我國大型鉛冶煉企業(yè)生產(chǎn)工藝的選擇

我國大型鉛冶煉企業(yè)生產(chǎn)工藝的選擇

1鉛冶煉系統(tǒng)系統(tǒng)的必要性水口山采礦辦是一家大型色澤開采、選擇和冶煉的聯(lián)合企業(yè)。其下屬的冶煉廠是中國第一家生產(chǎn)鉛的制造商。到目前為止，它已經(jīng)形成了4.5萬噸厚鉛。由于歷史原因,該廠的粗鉛冶煉仍采用古老的燒結(jié)鍋燒結(jié)-鼓風爐熔煉工藝流程。燒結(jié)煙氣的SO2濃度僅為0.8%～1%,無法制酸而直接排入大氣,每年SO2排放量達2萬t,給方圓幾十公里范圍內(nèi)的生態(tài)環(huán)境和城鄉(xiāng)居民造成嚴重危害;是湘江流域經(jīng)濟開發(fā)帶酸雨形成的污染源之一,同時燒結(jié)鍋燒結(jié)作業(yè)勞動強度大,操作崗位環(huán)境十分惡劣。隨著環(huán)境保護要求日趨嚴格,燒結(jié)鍋屬淘汰設(shè)備,國家經(jīng)貿(mào)委限期于2000年底淘汰。而鉛冶煉系統(tǒng)是水口山礦務(wù)局的重要經(jīng)濟支柱,無論是產(chǎn)量、產(chǎn)值,還是銷售收入、利潤在全局都占很大的比例。如果關(guān)閉,整個企業(yè)將因此面臨困境。采用合理的工藝技術(shù)改造現(xiàn)有的鉛冶煉系統(tǒng),徹底治理其煙氣對大氣環(huán)境的污染,是水口山礦務(wù)局繼續(xù)生存和發(fā)展的必由之路。同時鉛燒結(jié)煙氣的治理,也是我國鉛冶煉工業(yè)的一個重要課題。2直接煉鉛法質(zhì)量分數(shù)為5.2選擇合適的工藝流程,是一項綜合性的技術(shù)經(jīng)濟工作。所選的流程是否合理,直接關(guān)系到工廠的基建投資和生產(chǎn)中的各項技術(shù)經(jīng)濟指標。由于涉及的方方面面因素較多,須結(jié)合工廠實際情況,作多方案比較,以求得到合理的工藝流程。據(jù)世界有色金屬1998年年鑒統(tǒng)計,1997年世界精煉鉛產(chǎn)量為584.467萬t(不包括從再生原料中回收的鉛)。目前,煉鉛主要是火法,世界上礦產(chǎn)粗鉛有95%以上是用燒結(jié)-鼓風爐熔煉流程生產(chǎn)的。燒結(jié)設(shè)備有燒結(jié)鍋、燒結(jié)盤和帶式燒結(jié)機。燒結(jié)鍋、燒結(jié)盤和帶式吸風燒結(jié)機所排出的SO2濃度一般在2%以下,難以用來制酸,排入大氣嚴重污染環(huán)境。而帶式鼓風燒結(jié)機的煙氣SO2濃度達4%～7%,可用于制酸。直接煉鉛法國外有基夫賽特法、QSL法、艾薩法、卡爾多法等;國內(nèi)有水口山礦務(wù)局與一些科研設(shè)計單位和生產(chǎn)廠家于80年代后期開發(fā)的氧氣底吹直接煉鉛工藝,稱水口山煉鉛法,該法的試驗已通過部級鑒定。上述直接煉鉛法的建廠和產(chǎn)量情況分別為:基夫賽特法有3個鉛廠正常生產(chǎn),該法1997年總產(chǎn)量不超過30萬t。QSL法也有3個鉛廠,但只有兩家在生產(chǎn),產(chǎn)量約10萬t/a。艾薩法有5～6家鉛廠,但多為處理二次原料,有4家正常生產(chǎn),產(chǎn)量約15萬t/a。MTM公司的6萬t/a示范廠于1994年關(guān)閉?？柖喾óa(chǎn)量不到10萬t/a。據(jù)統(tǒng)計,世界年產(chǎn)10萬t/a以上的鉛廠有21座,除加拿大科明科和意大利的維斯麥港采用基夫賽特法外,其余19座均采用傳統(tǒng)的燒結(jié)-鼓風爐熔煉法,美國是世界上產(chǎn)鉛的第一大國,1996年精鉛產(chǎn)量140萬t,1997年136萬t,但美國沒有一家直接法煉鉛廠,全部為燒結(jié)-鼓風爐熔煉法。