熔池熔炼直接炼铅的方法及其装置

摘要

本发明涉及一种熔池熔炼直接炼铅的方法及其装置，将高铅渣熔体通过溜槽直接流入底吹熔池还原炉中还原；底吹熔池还原炉内从底部或底侧部用气体喷枪向熔体供入氧气和天然气或氧气和煤气；从底吹熔池还原炉加料口向还原炉中加入炭粒；高铅渣熔体经底吹熔池还原炉还原后产出粗铅、烟气和终渣，装置包括熔池熔炼氧化炉，熔池熔炼氧化炉的出渣口通过溜槽与底吹熔池还原炉的进渣口相连，在底吹熔池还原炉的底部或底侧部设有气体喷枪，具有能耗低、工作环境好、投资少的优点。

说明书

技术领域

本发明属于有色金属冶炼行业的铅冶炼技术领域，尤其涉及一种在铅冶炼过程中采用的熔池熔炼直接炼铅的方法及其装置。

背景技术

目前，代表我国铅冶炼最高水平的“氧气底吹熔炼----鼓风炉还原”炼铅法已在我国全面推广，使铅冶炼环境有了明显改善。然而随着科技进步的不断提高，“氧气底吹熔炼----鼓风炉还原”炼铅法所存在的不足越来越被人们重视，迫切需要对该工艺进行改进。这主要是由于受到鼓风炉的结构和工艺要求限制，底吹炉所产高铅渣熔体需经铸渣机铸成块才能进入鼓风炉进行还原，这样作业会有以下五点缺陷：一是高温熔渣冷却铸成块，造成了高铅渣熔体潜热的巨大浪费；二是鼓风炉中所进行的反应主要是气----固反应，即焦炭燃烧产生CO、CO₂和热量，在700℃左右的温度下，CO与高铅渣铸块接触反应，由于温度不高且进行的是气----固反应，导致反应速度慢且进行得不彻底；三是鼓风炉炉体采用的是全水套作业，这样焦炭燃烧产生的热有很多被水套带走，水套冷却带走的热不能有效利用；四是鼓风炉采用的热还原剂是价格较高的焦炭；五是高铅渣铸块在储存运输过程中会出现碎沫飞扬的现象，导致了资源的浪费和生产环境恶化。

在我国也有用艾萨炉氧化熔炼，所产高铅渣铸成块然后进入鼓风炉还原的炼铅方法，该方法的还原过程同样也有上述问题。

而代表国际铅冶炼先进水平的QSL炼铅法除存在建设投资大，技术引进费高的问题外，还有以下四个缺陷：一是将含铅物料的氧化和高铅渣的还原在一个炉中进行，中间用隔墙隔开，这样就造成隔墙容易损坏的现象；二是采用粉煤作热还原剂，造成加工成本高；三是粉煤从底部入炉后会很快穿过熔渣层，与熔渣接触的时间短，从而导致还原后的终渣含铅量偏高；四是粉煤的供应存在着每支喷枪定量控制困难的缺陷。

针对上述不足，申请人曾提出过一种技术解决方案，该方案是申请号为03126234.1、发明名称为“底吹炉高铅渣液态直接还原的炼铅方法”，该方法主要是通过粉煤或焦炭粉或焦炭粒与空气作用获得CO，从而实现液态高铅渣的还原。该方法仍存在烟气量大，从而导致烟尘量增多和热利用率偏低，而且反应速度和效果也不能达到最好。另一种解决方法是申请号为200610066648.4、发明名称为“一种炼铅法以及用于实现该炼铅法的装置”，该方法是将熔融高铅渣在两个电热区进行，其实质是第一电热区用电加热的焦炭柱过滤还原，第二电热区仍然是用电加热，漂浮在液面上的热焦炭与高铅渣还原，该方法存在以下几个问题：一是整个系统用电加热显然增加了电耗；二是整个系统中产生大量的CO，采用烧嘴燃烧掉CO，使CO没有得到充分利用；三是方法中涉及的第一电热区中存在高铅渣熔体在焦炭柱中不能均匀分布的问题；四是在第二电热区中漂浮在液面上的焦炭与熔体接触效果差，从而导致还原速度慢。第三种解决方案是申请号为200510200331.0、发明名称为“熔融铅氧化渣冶炼方法及装置”，该方法中采用的装置是全水套竖式炉，供气方式是用喷嘴侧吹粉煤和含氧浓度为21～40％的富氧空气，作业方式为间断作业，即第一阶段进行铅的还原，在铅还原结束后用来烟化提锌。这种方法存在以下四点缺陷：一是用粉煤作为热还原剂，也存在粉煤很快穿过渣层的现象，使得还原效果差；二是间断式作业，温度变化大，技术条件稳定性差，操作不方便；三是用全水套的还原装置，水套带走热量多，增加了能耗；四是氧浓度偏低、气量大导致烟尘率高；四是这种固定式还原装置在遇到突然停电时会导致喷嘴上渣，从而使系统无法运行。

