氧气底吹工艺处理复杂铅物料的生产实践

姚建明， 李东波

(中国恩菲工程技术有限公司， 北京 100038)



氧气底吹工艺处理复杂铅物料的生产实践

姚建明， 李东波

(中国恩菲工程技术有限公司， 北京 100038)

简述了氧气底吹熔炼的原理及优势，论述了氧气底吹工艺在处理高铜铅精矿、复杂金精矿、铅酸蓄电池、锌浸出渣及高锌铅物料等复杂铅物料上的应用。

氧气底吹熔炼； 复杂铅物料； 铅冶炼； 清洁生产

0 前言

我国是全球最大的铅生产国与消费国，由于高品位铅原料短缺以及二次铅物料尚无确保经济环保回收的工艺，原料多样化与复杂化已成为我国铅冶炼行业面临的新问题，给冶炼行业带来极大的挑战。

氧气底吹熔炼技术凭借其明显的技术优势，被广泛用于处理高铜铅精矿、高锌铅精矿、复杂金精矿、铅膏及铅玻璃等二次铅资源、锌浸出渣等复杂铅物料。该技术具有良好的经济与环保效益，不仅有效地缓解了铅冶炼行业面临的资源短缺问题，同时解决了二次铅物料的资源浪费和环境污染问题。

1 氧气底吹熔炼工艺

1.1 氧气底吹熔炼的原理

铅精矿、复杂铅物料、熔剂等按照一定的比例混合制粒后，加入氧气底吹炉进行氧化熔炼，熔炼过程基本实现了低温无碳冶炼，仅在配入大比例杂料后热平衡不能保证时加入少量碎煤。冶炼分为两个过程，即物料完成相应化学反应的同时，完成炉料熔化过程，而后完成造渣及渣铅澄清分离过程。

氧气底吹炉内的熔体在底部喷枪喷入气体剧烈搅拌下处于有序翻滚状态，含铅粒料入炉后落在熔体表面迅速卷入熔体并被氧化熔化，从而大大降低了PbS的挥发量。期间发生的主要化学反应是氧与PbS及碎煤中的可燃物的氧化反应、 PbO与PbS的交互反应以及硫酸盐的分解反应。铅液形成后，铅作为载体发生铅的氧化反应，并伴有FeS2、ZnS的氧化及造渣反应。主要反应式如下：

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1.2 氧气底吹熔炼的优势

氧气底吹熔炼技术自2002年第一条生产线投产以来，因其有效解决了铅冶炼SO2及铅尘严重污染问题，且大幅度提高了硫的利用率，降低了吨铅加工成本，在我国迅速推广[1]。目前建成投产与在建的氧气底吹熔炼生产线达40余条，设计产能超过360万t/a，占到了全国矿铅总产能的85%以上。氧气底吹炼铅技术的开发，引领了全球铅冶炼行业的技术革命。

氧气底吹熔炼技术的主要优势有：

(1)对原料适应性强。可处理各种品位的铅精矿，同时可搭配处理各种二次铅原料。

(2)能耗低。采用纯氧熔炼，在搭配低比例二次铅物料情况下可实现完全自热熔炼，无需配入燃料补热。

(3)操作控制简易，技术成熟可靠安全。

2 氧气底吹工艺在处理复杂铅物料上的应用

2.1 处理高铜铅精矿

对于铅精矿的含铜量，各冶炼企业都有严格的控制指标，一般以1.5%为上限。最初氧气底吹炉对原料含铜有着更为严格的要求，如河南某炼铅企业曾要求氧气底吹炉入炉物料铜含量不得高于0.5%[2]。随着冶炼利润空间的缩小，企业不断探索处理低品质含铜高的铅精矿，将综合回收铜作为企业盈利增长点。

云南A厂自有矿山所产的高铜低品位铅精矿含Pb 28.9%～45.9%、Cu 3.73%～12.0%，主金属品位低，含铜之高在国内同行业极为少见。企业曾尝试直接冶炼高铜低品位铅精矿，虽然加强生产操作，氧气底吹炉可以运行，但粗铅产出量极少，无法发挥其实际功效，大部分粗铅的生产需由后段还原炉完成。后该厂将不同物料进行搭配，适量降低了入炉物料含铜。入炉混合精矿成分为(%)：Pb 51.38，Zn 4.32，Cu 2.34，S 19.60，Fe 10.09，SiO24.11，CaO 0.66。氧气底吹炉的主要技术条件控制：加料量18～20 t/h，氧料比160～180 m3/t，炉膛温度1 100～1 150 ℃。主要技术经济指标为：一次沉铅率40%，高铅渣含铅35%～40%，高铅渣残硫<1.5%[3]。