2.1加拿大科明科是由前蘇聯(lián)有色金屬科學研究院年代開發(fā)的直接煉鉛工藝,1986年1月在哈薩克斯坦的烏斯季-卡緬諾戈爾斯克建成處理爐料340t/d的鉛廠,1988年改造擴大為400～500t/d,各項技術(shù)經(jīng)濟指標有明顯改善。1986年意大利新薩明公司購買其專利建成處理爐料600t/d的鉛廠(KSS廠)。該廠在原專利的基礎(chǔ)上作了很多的改進,投產(chǎn)后各項技術(shù)經(jīng)濟指標、自動化控制等方面均超過了原專利水平。1996年底,加拿大科明科公司年產(chǎn)120000t粗鉛的基夫賽特爐系統(tǒng)投產(chǎn)成功。該法的特點是:對原料的適應(yīng)性強,Pb20%～70%、S13.5%～28%、Ag100～8000g/t的原料均可適應(yīng),能處理渣料:連續(xù)作業(yè),氧化和還原在一個爐內(nèi)完成;主要金屬回收率高(Pb回收率>98%),渣含鉛低(<2%);金、銀入粗鉛率達99%以上,還可回收原料中鋅60%以上;煙塵率約5%,煙塵可直接返回爐內(nèi)冶煉;煙氣SO2濃度高(>40%),可直接制酸;煙氣量少,帶走的熱少,余熱利用好,從而煙氣冷卻和凈化設(shè)備小;能耗低,粗鉛能耗為0.35t標煤/t,折合電鉛能耗約0.61t標煤/t,爐子壽命長,爐期可達3a,維修費用少。其主要缺點是原料需干燥至含水1%以下;一次性投資稍高。2.2直接煉鉛工藝QSL法系含鉛物料在反應(yīng)器內(nèi)用氧氣底吹冶煉,先后完成氧化脫硫和還原過程,是德國魯奇公司70年代研究開發(fā)的直接煉鉛工藝。加拿大科明科公司QSL鉛廠于1989年建成投產(chǎn),但僅試產(chǎn)3個月就因工藝設(shè)備問題而關(guān)閉。德國Stolbtrg鉛廠和韓國溫山QSL鉛冶煉廠先后于1990年和1992年建成投產(chǎn)。我國西北冶煉廠的QSL系統(tǒng)反應(yīng)器經(jīng)多項整改后,雖于1995年試車投產(chǎn)成功,但仍有很多問題,至今未能投入正常生產(chǎn)。2.3國外研究現(xiàn)狀氧空氣噴槍頂吹浸沒式溶池熔煉過程,是70年代初澳大利亞聯(lián)邦科學-工業(yè)研究組織(CSIRO)研究開發(fā)的。70年代末澳大利亞芒特·艾特礦業(yè)公司(MIM公司)進行的煉鉛中間試驗獲得成功。1991年12月該公司的一座60000t/a粗鉛的艾薩法煉鉛廠建成投產(chǎn),該廠采用雙爐流程,爐料加入氧化爐產(chǎn)出高鉛渣,高鉛渣流入還原爐,產(chǎn)出粗鉛和爐渣。生產(chǎn)1a后停產(chǎn)。該項技術(shù)發(fā)明人之一的J·M·Floyd博士組建的Ausmelt公司將此法命名為Ausmelt法,在世界各地推廣。1991年英國建成一座60000t/a粗鉛的艾薩法煉鉛廠,處理廢鉛蓄電池等再生原料生產(chǎn)再生鉛;韓國和日本等國也采用此法處理含鉛渣料;德國和納米比亞采用此法煉硫化鉛精礦,已于1997年初投產(chǎn)成功。但兩廠均為單爐熔煉流程,氧化和還原或煙化均在一座爐內(nèi)完成,周期性間斷作業(yè),僅在氧化階段產(chǎn)生高濃度SO2,因此制酸困難。該法的特點是:爐子結(jié)構(gòu)和備料簡單;對爐料適應(yīng)性強,雜質(zhì)脫除率高;能使用低級塊料煤作燃料;噴槍吹煉反應(yīng)速度快,熱利用率高,能耗低;作業(yè)條件好;煙氣SO2濃度高,可達7%～10%。然而目前尚無雙爐熔煉生產(chǎn)工廠可資借鑒。2.4煤調(diào)濕風冷水機煙氣制酸法t卡爾多法即氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐法,是瑞典波立頓公司的技術(shù)。