1)方法简介
基夫赛特法研发于苏联,1986年在哈萨克斯坦建成了日处理400~500 t炉料的乌斯季-卡缅诺戈斯克铅冶炼厂;1987年在意大利的埃尼利索斯公司建成了日处理600 t炉料的威斯麦港铅冶炼厂,年生产粗铅8万t。1994年,加拿大科明科公司废弃原QSL炉开始采用基夫赛特法建设规模为10万t/a的特雷尔铅冶炼厂,并于1996年12月投产。
基夫赛特法实际是一步闪速熔炼法。基夫赛特炉由四部分组成(见图3-44):闪速熔炼反应塔(竖炉)、炉缸、电热还原区和包括余热锅炉在内的由膜式水冷壁构成的直升烟道。炉子的气相空间分成三个区域:第一区为直升烟道区;第二区为反应塔区,两区间设有一个矮隔墙,反应塔产生的烟气可以自由进入首升烟道;第三区为炉渣贫化用的电炉还原区,由一道伸进熔体渣相内200 mm的隔墙与反应塔的氧化区隔开,以维持还原区的还原气氛。隔墙由外嵌耐火砖的铜水套制成。
粒度<1mm,含水<1%的炉料和粒径5~15mm的细焦粒、工业氧一道喷人反应塔,喷入氧量按炉料成分和脱硫率确定。在反应塔高温(750~1450℃)和高氧位(含氧90%~95%)的条件下,金属硫化物被氧化,放出大量热能,把焦炭也加热到表面着火温度,和熔融的炉料一起,自上而下呈闪速状态落人熔池,并在熔池表面形成一层赤热的焦炭层。当含大量PbO的高温熔体通过赤热的焦炭层时,超过80%的PbO被还原,而ZnO不被还原仍留在渣中,焦炭也不被熔体浸润。含铅约15%的铅锌渣再通过隔墙下方进入电炉还原区,在焦炭和电热作用下,铅、锌氧化物被二次还原,约60%的锌以锌蒸气的形态在电炉出口段重新被氧化为氧化锌,通过收尘回收。
反应塔产生的约含40%SO的烟气通过余热锅炉降温及电收尘后送往制酸(烟气量约200m³(标)/t炉料);电炉还原区烟气几乎不含SO,通过余热锅炉降温及布袋收尘后直接排空。炉渣与粗铅由还原区不同高位的出口放出。
2)技术特点
熔池中设置焦滤层是基夫赛特炼铅技术的重要特点之一。实践表明,在反应塔氧化形成的铅氧化物超过80%在焦滤层还原生成一次粗铅。基夫赛特炉的反应塔从上到下分为氧化脱硫、熔炼造渣(含铅高的初渣)和焦滤层还原三个基本过程。
作为业界公认的最环保的铅冶炼方法,基夫赛特炼铅法的特点如下:
①原料适应性强。含铅20%~70%、硫14%~28%、银100~8000g/t的多金属精矿和铅精矿、锌生产渣、铅烟尘和二次铅物料等都可用基夫赛特法处理。
②炉子运行连续、稳定、炉寿命长、开工率高、维修费省。关键装置寿命可与炼铜闪速炉相当;作业率高达95%。
③主要金属的回收率高,铅回收率可达98%,金银可达99%,原料中的锌回收率可达60%以上。
④生产成本大幅度降低。这得益于包括使用蓝炭(不使用昂贵的冶金焦)在内的能耗减少,操作人员和设备维修减少。
⑤环境卫生条件好。这得益于烟气排放量大大减少(烟气SO浓度高达30%~40%),且烟尘率低(6%~10%)、收尘效率高,加之炉体密闭,烟尘烟气逸散少,逸散的总铅量、工作场地空气中铅含量和SO排放量均大幅降低。还有一特点是大部分砷进入粗铅,只有约3%的砷进入闪速炉烟尘。
⑥氧化还原在一台炉中完成,反应热利用充分,热量损失少,能耗低。
⑦基夫赛特炉可以处理湿法炼锌渣和含铜的物料,综合回收铅、锌、铜、银、铟等。电炉烟气产出的氧化锌中F、Cl含量甚微,可直接送浸出生产电锌,做到铅、锌互补,对铅锌联合企业更具优势。
3)主要技术经济指标
基夫赛特法主要技术经济指标见表3-20。
加拿大科明科公司特雷尔的基夫赛特炼铅厂自1997年投产以来,厂区内的大气含铅量已经从基夫赛特投产前的平均0.45mg/m³下降到了0.27mg/m³,冶炼厂工人血铅含量从1990年的平均值42μg/dL下降到1999年的29μg/dL。
1980——1999年间,特雷尔冶炼厂铅排入大气的日平均值:1990——1995年平均为299 kg,1996年为338 kg,1997年为69 kg,1998年为65 kg,1999年为85 kg。当地社区半岁到5岁儿童的血液含铅从11.5μg/dL降低到了7.7μg/dL。上述数据从一个侧面反映了基夫赛特法在环保方面的优越之处。
4)国内应用情况
目前,在江西铜业铅锌金属有限公司和株洲冶炼厂建成有基夫赛特法的铅冶炼厂,年产能分别为12万t粗铅和10万t粗铅。由于投产时间尚短,加之设计建设中存在些微瑕疵,尚未取得预期的技术指标。
5)总体评价
从国内建成的2个基夫赛特铅冶炼厂来分析,基夫赛特法也存在如下不足:①炉体结构复杂,包括贫化电炉在内的熔池均需用铜水套保护,不仅投资大(江西铜业铅锌金属有限公司的基夫赛特铅冶炼厂投资12亿元,株冶的基夫赛特铅冶炼厂投资9亿元),而且铜水套散热带走的热量也较多;②炉内的熔体由反应塔直接流向贫化电炉,直升烟道下部的熔池就成为无效工作区,由于该部分熔体几乎不流动,烟道下部很容易出现炉结;③基夫赛特炉设置电热还原区的初衷是为了还原挥发炉渣中的锌,以达到取消传统炼铅工艺中高耗能的烟化炉的目的。但由于电热还原区的熔渣几乎呈静止状态,而加入还原区的焦炭由于密度小而漂浮在渣面,和熔渣有效接触面积小,导致锌的高温还原效果很差。因此,特雷尔铅厂又重新设置了锌的烟化炉。
基夫赛特法具有对原料适应性强、环境保护好的明显优势,但作为生产利润率很低的铅冶炼行业,如果不能大幅缩减建设投资,基夫赛特法在国内就不会有大的推广应用前景。