國內外鉛冶金工藝比較與現狀評價
鉛的冶煉工藝幾乎全是火法。鉛精煉方面,我國基本上采用電解精煉,而俄羅斯和歐美等國主要采用火法精煉。目前,已經實現了工業化的直接煉鉛方法有基夫賽特法、氧氣頂吹熔煉法(ISA法或Ausmelt法)、QSL法、水口山法、卡爾多法、鉛富氧閃速熔煉法等。這些方法的共同特點是利用氧氣冶煉技術,強化熔煉爐過程,充分利用硫化鉛精礦氧化自燃,生產率高,能耗低,自動化水平高,設備緊湊,占地小,特別是能生產出高濃度的SO煙氣,便于制酸,解決了SO煙氣污染問題。幾種直接煉鉛方法分析比較如下:
(1)基夫賽特法
基夫賽特煉鉛法是以閃速熔煉為主的直接煉鉛法,經多年生產運行,已成為工藝先進、技術成熟的現代直接煉鉛技術。其技術特點為:①原料適應性強,入爐料鉛品位可以在20%~70%間波動。②采用工業純氧,煙氣量小,煙氣SO濃度高達20%~40%。③煙塵率低,5%~10%。其主要缺點是原料準備過程相對復雜,要求爐料入爐粒度小于1mm,含水量小于1%。
(2)氧氣頂吹熔煉法
氧氣頂吹熔煉法屬熔池直接熔煉鉛范疇,技術特點為:①爐料準備簡單,塊料和粉料均可直接加入爐內;②熔煉強度大、效率高;③設備占地面積小,但高度很高;④煙塵率較高,達20%以上。氧氣頂吹熔煉代替煙化爐或揮發窯處理含鋅含鉛廢渣在韓國鋅業公司獲得成功。
(3)氧氣底吹熔煉技術
OSL法和SKS法均為底吹熔池熔煉技術,QSL法是20世紀70年代由德國Lurgi公司開發的一種直接煉鉛技術,其特點如下:①備料簡單;②以煤代焦,生產成本低;③能耗低,環境友好。主要缺點是不適用于含鉛小于47%的中低品位鉛物料的處理。
SKS法是我國20世紀90年代在借鑒QSL法的基礎上開發出來的一種直接熔煉技術,使用的反應器保留了QSL法的氧化段,而取消了還原段。不足之處是高鉛渣的還原仍采用了傳統的鼓風爐還原技術,因此,其生產過程存在一個“熱——冷—熱”的交替,熱能利用不合理。為解決液態高鉛渣的顯熱利用和鉛的直接還原問題,豫光金鉛、金利、萬洋等多家企業對SKS法進行了改造并獲得成功,使煉鉛能耗、處理成本、生產環境污染等均明顯降低,形成了具有我國自主知識產權的“三段爐”煉鉛法,淘汰了鼓風爐。
(4)卡爾多法
卡爾多法煉鉛是由瑞典玻立頓公司開發的一種熔池直接熔煉鉛法。其特點如下:①生產全部過程在一臺爐子完成,直接產出粗鉛;②熔煉能力大,還原反應快。但該法為間斷性作業,煙氣溫度和煙氣SO2濃度波動大,制酸難度大,能耗高,爐壽命短,渣含鉛高,在煉鉛行業沒有推廣應用前景。
(5)鉛富氧閃速熔煉法
鉛富氧閃速熔煉法是由北京礦冶研究總院和華寶產業集團公司合作開發的新技術,其在保留基夫賽特煉鉛優點的基礎上,還有如下特點:①是目前唯一取消了氧化爐的鉛冶煉技術,真正實現了鉛、鋅的一次回收,綜合能耗低;②投資小。
現代煉鋅方法分為火法煉鋅與濕法煉鋅兩大類。濕法煉鋅是鋅冶煉的主流工藝,產量占世界總鋅產量的85%以上。我國95%的礦產鋅是由濕法冶煉生產的。
(1)密閉鼓風爐煉鋅。密閉鼓風爐煉鋅由英國帝國熔煉公司研究成功,又稱帝國熔煉法。最大優點是原料適應廣,包括鉛鋅混合礦、含銅的鉛鋅礦以及各種鉛鋅氧化物渣等,但能耗偏高。
