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        中國金屬新聞網
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        國內外鉛冶煉技術狀況

        鉛的冶煉方法可以簡單概括為傳統法和直接冶鉛法二大類。傳統法即燒結—鼓風爐熔煉法(包括燒結機、燒結鍋、燒結盤等);直接煉鉛法即取消硫化鉛精礦燒結過程,生精礦直接入爐熔煉的方法。多年來傳統的燒結—鼓風爐熔煉法一直是鉛的主要生產方法,即使到目前,其產量依舊占世界鉛產量的60%以上。但隨著人類對環保、節能認識和要求的不斷提高,燒結—鼓風爐熔煉法的缺點日顯突出,新建的鉛冶煉廠已大都采用了直接煉鉛工藝來生產。

        直接煉鉛法可歸納為一段爐法,主要有前蘇聯開發的基夫賽特法和瓦紐科夫法、德國魯奇公司開發的QSL法、瑞典波利頓公司開發的卡爾多法等,在一臺爐中完成粗鉛的冶煉過程。兩段爐法有澳大利亞開發的氧氣頂吹浸沒熔煉法(又稱澳斯麥特法、艾薩法),以及我國在20世紀80年代開發的水口山法(又稱氧氣底吹熔煉法—SKS),在兩臺爐中完成粗鉛生產過程。

        一、燒結—鼓風爐熔煉法

        燒結—鼓風爐熔煉法使用時間久遠、技術成熟可靠、生產穩定、建設投資少、回收率高。近年來又對鼓風燒結機和燒結操作制度作了許多改進,如燒結機采用剛性滑道,以減少漏風;采用返煙燒結提高SO2濃度—非穩態制酸等。但就整體工藝而言,在環保要求日益嚴格的現狀下,燒結—鼓風爐熔煉法仍存在一些較難繼續接受的缺點:

        (1)無論怎樣改進,燒結煙氣SO2濃度依舊偏低,難以達到常規制酸工藝的要求;

        (2)無論采用何種燒結方式,燒結塊依然含有2%~3%的殘硫,鼓風爐煙氣的SO2濃度通常高達4g/m3,難以經濟治理,對環境污染嚴重;

        (3)燒結返料量大(~80%),設備龐大,隨煙氣逸散的粉塵量大,這是導致鉛污染事件時有發生的主要原因;

        (4)燒結過程中大量氧化反應熱不能得到回收利用,而燒結塊冷卻后在鼓風爐熔煉又要消耗大量的冶金焦,能耗高;

        (5)操作環境差、勞動、工業衛生條件差、對職工身體健康有較大危害。

        二、基夫賽特法

        基夫賽特法研發于原蘇聯,1986年在哈薩克斯坦建成了日處理400~500t爐料的烏斯季—卡緬諾戈思克鉛冶煉廠;1987年在意大利的埃尼利索斯公司建成了日處理600t爐料的威斯麥港鉛冶煉廠,年生產粗鉛80kt。1994年,加拿大科明科公司廢棄原QSL爐開始采用基夫賽特法建設規模為100kt/a的特雷爾鉛冶煉廠,并于1996年12月投產。

        基夫賽特法是一種一部閃速熔煉法;蛸愄貭t由兩個反應區組成,爐內設以隔墻,隔墻一側為氧化反應區,另一側為還原區。氧化區設有方形反應塔,粒度<1mm,含水<1%的爐料由設于塔頂的四個噴嘴噴入,在高氧位、高溫的條件下,自上而下呈懸浮狀漂浮下落,通過傳熱,傳質和氣—固、氣—液反應,完成爐料的氧化脫硫和造渣。熔融物料經過反應塔下的熔池焦炭層實現第一階段的還原,超過80%的金屬鉛在氧化熔體中濾出。鉛渣混合物再進入液相連通的電爐還原區,在電爐中加入焦炭,爐渣中的鉛鋅氧化物在強還原氣氛下被二次還原,鋅蒸汽在電爐出口段氧化為氧化鋅,通過收塵回收,基夫賽特爐氣相被隔墻分隔,氧化段煙氣含SO2高,通過余熱鍋爐降溫及收塵后送往制酸。爐渣與粗鉛由還原區不同高位的出口放出。

        基夫賽特法的特點如下:

        (1)原料適應性強。含鉛20%~70%,硫13.5%~28%,銀100~8000g/t的原料都可用基夫賽特法處理,并可處理含鋅爐料和鋅冶煉渣料;

        (2)爐子在運行連續穩定,爐壽長,維修費;

        (3)主要金屬的回收率高,鉛回收率可達98%,金銀可達99%,原料中的鋅回收可達60%以上;

        (4)煙氣量小,煙氣SO2濃度高(30%~40%),余熱鍋爐和電收塵小、熱量損失少;

        (5)煙塵率低,僅為5%~6%;

        (6)氧化還原在一臺爐中完成,反應熱利用充分,加之熱量損失少,因而能耗很低;