云南B厂充分发挥氧气底吹熔炼技术优势，搭配处理含Cu 20%左右的铜精矿，控制入炉物料含Cu 2%以上，生产运行状态良好，技术指标稳定，经济效益显著。

铅物料含铜高会对炼铅工艺环节带来不利影响，因此，备料时物料必须混合均匀，以免铅精矿成分波动大对铅品位和造渣成分造成较大影响。生产中铅虹吸口岗位要及时捞出浮渣，观察虹吸口液面动向，避免虹吸口堵塞。

2.2 处理复杂金精矿

过去我国大量的含砷硫锑等有害杂质较高的复杂金精矿大都采用传统的氰化工艺，金回收率较低，约85%，造成资源严重浪费，同时提金尾渣堆存残留氰化物影响环境。

山东某厂利用粗铅富集金银的特性，以粗铅为载体，搭配处理复杂金精矿、高铅高银杂矿及提金尾渣等(见表1)，综合回收金、银、铅、锌等有价金属。

表1 含金物料主要化学成分

为了提高金银回收率，该厂实际生产中，根据原料情况，一般搭配复杂金精矿15%～20%、高铅高银杂矿25%～35%、提金尾渣5%～10%，混合物料含Pb～45%，Au>14 g/t，Ag>900 g/t。

生产实践表明，氧气底吹铅冶炼工艺处理复杂金精矿，金的总回收率高于95%(含后续工艺)，较氰化浸出工艺提高至少10个百分点，经济环保效益显著。

2.3 处理铅酸蓄电池

由于铅的社会积存总量逐年增多，再生铅在铅工业中的地位变得越来越重要。受市场、回收渠道等因素的影响制约，再生铅企业绝大部分规模不大、技术装备落后，普遍存在环境污染和资源浪费问题。

为解决再生铅行业的污染问题，促进铅的循环利用，缓解由冶炼规模扩张引起的原料紧缺问题，河南A厂率先引进意大利安奇泰克废旧蓄电池CX集成预处理技术，与氧气底吹炼铅工艺进行集成创新[4]，利用原生铅生产的技术装备，在经济环保处理再生铅物料方面取得重大突破。

废旧铅酸蓄电池物理分选产出的铅膏组成为(%)：PbSO4～65、PbO2～28.5、PbO～4.5、Pb～0.6、Sb～0.5，其与硫化铅精矿混合配料后，直接送氧气底吹炉熔炼，铅膏中的PbSO4、PbO可与铅精矿中的PbS发生交互反应，提高一次沉铅率，当铅精矿中硫化物氧化发热不足以维持底吹炉熔炼所需温度时，可配入适量的硫金矿或碎煤。生产实践表明，铅膏的配入比例可达40%以上，但配入的燃料相对较高。受铅膏供应量制约，实际生产中一般配入铅膏～20%，根据混合料特点配入适量碎煤。

河南B厂为了缓解铅精矿紧缺的压力，搭配处理铅膏、含铅玻璃、烟灰及含铅杂料，利用含银硫铁矿补热，取得了良好的经济效益。物料成分见表2。

表2 废旧铅酸蓄搭配处理入炉物料化学成分

%

目前不少氧气底吹炼铅厂，将铅膏、含铅玻璃等二次铅资源配入矿铅精矿进行底吹熔炼，高温脱硫，该冶炼模式优化了铅原料结构，尤其是处理铅玻璃还可以降低SiO2熔剂的加入量，降低渣率，提高铅二次资源的回收利用率，为二次含铅物料清洁、高效综合利用提供了有效途径。

2.4 处理锌浸出渣

锌浸出渣是湿法炼锌过程中产出的一种含Pb、Zn、Cu、Ag等有价金属的固态渣(本文特指氧化锌烟尘的浸出渣和热酸浸出的铅银渣)，由于含有硫酸根及重金属，属于危废渣，堆存需要进行“三防”处理，费用高，且给环保造成压力，同时也造成资源浪费。

云南某厂采用氧气底吹炉高比例处理锌浸出渣[5]，利用氧气底吹炉强化熔炼的特点，通过配入硫化物(或碎煤)维持冶炼的热平衡，精确控制氧化气氛，使高比例配入的锌浸出渣能在氧气底吹炉内完成分解、脱硫、造渣等化学反应。生产中锌浸出渣配入比例均高于30%，一般维持在～50%，典型的生产数据见表3。主要技术条件控制为：加料量10～13 t/h，氧料比135～155 m3/t，熔池温度1 035～1 089 ℃。

