简析富氧侧吹炼铅工艺的应用特点与应用分析

郑剑平

（江西金德铅业股份有限公司，江西 德兴 334202）

随着国内环境问题的不断严重，国家对节能减排于清洁生产提出了更高的要求，传统的底吹炉-鼓风炉冶炼工艺对环境的危害、能耗高逐渐凸显，例如冶炼过程中的高铅渣具有较大热能，但却不能得有效利用，同时冶炼所使用的焦炭价格逐年升高，使得炼铅成本处于高位[1]。鉴于目前的环保形势，利用节能环保降耗的生产工艺势在必行，本文以江西金德铅业股份有限公司的富氧侧吹炼铅工艺为例，对其工艺特点和冶炼过程进行分析。

1 富氧侧吹炼铅工艺原理

1.1 氧气底吹炉熔炼原理

氧气底吹熔炼是熔池熔炼，经配料制粒的混合料从底吹炉顶部加入，氧气从底部氧枪中吹入引起熔体搅拌，;混合料中的金属硫化物在渣液层发生氧化、造渣、沉铅反应，生成金属氧化物和二氧化硫及液态铅液珠，并释放大量热使氧化反应继续下去；进行化学反应如：

PbS+O2=Pb+SO2+202kJ

PbS+1.5O2=PbO+SO2+420kJ

PbS+2PbO=3Pb+SO2-217kJ

PbO+SiO2=PbO·SiO2+11kJ

2FeS＋3O2＋SiO2＝2FeO·SiO2＋2SO2↑

CaCO3=CaO+CO2↑

2FeO·SiO2＋CaO＋2PbO=2PbO·CaO·2FeO·SiO2

对精铅矿的氧化熔炼是为了使精铅矿熔化，然后通过反应分解硫化铅，进而产生粗铅以及存留于熔融渣中的氧化铅，此过程会排出二氧化硫浓度高的废气，废气排入余热锅炉中，经余热回收等一系列过程处理后，制取工业用浓硫酸，这样就使二氧化硫得到再次利用。

1.2 富氧侧吹炉熔炼原理

从氧气底吹熔池出来的热渣含有约1050℃的显热，直接通过渣流槽直接流入侧吹还原熔炼炉；再从侧吹炉侧面风眼内鼓入一定浓度的富氧无油压缩空气，和顶部加料口加入无烟煤；使碳在熔池中燃烧，燃烧过程中产生的高温，可以为炉内提供能量，同时产生的一氧化碳等还原气体，可用于铅的还原过程，进行化学反应如下[1]：

PbO+C=Pb+CO-108kJ

PbO+CO=Pb+CO2+82kJ

CO2+C=2CO-165kJ

进行还原熔炼主要是把熔融渣中的氧化铅还原为单质金属铅，逐步与炉渣分离，产生粗铅，排出的炉渣含铅量低于2.0%，排出烟气中的二氧化硫含量大幅降低，经过进一步脱硫处理后即可达到排放标准。

2 技术特点

（1）富氧侧吹炉具有较低能耗，冶炼中的烟气与二氧化硫排放量低于其它工艺，冶炼过程中侧吹还原炉排放的烟气量为相同规模鼓风炉的不到3成，而二氧化硫排放量仅占鼓风炉1成。同时其工艺流程简单，产生灰尘较少，这样就保证了铅尘不发生明显的弥散，相关测试表明，一线操作岗位的铅含量不到0.03mg/m3[2]。

（2）侧吹还原炉渣中含有的铅不到2%，低于鼓风炉的3%～4%，铅回收率方面来看，侧吹还原炉是97.1%，鼓风炉铅则仅为95.5%[3]。

（3）常将侧吹还原炉、烟化炉及熔炼炉安装于较近位置，一方面去除了鼓风炉上料及热渣铸造系统，同样也减少了建筑面积。

图1 富氧侧吹炉结构示意图

（4）侧吹炉的炉身由铜质水套围成矩形，靠铜水套工作面上形成的冷凝炉渣层来抵御炉渣的冲刷和腐蚀，其使用寿命在5年以上。尽管铜水套比用耐火砖衬里的热损量大，但冶炼单位能耗仍可维持在较低的水平。因为高床能力和高氧鼓风使得烟气体积大大减少，烟气带走的热量大大降低。