        (7)爐體密閉,易于實現自動化、機械化,爐體煙塵煙氣逸散少、操作條件好、勞動安全、工業衛生條件好;

        (8)基夫賽特爐可以處理濕法煉鋅渣,回收鉛鋅、銀、銦;蛸愄貭t產出的氧化鋅可送煉鋅系統處理作到鉛鋅互補,對鉛鋅聯合企業更具優勢。

        基夫賽特法有諸多優點,但基夫賽特爐的隔墻由于二面受熱,爐襯腐蝕比較快,并常常導致事故的發生。另外,在處理高鋅物料時,由于氧化鋅煙塵的堆積,常導致煙道的堵塞。

        三、QSL法

        QSL法為富氧底吹熔池熔煉,其QSL爐為可轉動的臥式長圓筒型爐,并向放鉛口方向傾斜0.5%,并分為氧化區和還原區。在氧化和還原兩個區域,分別配有浸沒式氧氣噴嘴和粉煤噴嘴。鉛精礦經制粒后由頂部加入氧化區,與氧槍噴入的氧氣在熔池中反應生成氧化鉛和SO2,實現自熱熔煉;氧化鉛與硫化鉛在氧化區發生交互反應生成一次粗鉛由底部放出。爐渣由氧化區進入還原區,其中的PbO被粉煤噴嘴噴入的粉煤還原,渣含鉛逐漸降低,同時還產出鉛鋅氧化物煙塵和二次粗鉛。二次粗鉛和一次粗鉛合并一起放出,爐渣逆向運動由反應器的另一端放出。為解決鉛渣混流,在氧化段與還原段之間增設一道隔墻,耐火材料采用熔鑄鉻鎂磚。

        QSL法曾在德國斯托爾伯格、韓國溫山、中國西北冶煉廠、加拿大特雷爾建廠使用,由于一個爐內氧化、還原氣氛控制困難,加之操作難度大,爐襯沖刷侵蝕快,氧槍壽命短,結渣堵塞,煙塵率高(約25%)等問題,中國西北冶煉廠1992年投產,十多年間試車3次合計運行不足12個月而停產至今。特雷爾冶煉廠1989年建成,投產后出現了一系列的工藝和設備問題,噴槍壽命僅2~4天,內襯腐蝕嚴重,投產3個月就被迫停產,后改造為基夫賽特法。韓國溫山經過試車改造,將氧化與還原分開為雙室,至今生產正常。德國斯托爾伯格10年來歷經多次技術改造,正常至今生產。韓國和德國的生產實踐證明,QSL仍是一種成功的直接煉鉛方法。特點如下:

        (1)設備簡單,粗鉛生產在一臺設備內完成;

        (2)原料適應性較好,可搭配處理電池糊、鉛銀渣等含鉛較高的二次物料。

        四、卡爾多煉鉛法

        卡爾多煉鉛法是瑞典波利頓公司開發一項鉛冶煉技術。1979年用來處理含鉛煙塵的首臺有色金屬卡爾多熔煉爐在瑞典的隆斯卡爾冶煉廠誕生。1992年伊朗曾姜鉛鋅總公司用卡爾多爐處理氧化鉛精礦生產鉛,年生產能力4.1萬t。到目前為止,世界上已有12臺卡爾多爐投產。我國西部礦業公司引進的卡爾多爐于2006年在青海建成投產,設計能力60kt/a粗鉛。

        卡爾多爐有多種類型,但基本結構類似,其爐子本體與煉鋼氧氣頂吹轉爐的形狀相似,由圓桶形的下部爐缸和喇叭形的爐口兩部分組成,內襯為鉻鎂磚。爐子本體在電機、減速傳動機的驅動下,可沿爐缸軸作回轉運動。在正常作業的傾角部位,設有煙罩和煙道,將爐氣引入收塵系統,輸送燃油和氧氣的燃燒噴槍以及輸送精礦的加料噴槍通過煙罩從爐口插入爐內。

        卡爾多爐是一臺傾斜氧氣頂吹轉爐,加料、氧化、還原、放渣/放鉛四個冶煉步驟在一臺爐內完成,周期性作業。還原期爐煙氣SO2很少,不得不在氧化期吸收、壓縮冷凝一部分SO2為液體,在還原期再氣化后補充到煙氣中以維持煙氣制酸系統的連續運行,操作麻煩。

        五、氧化頂吹浸沒熔煉法(澳斯麥特法、艾薩法)