发明内容

本发明的目的在于克服目前炼铅工艺中存在的能耗高、热利用率低、环境差的不足，而采取的一种能耗低、工作环境好、投资少的熔池熔炼直接炼铅方法及其装置。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种熔池熔炼直接炼铅的方法，包括将含铅物料、熔剂通过熔池熔炼氧化炉生产出高铅渣熔体和部分粗铅，具体如下：

将高铅渣熔体通过溜槽直接流入底吹熔池还原炉中进行还原；在底吹熔池还原炉内从底部或底侧部，用气体喷枪向熔体中供入氧气和天然气或氧气和煤气；通过底吹熔池还原炉的加料口向底吹熔池还原炉中加入炭粒，使其与高铅渣熔体充分接触还原；高铅渣熔体经底吹熔池还原炉还原后产出粗铅、烟气和终渣。

在上述炼铅过程中，含铅物料的氧化在熔池熔炼氧化炉中进行，该熔池熔炼氧化炉为氧气底吹熔炼炉、艾萨炉、卡尔多炉或瓦纽科夫之一。

在上述炼铅过程中，熔池熔炼氧化炉和底吹熔池还原炉所产粗铅经铸铅机铸成铅锭送去电解精炼；在底吹熔池还原炉中，还原后的终渣送去烟化提锌；底吹熔池还原炉排出的烟气经降温除尘后直接排空；降温除尘所得烟灰返回配料。

在上述炼铅过程中，底吹熔池还原炉内的还原温度控制在1000--1300℃。向底吹熔池还原炉中加入炭粒的粒径范围为10---70mm，每吨高铅渣的炭粒用量为0～100Kg。在上述炼铅过程中，向底吹熔池还原炉中加入炭粒的同时，还加入石子或铁矿石，石子或铁矿石的粒径范围要求为2～5mm，石子或铁矿石的加入量满足还原渣型的范围要求：Fe/SiO₂＝1--1.4/1，CaO/SiO₂＝0.4-0.7/1；炉内多余的CO通过烧嘴口补入空气或氧气使其二次燃烧。

在底吹熔池还原炉中所供气体要求为：在用氧气和天然气组合时，每吨高铅渣的氧气用量为30Nm³--90 Nm³，每吨高铅渣的天然气用量为20Nm³--40Nm³；在用氧气和煤气组合时，每吨高铅渣的氧气用量为10Nm³--80Nm³，每吨高铅渣的煤气用量为30Nm³--80Nm³。

一种熔池熔炼直接炼铅的装置，包括生产出高铅渣熔体和部分粗铅的熔池熔炼氧化炉，其特征在于：熔池熔炼氧化炉的出渣口通过溜槽与底吹熔池还原炉的进渣口相连，在底吹熔池还原炉的底部或底侧部设置有气体喷枪。

底吹熔池还原炉是一种能够沿轴线转动的圆筒型转炉，在底吹熔池还原炉底部或底侧部设有气体喷枪；在筒体上部设有加料口和出烟口；在底吹熔池还原炉一端的端头设有进渣口、底渣口和底铅口；在底吹熔池还原炉另一端设有烧嘴口和出渣口；在底吹熔池还原炉下部或侧下部设有虹吸出铅口。

