1 前言
蒙自矿冶有限责任公司是一家集资源勘查、采矿、选矿、冶炼于一体，以资源综合开发利用为主的矿冶民营企业，云南省百强企业、红河州骨干企业、蒙自市第一纳税大户。公司6万吨铅冶炼技改工程是云南省2010年“三个一百”重点工程、红河矿业工业园区重点项目、2010州党政一把手工程，是云南省“企业上山”示范项目。项目采用国内自主创新开发的具国际先进水平的工艺和设备(即：采用氧气底吹熔炼技术)，具有环保好、工艺技术及装备较成熟可靠、能耗低、金属回收率高、成本低等特点。项目与2014年3月一次点火成功投入生产，通过一年的生产运行，各项生产指标均达到国内同行业先进水平。
2 生产过程
2.1 铅精矿火法粗炼工艺
铅精矿、人工砂、石英砂和返料(还原炉烟尘等)经重量配料后送熔炼车间并与底吹炉烟尘混合制粒后，加入氧气底吹熔炼炉内进行，熔融高铅渣通过溜槽直接流入底吹还原炉内进行还原熔炼，还原熔炼过程中加入少量石灰石调整渣型，产出二次粗铅液和还原炉渣。还原炉渣通过渣溜槽自流入烟化炉进行吹炼，产出含铟烟尘和终渣，终渣水淬后送渣场堆存或作为生产建筑材料的原料外卖。氧气底吹熔炼炉产出的烟气经余热锅炉回收余热、电收尘器收尘，送硫酸车间制酸，收集的烟尘送往烟尘仓，返回粗炼配料。还原炉烟气经过余热锅炉，沉降斗、布袋收尘器后，烟尘被收集送往烟尘仓，返回熔炼配料。因烟气SO2浓度较低，直接送烟气脱硫系统。烟化炉烟气经余热锅炉回收余热，沉降斗，布袋收尘器除尘后，烟气送脱硫系统，收集的含铟烟尘进入铟锌处理系统。
详细工艺流程见图1。
图1 铅精矿火法冶炼工艺流程图
2.2 粗铅精炼工艺
原料底吹炉和还原炉所产出的粗铅及外购粗铅，首先在熔铅锅里初步精炼，经过除铜、锡等杂质，并调整锑含量，然后浇铸成铅阳极板，然后进行湿法电解。铅阳极板电解时，以铅阳极板作阳极，以电铅制作的始极片作阴极，硅氟酸铅溶液作电解液，在电解槽中电解得到含铅99.9%以上的阴极铅。阴极铅经电铅锅熔化、氧化除杂、铸锭得到产品铅锭。
阳极板中的贵金属元素在电解过程中富集在阳极泥中，而后经浆化、洗涤、压滤后送稀贵金属冶炼厂回收金银铋等有价金属。
主工艺流程如下：
粗铅——熔铅锅——铅阳极板——电解——阴极铅——电铅锅——产品铅锭
2.3 硫酸生产工艺
2.3.1 烟气制酸
冶炼烟气(底吹炉)经收尘后进入净化工序，经高效洗涤器稀酸洗涤，绝热蒸发，烟气降温除尘，再经气体冷却塔稀酸洗涤，使烟气进一步降温、除尘，烟气再经过两级电除雾器，在高压静电作用下，除去烟气中的酸雾、矿尘、砷、氟、硒等杂质，并将气体温度降至38℃以下，二级电除雾器出来后进入干吸工序，气体在干燥塔内用93%酸除去水份后通过SO2鼓风机送往转化工序。在催化剂的作用下，将SO2气体第一次转化后送往干吸工序第一吸收塔用98%的硫酸进行第一次吸收，剩余的SO2+ SO3气体送转化工序进行二次转化后，再继续用98%的硫酸在第二吸收塔内进行吸收，达到尾气排放标准。
2.3.2 尾气脱硫
氧化锌法脱硫是用氧化锌粉的物料加水制备成浆状，在吸收设备中与烟气的低浓度SO2接触，利用ZnO与SO2间的化学反应，将烟气中SO2以亚硫酸锌和硫酸锌、亚硫酸氢锌的形成式予以脱除。通过向吸收设备底部通入氧化空气，使亚硫酸锌氧化成可溶的硫酸锌溶液。