3 富氧侧吹炉的结构

金德铅业股份有限公司采用中联公司的富氧侧吹炉由4层水套构成，其中的2层为铜质冷却水套，另外2层为衬有耐火材料的钢制水套，侧吹炉的横截面为矩形（图1）。从下到上，整体可将炉子分成三部分：炉缸、炉身、炉顶。其中，炉身由熔池区和再燃烧区组成，炉身两侧配有熔池下风口以及再燃烧上风口。侧吹炉一端设有加料室，另一端设有渣虹吸井与虹吸放铅口。为了方便形成熔池，放渣口比下风口位置偏高一些。钢槽采用钢板焊接而成，其内部使用镁铬砖砌成，炉底为倒拱形结构，在炉缸的上沿部位添加水平钢板用以支承下层水套。炉缸是实现渣铅分层的主要场所，通过虹吸道分别排出粗铅和渣[4]。

在水平方向上，熔池区包含了熔炼室与加料室，二者被规格为65×65mm的水冷方型铜管隔墙分隔开来，隔墙留有通道。富气空气由炉底下层的水套风口通入熔池，熔体在富氧空气的作用下发生鼓泡、膨胀，依次由上通道涌入加料室，与炉料互相裹挟后由下通道进入风口区发生熔炼反应。

为了防止炉气带出过多的炉料与喷沫，主加料口底部备有隔墙，中层水套略微向外倾斜，加宽炉子的宽度，这样就降低了炉气上升速度以及烟尘量得到减少。再燃烧区的两侧配备有再燃烧风口，这样可以使炉气中含有的Pb、PbS、S、CO等物质在此发生氧化反应[5]。

炉顶有加料室炉顶和熔炼室炉顶，均为钢质水套内衬耐火涂层。加料室炉顶设主加料口，熔炼室炉顶设有辅加料口和排烟口[6]。

4 富氧侧吹炉生产技术实例分析

江西金德铅业股份有限公司，自从2015年7月侧吹炉投产试生产，在之后的三个月里富氧侧吹炉工作状态良好，生产稳定连续，每天吹炼炉数稳定在11炉左右，其中入炉高铅渣量大于15000吨/月，粗铅产量也超过了7000吨/月，月平均渣含铅低于2.0%。实际生产中可以采取提高高铅渣中的铅品位以及富氧侧吹还原炉处理量来提高粗铅的产量。富氧侧吹还原炉炼铅工艺的经济指标与鼓风炉炼铅工艺对比如表1所示。由表1可以看出，采用侧吹还原炉技术金属回收率均高于鼓风炉，其中铜的回收率提高最为明显，较鼓风炉提高20%左右。粗铅生产能力也有较大幅度提高。

表1 富氧侧吹还原炉与鼓风炉技术指标对比

5 结语

目前来看，富氧侧吹炉炼铅技术已发展的较为成熟，且安全可靠，具有较强的实用性，优异的节能环保性能。中联富氧侧吹炉还原高铅渣在国内铅行业已有多家企业采用，取得了行业的认可。现已在国内某厂开始富氧侧吹炉取代烟化炉的工业实验，它的优点是取消粉煤系统，采用富氧技术，煤率可下降30%～45%，同时可提高烟化的安全性，提高氧化锌粉的质量。可处理热态的含锌物料，也可以处理冷态的含锌原料及锌浸出渣,对铅矿石实现了直接冶炼，进一步使得过程中的CO2、SO2等气体排放降到最低，经济和环保指标在全世界范围内具有先进水平。

[1]吴成江.侧吹转炉设计[M].冶金工业出版社,1960.

[2]刘清漓.富氧侧吹炉上部结构的改造[J].新疆有色金属,2014(3):81-82.

[3]张乐如,刘燕庭,李允斌.一种富氧侧吹炉处理锌浸出渣的冶炼方法,CN 102321806 B[P].2016.

[4]刘军,刘燕庭.富氧侧吹直接炼铅工艺研究与应用[J].中国有色冶金,2013,42(1):34-36.

[5]白桦,李阳.一种同时炼铅锌的新技术[J].有色冶金节能,2014,30(2):15-16.

[6]蔺公敏,宾万达.氧气侧吹直接炼铅炉[J].中国有色冶金,2005(6):48-50.