在底吹熔池还原炉的底部或底侧部装有喷枪，喷枪与竖直线的夹角α范围为0°≤α≤90°。

本发明的优点在于：

1.将熔池熔炼氧化炉所产高铅渣熔体直接流入底吹熔池还原炉进行液态还原，能够充分利用高铅渣熔体的潜热，节省了能源；

2.省去了目前先进工艺“氧气底吹熔炼----鼓风炉还原”系统中的铸渣机，避免了高铅渣铸块在堆存、运输过程中的浪费，而且工作环境进一步改善；

3.将含铅物料的氧化熔池熔炼和高铅渣的熔池还原分别在熔池熔炼氧化炉和底吹熔池还原炉中进行，有利于过程的控制，避免了在同一炉中造成隔墙容易损坏的不良影响；

4.采用炭粒作热还原剂，在气体的强烈搅拌作用下，加强了还原效果，而且炭粒来源方便、价格便宜；

5.在底吹熔池还原炉中熔体下部引入氧气和天然气或氧气和煤气，提高了热利用率，加快了反应速度，提高了还原程度，而且烟尘率不高；

6.底吹熔池还原炉采用可转动炉体，使得在换枪、检修或出现异常时只需转出炉就可实现。

7.在炉中液面上存在部分CO，通过补入二次空气或氧气，使CO二次燃烧，使热量得到重新利用。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

图2为本发明的设备连接图。

图3为底吹熔池还原炉结构图。

图4为底吹熔池还原炉气体喷枪位置。

具体实施方式

如图1所示，一种熔池熔炼直接炼铅的方法，包括将含铅物料、熔剂通过熔池熔炼氧化炉生产出高铅渣熔体和部分粗铅，具体步骤为：将高铅渣熔体通过溜槽直接流入底吹熔池还原炉中进行还原；在底吹熔池还原炉内从底部或底侧部，用气体喷枪向熔体中供入氧气和天然气或氧气和煤气；通过底吹熔池还原炉的加料口向底吹熔池还原炉中加入炭粒，使其与高铅渣熔体充分接触还原；高铅渣熔体经底吹熔池还原炉还原后产出粗铅、烟气和终渣。

在上述炼铅过程中含铅物料的氧化在熔池熔炼氧化炉中进行、熔池熔炼氧化炉所产的高铅渣熔体在底吹熔池还原炉中进行，通过溜槽实现熔池熔炼氧化炉的高铅渣熔体向底吹熔池还原炉的转移。

在上述炼铅过程中，熔池熔炼氧化炉和底吹熔池还原炉所产粗铅经铸铅机铸成铅锭送去电解精炼；在底吹熔池还原炉中，还原后的终渣送去烟化提锌；底吹熔池还原炉排出的烟气经余热锅炉和电除尘器降温除尘后直接排空；除尘所得烟灰返回配料。

在上述方法中，在底吹熔池还原炉内，其还原温度控制在1000～1300℃。

在上述方法中，底吹熔池还原炉所用的高铅渣熔体成分要求如下：PbO：35～55％，FeO：8～18％，SiO₂：7～15％，CaO：3～8％，S：0.2～1％，ZnO：2～12％，其它微量成分有Cu、As、Sb。

在上述方法中，底吹熔池还原炉还原过程中炭粒使用要求为：粒径10～70mm，每吨高铅渣的炭粒用量为0～100Kg。

在上述方法中，所供气体要求：一种是氧气和天然气结合使用，其用量范围为：每吨高铅渣所用氧气量为30Nm³～90 Nm³，每吨高铅渣所用天然气量为20Nm³～40 Nm³。另一种是氧气和煤气结合使用，煤气按全部为CO和H₂计算，则每吨高铅渣所用氧气量为10 Nm³～80 Nm³，每吨高铅渣所用煤气量为30Nm³～80 Nm³。

向底吹熔池还原炉中加入炭粒的同时还加入石子或铁矿石，石子或铁矿石的粒径范围要求为2～5mm，石子或铁矿石的加入量满足还原渣型的范围要求：Fe/SiO₂＝1～1.4/1，CaO/SiO₂＝0.4～0.7/1。

实施例1：

在本实施例中，进入底吹熔池还原炉的高铅渣成分如下：PbO：50％，FeO：12％ SiO₂：10％，CaO：5％，ZnO：7％Cu：1％，S：0.6％，As：0.4％，Sb：0.5％.