国外某铅厂将其浸出渣在我国进行了氧气底吹熔炼技术处理工业化试验，原料成分见表4。根据原料特点配入约2.0%发热值较低的烟煤补热，配入石灰石调整渣型，控制Fe/SiO2=1.1、CaO/SiO2=0.4，熔池温度基本维持在1 050 ℃左右。结果表明，配入高比例浸出渣时冶炼过程可以连续稳定进行，控制富铅渣含铅在35%～40%的情况下可以产出少量粗铅。

表3 锌浸出渣搭配处理物料化学成分

表4 锌浸出渣搭配处理工业试验原料化学成分

铅精矿搭配锌浸出渣处理，既缓解了矿铅原料紧缺的问题，又有效解决了环境污染问题，同时还可取得了良好的经济效益。该模式可为铅锌联合企业的最佳选择。

2.5 处理高锌物料

铅精矿中锌元素不计价，在铅冶炼过程中综合回收锌，能产生良好的经济效益。高锌铅原料的处理过去只能采用ISP，而ISP工艺的烧结鼓风炉能耗高、环保压力大。

高锌铅精矿的物质组成主要为方铅矿、闪锌矿及脉石，湖南某厂进行了氧气底吹工艺处理高锌铅精矿的工业试验[6]，所处理的高锌精矿的主要成分为(%)：Pb 53.86，Zn 13.15，Cu 0.11，FeO 3.53，SiO211.95，CaO 0.61，S 19.76，As 0.3，Sb 0.9，同时搭配少量高品质铅精矿，控制入炉粒料含锌在10%以内。锌主要以氧化锌赋存形态进入熔渣，而较多的氧化锌导致炉渣的熔点升高，渣发粘，不利于金渣有效分离及炉渣排放。为了维持炉渣的流动性，需控制较高的氧料比。生产实践表明，合理控制工艺参数，利用底吹炉处理高锌铅精矿完全可行，入炉粒料含锌控制在7.5%以内，底吹炉沉铅率可达40%以上。

河南某厂利用氧气底吹炼铅工艺搭配处理高锌铅精矿、高锌浸出渣及含铅高锌烟灰等，典型物料成分见表5。实际生产中入炉物料含锌>10%，产出的高铅渣含锌有时可达20%以上。实践证明，控制合理渣型及熔炼温度，底吹炉处理高锌铅物料运行稳定，若入炉物料含锌过高，后续的还原炉操作难度将增大，存在熔炼温度控制、还原深度控制及上升烟道易积灰等问题，需特殊处理。

表5 高锌铅物料化学成分 %

3 结语

氧气底吹熔炼技术已历经十余年的市场检验，其明显的技术和经济优势，尤其在处理复杂铅物料方面取得的革命性突破，被市场广泛认可与应用。该技术在产能高速增长的同时，实现了节能减排、清洁生产，取得了巨大的经济效益、社会效益及环保效益。

[1] 蒋继穆.国内外铅冶炼技术现状及发展趋势[J].有色冶金节能,2013,(3):4-8.

[2] 王拥军,王新红.氧气底吹炼铅在循环经济中的应用[A].全国铅锌冶金技术及生产装备研讨会论文集[C].2008.68.

[3] 徐培伦.氧气底吹炉处理高铜铅精矿的生产实践[J].中国有色冶金,2009,(3): 29-32.

[4] 杜新玲.河南豫光金铅富氧底吹处理废铅酸蓄电池生产实践[J].有色金属工程,2013,3(5): 33-36.

[5] 徐培伦,韩开远,吴飞等.利用氧气底吹炉高比例处理锌浸出渣的方法:中国.CN 101985695A[P], 2011.3.16.

[6] 陈学兴,刘繁.富氧底吹工艺处理高锌铅精矿的工业试验[J].中国有色冶金,2014,(2):14-16.

Practice of treating complex lead-bearing materials with oxygen bottom-blowing process

YAO Jian-ming， LI Dong-bo

This paper describes the principle and advantages of the oxygen bottom-blowing process in brief, discusses the application of oxygen bottom blowing process in treatment of complex lead-bearing materials， such as high-copper lead concentrate, complex gold concentrate, lead-acid batteries, zinc leaching residue and high zinc lead material etc.

oxygen bottom-blowing smelting; complex lead-bearing materials; lead smelting； clean production

姚建明(1982—)，男，江西玉山人，硕士学历，工程师，主要从事铅锌冶炼工程咨询及设计工作。

2014-- 10-- 14

[文献标志码] B [文章编号] 1672-- 6103(2015)02-- 0030-- 04