3 技术攻关与创新
3.1 熔炼系统
3.1.1 “双底吹炉”开展工艺操作攻关，优化最佳控制参数
在试产阶段，操作控制参数没有现成可依，只能通过实践摸索，最终依靠单项多方位试验，不断优化得出最佳操作控制参数，解决了因渣型、温度控制不当而引起的排渣困难等问题;探索出合理的氧料比以适应原料中成分的变化;控制合理的渣含铅以保证一定的沉铅率;强化还原炉操作制度，降低还原终渣含铅，为双底吹炉达产达标奠定基础。“双底吹炉”工艺相比传统冶炼法及其他冶炼工艺具有明显的优势，详见下表1。
表1 常见铅冶炼工艺对比表
3.1.2 “双底吹炉”工艺粗铅能耗低
主要有以下原因：1)底吹炉采用工业氧熔炼，实现了安全自然熔炼，入炉原料不需配煤补热;2)高温液态高铅渣直接经溜槽进入底吹还原炉，充分利用液态高铅渣和粗铅的显热，节省能源消耗;3)底吹还原炉采用价格低廉的还原煤替代昂贵的冶金焦，起到加热和还原作用;4)底吹还原炉产出的二次粗铅和还原终渣，分别以高温液态形式进入电解车间和烟化炉，利用铅液和渣的显热，降低下一道工序能源消耗。
3.1.3 氧枪各参数优化
在处理量一定的前提下炉子作业率是保证产量最为重要的因素，而氧枪的寿命直接关系到炉子的作业率。开炉初期此往往忽略掉惰性气体对氧枪的保护作用，以至于开炉后期间围砖烧损，通过技术论证及多次探索后，在一定的氮气压力的保护、合理的现场操作控制之后氧枪寿命得到显著的延长。由于氧枪寿命的延长保证了“双底吹炉”连续稳定运行，生产第一年作业率保持在92%以上。
利用“双底吹炉”搭配处理低品位复杂含铅物料，在合理的渣型及入炉成分要求的前提下，尽可能提高低品位复杂含铅物料的配入比例，在稳定、满负荷运行的前提下，同时兼顾Cu、Sb、Zn、Ag、Pb等有价金属的回收率，效果显著。
3.1.5 优化还原条件控制提高还原效率
试产阶段，由于粉煤喷吹系统经常出现故障、设备运行不正常直接影响到炉子的正常运行，为改善这种被动生产的局面，如何满足还原炉供热及还原剂问题是技术工作的重中之重，通过还原剂粗细搭配，优化底部喷入量与顶部加入量之配比，解决了原工艺中存在的粉煤供应不顺及顶部加入的大量粒煤无法进入熔池内部参与反应的问题;促进了还原剂与高温熔体的充分接触、增强了还原气氛、创造更好地还原动力学条件、还原炉终渣含铅较低;提高了还原剂的利用率，降低了生产成本。
3.1.6 烟化炉富氧吹炼技术效果显著
因之前开炉期间提温时间长，效果差直接制约了烟化炉的单炉处理量，经多方研究探讨最终确定利用厂里富足的氧气资源开展富氧的使用试验。同时随着工艺条件的完善及操作水平的提高，富氧吹炼工艺的应用快速提高炉温对冷渣的熔化加速有显著的作用，同时增大了对复杂含锌物料的处理能力，提高了铅、锌、银等有价金属的综合回收率，降低了氧化炉放出渣金属含量，取得了非常理想的工艺效果及经济指标。
3.2 电解系统
3.2.1 解决了高熔点杂质偏高影响粗铅初步精炼的困难