(2)常規浸出法。即焙燒一中性浸出一凈液一電解法,是目前我國濕法煉鋅的主要生產方法。由于浸出渣含鋅高,伴生有價金屬回收率偏低,能耗高,污染大等,新建的濕法煉鋅廠已很少采用。
(3)熱酸浸出黃鉀鐵礬法。熱酸浸出黃鉀鐵礬法沉鐵于1968年開始應用于工業生產。我國于1985年首先在柳州市有色冶煉總廠應用于生產,20世紀90年代初建成投產的西北鉛鋅冶煉廠采用熱酸浸出黃鉀鐵礬法浸出流程,其設計規模為年產電鋅10萬t。比常規浸出法增加了熱酸浸出、沉礬和鐵礬渣酸洗等過程,可使鋅的浸出率提高到97%,不需要再建浸出渣處理設施。該法沉鐵的特點是,既能利用高溫高酸浸出溶解中性浸出渣中的鐵酸鋅,又能使溶出的鐵以鐵礬晶體形態從溶液中沉淀分離出來。但渣量大,渣含鐵僅30%左右,難以利用,堆存時其中可溶重金屬會污染環境。
(4)熱酸浸出針鐵礦法。熱酸浸出針鐵礦法沉鐵浸出新工藝是由法國Vieille -Montagne公司研發成功并于1970年開始應用于工業生產的。針鐵礦法的沉鐵過程采用空氣或氧氣作氧化劑,將二價鐵離子逐步氧化為三價,然后以FeOOH形態沉淀下來。溶液中的砷、銻、氟可大量隨鐵渣沉淀而開路,因而中浸上清液的質量穩定良好。針鐵礦法沉鐵比黃鉀鐵礬法的產渣率小,渣含鐵較高,便于處置。
(5)熱酸浸出赤鐵礦法。熱酸浸出赤鐵礦法是由日本同和礦業公司發明的,干1972年在飯島煉鋅廠采用。沉鐵是在200℃的高壓釜中進行,產生Fe,0、沉淀,渣含鐵高達58%~60%,可作煉鐵原料,副產品一段石膏作水泥,二段石膏作為回收鎵、銦等的原料,因此,該法綜合利用最好,不需渣場,從而消除了渣的污染和占地。但熱酸浸出赤鐵礦法浸出和沉鐵是在高壓下進行的,所用設備昂貴,操作費用也高。
(6)氧壓浸出法。除中國外,目前世界上有5座硫化鋅精礦氧壓浸出廠投入生產。與焙燒一浸出工藝相比具有原料適應性廣,可以處理含鐵/鉛高的復雜鋅礦,且浸出渣對砷的固化率也高,不會造成砷的二次污染,直接產出元素硫,無需建制酸廠,有利于環境保護。
(7)富氧常壓浸出法。富氧常壓浸出工業化生產是在氧壓浸出之后發展起來的新工藝,其基本反應過程仍基于氧作為強氧化劑,三價鐵離子作催化劑,硫以元素硫產出,與常規煉鋅方法相比具有氧壓浸出相同的優勢,與氧壓浸出工藝相比,由于過程在常壓下進行,反應溫度低于100℃,所以反應速度較慢,據有關資料報道,經富氧常壓和氧壓對比試驗證明,要求達到相接近的鋅浸出率,反應時間不低于24h(而氧壓浸出為1h),在相同的酸度下,富氧常壓浸出終液鐵含量明顯高于氧壓浸出終液鐵含量,即增加了溶液除鐵工作量,鋅回收率略低于或接近氧壓浸出工藝。富氧常壓浸出的核心設備是DL反應器,DL反應器為立式封閉攪拌槽,攪拌器設在底部,反應器體積大,但總投資仍低于氧壓浸出工藝。由于是在常壓下浸出,反應熱回收不如氧壓浸出工藝,蒸汽消耗量較大。無高壓設備,黏結清理等維護工作量少,且安全性較好。
與火法煉鋅相比,由于濕法煉鋅具有金屬回收率高、產品質量好、綜合利用好、能量消耗較低、環境友好、成本低等優點,近幾十年來,特別是成功地采用熱酸浸出后,濕法煉鋅發展非常迅速,已取得了對火法煉鋅的壓倒優勢。
評論 (0條)