1982年該公司用氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐處理硫化鉛精礦和煙塵,年產(chǎn)鉛金屬達50000t。此法的特點是:設(shè)備較簡單;可用粉煤作還原劑,熔煉能力大,還原反應(yīng)快;煙氣量小,僅為傳統(tǒng)流程的1/10;用文丘里濕式收塵,不用余熱鍋爐和電收塵。但為間斷作業(yè),僅在氧化階段才有SO2煙氣產(chǎn)生,因此制酸難度大。目前為止,尚無冶煉硫化鉛精礦獨自建硫酸廠處理煙氣的生產(chǎn)實踐。另外,卡爾多爐壽命短,每年須大修4～5次,煙塵率高達15%,煙氣余熱回收難度大。2.5含鉛物料吹煉水口山礦務(wù)局與一些科研設(shè)計單位和生產(chǎn)廠家,于80年代后期開發(fā)的直接煉鉛氧氣底吹工藝,實質(zhì)是QSL法的變異。含鉛物料在反應(yīng)器內(nèi)用氧氣底吹冶煉,產(chǎn)出粗鉛和高鉛渣,高鉛渣含鉛45%～50%,加入電爐貧化或鑄塊加入鼓風爐處理。該法的主要特點是:原料準備簡單,作業(yè)環(huán)境好,煙氣SO2濃度高(>10%),但氧槍壽命短、一次產(chǎn)鉛率僅為40%左右、能耗高等,特別是半工業(yè)試驗時間短,用于大型工業(yè)生產(chǎn)尚有一定風險。2.6燒結(jié)煙氣及煙氣制酸燒結(jié)-鼓風爐熔煉法,是傳統(tǒng)的熔煉煉鉛工藝,也是當前鉛冶煉的主要方法。包括硫化鉛精礦燒結(jié)焙燒、燒結(jié)塊鼓風爐還原熔煉、返粉篩分破碎等工序。隨著技術(shù)的進步和環(huán)保法規(guī)的日趨嚴格,燒結(jié)設(shè)備本身也在不斷地改進,如燒結(jié)機采用柔性傳動裝置、剛性滑道密封技術(shù)等。同時燒結(jié)的工藝條件控制水平不斷提高,返煙鼓風技術(shù)、富氧技術(shù)的應(yīng)用,使燒結(jié)達到了新的水平。我國韶關(guān)冶煉廠的鼓風燒結(jié)與國外的如:日本、美國、澳大利亞、德國等國一樣應(yīng)用得十分成功。該廠有兩臺110m2鼓風燒結(jié)機,燒結(jié)煙氣現(xiàn)采用一轉(zhuǎn)一吸制酸工藝回收硫,制酸尾氣經(jīng)氨吸收后達標排放。隨著該廠燒結(jié)控制技術(shù)的提高,煙氣SO2濃度也不斷提高。目前煙氣SO2濃度達到5%以上,Ⅰ系統(tǒng)的制酸正在改造為兩轉(zhuǎn)兩吸制酸工藝。同時加強了燒結(jié)的密封和通風除塵措施;燒結(jié)車間的勞動條件與其它廠相比有很大改善。我國還有株冶、沈冶、濟源冶煉廠等采用燒結(jié)-鼓風爐熔煉法煉鉛。這些廠的鉛燒結(jié)存在的問題有單位物料的鼓風量過大,系統(tǒng)漏風率高,原料制備較差,物料透氣性差,燒結(jié)過程的自動控制水平低等,其煙氣SO2濃度較低,制酸困難。目前,國內(nèi)外處理鉛燒結(jié)煙氣并產(chǎn)生硫酸的工藝主要有一轉(zhuǎn)一吸接觸工藝、非穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)化工藝和TOPSOE濕式硫酸工藝(WSA工藝)。前兩者受系統(tǒng)水平衡和熱平衡的限制,且尾氣需增設(shè)吸收裝置。WSA工藝不管煙氣SO2濃度高或低,都可產(chǎn)生出>96%的濃硫酸,同時不產(chǎn)生任何廢產(chǎn)品和廢水,尾氣不需處理就可達標排放。結(jié)合鉛燒結(jié)煙氣的特點,鼓風燒結(jié)-鼓風爐熔煉工藝的鉛燒結(jié)煙氣可采用TOPSOE濕式硫酸工藝。通過引進國外的燒結(jié)煙氣制酸技術(shù),在燒結(jié)工藝、設(shè)備和自動控制等各方面加以改進,燒結(jié)-鼓風爐熔煉法在今后仍將有極強的生命力。