粗铅含铜在1.5%以下时，氧化锅除铜作业能够正常开展，但过高会给粗铅初步精炼造成极大影响。高铜粗铅在化料过程中浮渣量大，且硬、易结块，搅拌困难，严重时会导致搅拌机短轴现象的发生。针对该问题的存在，通过对氧化锅搅拌设备及操作技术的改进，使之适合大渣量的生产现状，提高渣铅分离效果，降低了渣率，同时减少渣含铅量。
3.2.2 合理控制阳极中的锑金属量
粗铅的火法初步精炼能除去一些铜、铁等杂质，而对于锑杂质仅少量脱除，大量的锑随铅阳极板带入湿法电解;首先，锑含量太少不利于铅的电解生产，锑过低阳极泥易脱落，而过高会使电流效率降低、阳极泥洗刷困难、电解液中铅离子贫化等问题。其次，锑高对析出铅化学质量有一定影响，致产品最终精炼中添加剂消耗大、温度控制高、反应时间长、渣量大等不利因素。生产实践中，在装锅时适量的配入含锑低或含锑高的粗铅，确保阳极中锑适量。同时调整粗铅生产配料以达到调锑的目的。
3.3 氧化锌脱硫技术治理铅冶炼烟气
公司综合冶炼厂6万吨/年铅冶炼采用底吹氧化+底吹还原+烟化挥发完成粗铅冶炼和资源综合利用，其中底吹还原炉、烟化炉生产过程中产出低浓度的SO2烟气。还原炉、烟化炉低浓度SO2烟气治理设计本着四条原则：一是吸收原料易得;二是无副产品或副产品易处理;三是无二次污染物出现;四是尾气达标排放;同时结合公司锌浸出渣挥发窑低浓度SO2氧化锌吸收生产实际，最后采用氧化锌法脱硫技术处理还原炉和烟化炉产生的低浓度SO2烟气，并于2014年3月建成并投产成功。
3.3.1 独特设备配置确保运行正常
(1)吸收塔结构独特
根据动力学条件模拟设计吸收塔，保证塔体的结构合理;塔槽分离、槽体加强搅拌保证槽体运行顺畅;塔喷淋分离，喷淋管拆卸灵活。
(2)旋流分级吸收浆液
利用旋流器高效分离吸收浆液，将含大颗粒物料的下旋流及时分离压滤，上旋流返回吸收塔，不仅确保设备正常运行，同时提高了氧化锌的利用率。
(3)喷淋管采用软连接
喷淋管与循环主管采用软连接，一旦某层喷淋堵塞，可在不停机情况下，关停对应循环主管循环泵及进出口阀门，立即对堵塞部位进行在线清理。期间开启另外循环泵正常生产，确保尾气排放达标。
3.3.2 烟气自氧化功能
还原炉及烟化炉经采用富氧熔炼，致烟气中O2含量高达18%左右，烟气中的氧气足以将吸收液中的亚硫酸锌转化为硫酸锌，而无须外补空气。
3.3.3 铅锌冶炼互补功能
脱硫系统所用氧化锌粉来自烟化炉;脱硫吸收液送锌厂提锌、脱硫吸收渣送锌厂提锌铟，充分发挥铅锌冶炼互补功能。
4 结语
蒙自矿冶有限责任公司铅冶炼生产中火法部分采用先进的“双底吹炉工艺”来处理铅精矿和复杂含铅物料，工艺适应性强，生产冶炼过程中炉况运行稳定、有价金属回收率高、能源消耗低、生产作业率高。粗铅精炼过程中通过加强技术改造、节能降耗，强化效管理进一步优化工艺指标等措施完善产品质量。采用高效的尾气治理系统，各项环保指标均达标。以上一系列新技术、新措施的成功运用使公司在国内铅冶炼行业内具有一定的竞争力。
声明：
“双底吹炼铅工艺生产实践” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：蒙自矿冶有限责任公司
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2024年12月27日 ~ 29日 