        氧化頂吹浸沒熔煉法是20世紀70年代澳大利亞開發成功的銅冶煉技術,后移植于鉛的冶煉。該熔煉技術是在一個圓桶形的爐內,通過爐子頂端斜煙道的開孔,插入一支由空氣冷卻的鋼制噴槍。噴槍位于內襯耐火材料的爐膛中央,頭部埋于熔體中,燃料和空氣通過噴槍直接噴射到高溫熔融渣層中,產生燃燒反應并造成熔體的劇烈攪動,進行物料的氧化脫硫,產出部分粗鉛和富鉛渣。這樣,在一個小空間內加入的爐料被迅速加熱熔化并完成化學反應。調整噴槍的插入深度可以控制熔體攪拌強度,操作靈活,爐子能在較長時間內保持熱穩定。熔煉產出的富鉛渣經過鑄渣機澆注成渣塊,再送入鼓風爐還原熔煉,生產粗鉛和爐渣。

        噴槍是該爐子的核心部件,它為雙層套管結構,上段材質為45#鋼,下段噴口為不銹鋼。內管通過燃料即油或用定量空氣攜帶的煤粉。內外管間設有螺旋形導流片,助燃空氣(或富氧空氣)從此通道中以大于兩倍音速呈旋渦狀流出,加大了槍體與氣體間的傳熱,從而在噴槍外表面形成一層冷卻的渣殼,此渣殼保護噴槍,延長了噴槍的使用壽命。頂吹熔池熔煉爐對入爐物料要求不高,不論是粒狀物料還是粉狀精礦、煙塵返料等,只要水分小于10%,均可直接入爐。若為粉狀物料,經配料、制粒后入爐有利于降低煙塵率。該法由于主體設備結構簡單,輔助、附屬設備不復雜,與基夫賽特法、QSL法相比,基建投資較低。

        氧氣頂吹浸沒熔煉法屬于二段爐煉鉛法,用氧化爐熔煉取代了傳統煉鉛工藝的燒結,氧化爐煙氣量小、煙氣SO2濃度高,解決了燒結過程低濃度SO2的污染問題,90%以上的硫得到回收利用,對環境污染小,且勞動衛生條件比傳統法有很大改善。但由于氧化段只有約40%的鉛以粗鉛形式產出,富鉛渣不能直接還原而必須澆注成渣塊,高溫富鉛渣的大量顯熱無法利用,而在鼓風爐還原熔煉又需要配入大量的焦炭,因此其能耗很高。

        氧氣頂吹浸沒熔煉法基本上屬于熔池熔煉法,熔池氣、固、液攪動激烈,對爐體沖刷嚴重,爐壽較短。另外,艾薩爐噴槍造價很高。

        兩段爐直接煉鉛不是徹底、完善的直接煉鉛工藝,如果澳斯麥特法進一步改進實現熔融物料轉移在第2臺豎爐中還原,不用鼓風爐還原,則可進一步改善勞動條件,減輕污染,節約能耗,但直至現在一些澳斯麥特法煉鉛廠家對豎爐還原未予認同,仍然采用鼓風爐還原。所以從爐壽命、能耗、生產操作條件方面考慮,現階段的氧氣頂吹浸沒熔煉法還不是理想的直接煉鉛方案。

        值得關注的是,澳斯麥特公司再印度鋅公司已用1臺澳斯麥特爐進行氧化熔煉、還原熔煉、爐渣煙化處理,1爐3用,粗鉛生產能力達50kt/a,取得工業化成功,已開始實踐原研發宗旨。這種1爐多用的澳斯麥特爐,原料適應性廣、備料簡單、工序少,投資省,是一種較好的工藝技術,但還原期、煙化期煙氣要配入SO2方能連續制酸是其美中不足的地方。

        六、水口山煉鉛法

        水口山煉鉛法又稱氧氣底吹熔煉法,是我國20世紀80年代在借鑒QSL法的基礎上開發出來的。使用的反應器保留了QSL法的氧化段,而取消了還原段,氧氣由熔池底部吹入,產出富鉛渣和部分粗鉛,富鉛渣同樣需要經鑄渣機澆注成渣塊,再送入鼓風爐還原熔煉,產出粗鉛和爐渣。

        但和氧氣頂吹浸沒熔煉法不同,氧氣底吹熔煉法的爐體結構簡單,建設投資較小。

        和燒結—鼓風爐還原熔煉工藝相比,氧氣底吹熔煉雖然較好地解決了氧化段煙氣SO2的污染問題,但由于氧氣底吹熔煉技術本身的缺陷,大部分鉛只能以鉛的我氧化物形態和石英、石灰石等溶劑一起造渣,鉛一次還原率不到40%。由于高鉛液態渣直接還原技術目前尚不成熟,從而不得不把約1200℃的高溫熔融渣冷卻成熔渣塊后,再送鼓風爐內用焦炭加熱至約1250℃進行高溫還原熔煉,熱能利用極不合理。同時,氧氣底吹熔煉只適用于含鉛大于50%的高鉛精礦的處理,而對于含鉛40%左右或以下的低品位鉛精礦,由于不能自熱熔煉和無法再氧氣底吹爐直接生產出粗鉛,導致爐襯腐蝕嚴重,是爐體使用壽命大為縮短。另外,和QSL相類似,氧氣底吹熔煉的煙塵率同樣較高,通常為25%。


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