而得到最终的粗铅、炉渣和烟气，在横向电热部21炉腔下侧分别设有虹吸放渣口17和虹吸放铅口18，还原渣通过该放渣口17定期排出，而粗铅则通过虹吸放铅口18连续排出。如果铅原料中含锌低时，还原渣经过水淬后送渣场，如果铅原料含锌、锗、铟等有价金属高时，将还原渣送入烟化炉回收有价金属。

在本实施例中竖井20产生的烟气，通过上部的后燃烧烧嘴14燃尽CO后，再经排烟口13排入现有常规的烟气冷却(热回收)及除尘系统(图中未示)排空。横向电热部21的烟气可单独处理，也可与竖井烟气合并处理。

本实施例所述的高温液态熔融高铅渣被直接还原熔炼，替代了现有的高铅渣冷却铸块的工序、上料系统，简化了流程，并充分地利用了熔渣的余热，其在还原过程的处理，完全不同于中国发明专利申请03126234.1中需要大量空气、粉煤或焦炭颗粒参与的处理流程，其不需要大量鼓风，还原用的焦炭消耗量远远低于鼓风还原工艺，焦炭消耗量接近理论耗量170kg/tPb。本发明具有环保、节省能耗、投资少、成本低等优点。本实施例所述的全新的高温液态熔融高铅渣还原冶炼方法，在一台带有竖井的卧式电炉内完成还原冶炼过程，在电炉的横向电热部21作为补助还原和沉淀分离的功能作用，还原后的渣的含铅量可降到3％左右，完全优于中国发明专利申请200310113789.3中处理高铅渣所进行的冷却—铸块—鼓风炉还原流程和中国发明专利申请03126234.1所述的鼓风还原流程的多项指标。

此处描述的本发明在所具体描述的内容基础上很容易产生变化、修正和/或补充，可以理解的是所有这些变化、修正和/或补充都包括在本发明的以上描述的机理和工艺装备范围内。