由上述可知,艾薩法和卡爾多法都存在作業(yè)間斷,煙氣SO2不連續(xù)產(chǎn)生,制酸困難,目前還不宜采用;QSL裝置在我國的西北冶煉廠至今仍閑置著,不宜再引進;國內(nèi)的水口山法半工業(yè)試驗時間短,風險較大。適合水口山鉛冶煉煙氣治理的工藝有基夫賽特法和傳統(tǒng)的鼓風燒結(jié)-鼓風爐熔煉法,它們技術(shù)上均成熟可靠,各具優(yōu)缺點。3項目經(jīng)濟效益評價在同等規(guī)模、廠址方案一致的條件下,作過投資估算(8萬t/a粗鉛規(guī)模),基夫賽特法包括精礦倉庫、配料及干燥、基夫賽特爐熔煉、制酸和氧氣站等主體生產(chǎn)車間及必要的輔助生產(chǎn)設(shè)施和行政福利設(shè)施,引進專利技術(shù)、基夫賽特爐、余熱鍋爐、高溫電收塵及必要的控制儀表,工程建設(shè)投資為54439.81萬元。鼓風燒結(jié)-鼓風爐熔煉法的工程建設(shè)投資為39850.22萬元,前者高出14589.59萬元,對于鉛冶煉這種微利企業(yè)來說,是個很沉重的負擔,籌措技改資金困難也更大。因此結(jié)合本工程建設(shè)投資以及技術(shù)的可靠性等因素來考慮,水口山礦務(wù)局采用鼓風燒結(jié)-鼓風爐熔煉流程,鉛燒結(jié)煙氣采用濕式硫酸工藝,對其鉛冶煉廠進行技術(shù)改造,治理鉛燒結(jié)煙氣的污染問題,可以滿足環(huán)境保護和節(jié)能要求。采用上述推薦流程,進行項目經(jīng)濟效益初步評價,項目投產(chǎn)后,達產(chǎn)年平均銷售收入為48614.55萬元,利潤總額為5778.56萬元,投資利潤率為11.36%,稅后利潤為3871.63萬元,投資回收期為8.1a。評價指標是在偏于保守的條件下測算的,但不難看出,該項目技術(shù)穩(wěn)妥可行、經(jīng)濟效益較好、社會效益及環(huán)境效益顯著。4次燒結(jié)的工藝措施為了滿足日趨嚴格的環(huán)境保護要求,適應(yīng)原料成分的變化,提高綜合利用程度和企業(yè)的經(jīng)濟效益,提高燒結(jié)煙氣SO2濃度,解決SO2煙氣污染環(huán)境的問題。如水口山采用鼓風燒結(jié)-鼓風爐熔煉流程進行技術(shù)改造還須在下列幾點上下功夫:1.備料。燒結(jié)物料的準備,是燒結(jié)機能否燒結(jié)好的重要環(huán)節(jié)之一。燒結(jié)物料的混合制粒效果要好,物料成分均勻;粒度、水分控制適當,含水5%～6%;含S7%左右;二次物料鉛渣、浮渣、煙塵等如能另行處理,不入鉛燒結(jié),可保證燒結(jié)物料有良好的透氣性。2.燒結(jié)過程自動控制。料層厚度、小車速度、鼓風量三個參數(shù)由計算機自動控制,根據(jù)料層的厚度來調(diào)節(jié)。盡量保證燒結(jié)過程波動不大,狀態(tài)穩(wěn)定。3.加強設(shè)備和系統(tǒng)的密封。為提高煙氣SO2濃度,減少后面系統(tǒng)的負荷,應(yīng)做好設(shè)備和系統(tǒng)的密封,減少漏風,減少煙氣量。如增加剛性滑道給油點,合理選材,提高車體抗熱變形強度,改進燒結(jié)機頭部、尾部密封裝置結(jié)構(gòu),由四連桿重錘式改為固定板式,燒結(jié)機采用整體密封等。4.控制好返粉破碎粒度。燒結(jié)塊篩分后的返粉,是燒結(jié)混合料的主要組成部分,大約占混合料的60%～80%,也是物料制粒時的核心,故返粉粒度控制的好壞,直接影響到燒結(jié)塊的質(zhì)量和煙氣SO2濃度。一般破碎后粒度在3～6mm的要求達到60%以上。5.燒結(jié)鼓風加入富氧。國內(nèi)燒結(jié)為了提高煙氣SO2濃度,燒結(jié)機尾部低SO2濃度煙氣返回通過燒結(jié)機后段燒結(jié)層,即返煙燒結(jié)。由于