将熔池熔炼氧化炉所产高铅渣熔体通过溜槽流入底吹熔池还原炉中，在底吹熔池还原炉中从加料口加入炭粒、石子和铁矿石，炭粒粒径为10～70mm，每吨高铅渣的炭粒用量为20～100Kg，石子和铁矿石粒径范围要求为2～5mm，用量满足Fe/SiO₂＝1～1.4/1，CaO/SiO₂＝0.4～0.7/1的范围要求。同时通过底吹熔池还原炉底部或底侧部的气体喷枪供入氧气和天然气，每吨高铅渣的氧气用量为30Nm³--90Nm³；每吨高铅渣的天然气用量为20Nm³--40Nm³。

实施例2：

在本实施例中，进入底吹熔池还原炉的高铅渣成分如下：

PbO：50％，FeO：12％ SiO₂：10％，CaO：5％，ZnO：7％Cu：1％，S：0.6％，As：0.4％，Sb：0.5％.

将熔池熔炼炉所产高铅渣熔体通过溜槽流入底吹熔池还原炉中，在底吹熔池还原炉中从加料口加入炭粒、石子和铁矿石，炭粒粒径为10～70mm，每吨高铅渣的炭粒用量为0～100Kg，石子和铁矿石粒径范围要求为2～5mm，用量满足Fe/SiO₂＝1～1.4/1，CaO/SiO₂＝0.4～0.7/1的范围要求。同时通过底吹熔池还原炉底部或底侧部的气体喷枪供入氧气和煤气，每吨高铅渣的氧气用量为10Nm³--80Nm³；每吨高铅渣的煤气用量为30Nm³--80Nm³。

底吹熔池还原炉配套的余热锅炉和电除尘器所得烟灰通过输灰系统返回配料，其中余热锅炉能用淋水冷却器代替降温，电除尘器也能用布袋收尘器代替。

如图2、3、4所示，一种熔池熔炼直接炼铅的装置，包括生产出高铅渣熔体和部分粗铅的熔池熔炼氧化炉，熔池熔炼氧化炉1的出渣口2通过溜槽3与底吹熔池还原炉5的进渣口4相连，在底吹熔池还原炉的底部或底侧部设有气体喷枪12。底吹熔池还原炉是一种能够沿轴线转动的圆筒型转炉，在底吹熔池还原炉底部或底侧部设有固定气体喷枪的喷枪法兰；在炉子上部设有加料口7和出烟口6；在底吹熔池还原炉一端的端头上设有进渣口4、底渣口13和底铅口1 4；在底吹熔池还原炉另一端设有烧嘴口8和出渣口9；在底吹熔池还原炉下部或侧下部设有虹吸出铅口10。在底吹熔池还原炉的底部或底侧部装有喷枪12，喷枪与竖直线的夹角α范围为0°≤α≤90°。

熔池熔炼氧化炉1的出渣口2和底吹熔池还原炉5的进渣口4通过溜槽3相连，熔池熔炼氧化炉1所产的高铅渣熔体能够通过流槽3直接流入底吹熔池还原炉5中。熔池熔炼氧化炉1与底吹熔池还原炉5和溜槽3之间留有转动间隙。

如图3所示，高铅渣熔体通过进渣口4进入底吹熔池还原炉5后，由于从底吹熔池还原炉5的加料口7加入炭粒及石子或铁矿石熔剂，并从底吹熔池还原炉5底部或底侧部通过气体喷枪12供入氧气和天然气或氧气和煤气。这样天然气会部分燃烧放出热量维持过程需要，部分燃烧生成CO或者裂解出C、H₂，这些CO、C、H₂以及加入的炭粒均是良好的热还原剂，若通煤气，煤气不裂解，本身就含CO和H₂，从而实现高铅渣的还原。还原后的终渣由出渣口9排出后送去烟化提锌；所得铅液沉于底部由出铅口10排出，然后经铸铅机铸成铅锭；伴随产出的烟气由出烟口6排出，然后经余热锅炉降温和电除尘器除尘，除尘后的气体排空；除尘后的烟灰返回配料系统。在该炉端头设有烧嘴口8，能由此口补入空气或氧气，使炉中多余的CO二次燃烧，也能够在开炉前安装燃油烧嘴或燃气烧嘴烘烤炉子。整个炉子座在安装于底座上的托轮11上，炉子配有传动系统，通过开启传动系统，实现炉子在换枪、检修和处理问题时转炉。