王立運(yùn)，曹軍超，李利麗

(河南豫光金鉛股份有限公司，河南濟(jì)源 459000)

十一五期間，我國(guó)鉛冶煉產(chǎn)能增長(zhǎng)較快，鉛產(chǎn)量由2005年的237.8萬(wàn)t增加到2010年的419.94萬(wàn)t，凈增長(zhǎng)55.66%［1］。河南豫光金鉛股份有限公司目前鉛冶煉系統(tǒng)電鉛產(chǎn)能已達(dá)40萬(wàn)t，年產(chǎn)銅浮渣達(dá)5～6萬(wàn)t。公司現(xiàn)階段對(duì)銅浮渣的處理采用三個(gè)步驟:第一步采用蘇打－鐵屑法在反射爐中將鉛分離出來(lái);第二步在冰銅鼓風(fēng)爐中除雜，對(duì)冰銅進(jìn)行富集;第三步在吹煉爐中對(duì)鉛冰銅進(jìn)行熔煉，產(chǎn)出合格粗銅。生產(chǎn)系統(tǒng)多是人工手動(dòng)操作，存在勞動(dòng)強(qiáng)度大的缺點(diǎn)。熔煉過程中產(chǎn)生的含SO2煙氣因?yàn)闈舛绕?，制酸效果不理想。生產(chǎn)系統(tǒng)中采用的反射爐、冰銅鼓風(fēng)爐工藝裝備落后，材料消耗大，產(chǎn)能低，屬于國(guó)家明令淘汰的工藝裝備，亟待改造。

1 銅浮渣底吹處理新工藝可行性分析

1.1 工藝研究依據(jù)

河南豫光金鉛股份有限公司繼2002年在全行業(yè)率先將氧氣底吹氧化－鼓風(fēng)爐還原煉鉛工藝運(yùn)用于工業(yè)化之后，2005年在全行業(yè)率先將氧氣底吹爐陽(yáng)極泥處理應(yīng)用于工業(yè)化，2010年4月將液態(tài)高鉛渣直接還原煉鉛新工藝成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，2012年3月將銻底吹熔池熔煉應(yīng)用于工業(yè)化。為我國(guó)有色金屬冶煉行業(yè)響應(yīng)國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策，對(duì)能耗高、產(chǎn)能低、環(huán)境污染嚴(yán)重的冶金工藝裝備進(jìn)行改造和更新?lián)Q代，樹立了一座鮮明的標(biāo)桿。實(shí)踐表明臥式底吹爐裝置具有熔煉強(qiáng)度高、密閉性好、熱損失低、余熱利用率高、操作簡(jiǎn)便安全可靠、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，是我國(guó)有色金屬行業(yè)多金屬綜合回收冶金工藝裝備改造與更新?lián)Q代可供選擇的一種有利爐型。這種爐型在鉛熔煉、液態(tài)高鉛渣還原、陽(yáng)極泥貴金屬回收、銻回收方面實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，大幅度降低了冶煉成本，同時(shí)為銅浮渣的冶煉也提供了借鑒。

1.2 國(guó)內(nèi)外銅浮渣處理現(xiàn)狀

鉛系統(tǒng)中產(chǎn)出的銅浮渣主要成分為鉛和銅，鉛達(dá)70%，采用火法處理先分離出銅浮渣內(nèi)的主要成分鉛。同時(shí)使其中的銅以冰銅的形式富集，并進(jìn)一步冶煉為銅產(chǎn)品。銅浮渣的處理目前國(guó)內(nèi)外采用的設(shè)備有電爐、鼓風(fēng)爐、反射爐、回轉(zhuǎn)短窯等，其中電爐、鼓風(fēng)爐和反射爐處理是傳統(tǒng)工藝。電爐、鼓風(fēng)爐處理因其能耗高、效率低、分離不徹底生產(chǎn)實(shí)際中采用較少?；剞D(zhuǎn)短窯國(guó)外采用較多，國(guó)內(nèi)目前仍普遍采用傳統(tǒng)的反射爐工藝流程。

反射爐處理銅浮渣主要有三種方法:(1)鐵屑法;(2)硫化鐵或硫化鉛法;(3)蘇打－鐵屑法。三種方法都有一些的缺點(diǎn)。而且三種方法均采用人工手動(dòng)操作，存在勞動(dòng)強(qiáng)度大的缺點(diǎn);反射爐同時(shí)存在環(huán)保效果差等缺陷。

個(gè)別公司采用轉(zhuǎn)爐處理，優(yōu)點(diǎn)在于銅和鉛分離比較徹底，但該工藝中轉(zhuǎn)爐存在諸多缺點(diǎn):間斷操作，處理量較小;冰銅與浮渣撈出操作手工完成，勞動(dòng)環(huán)境與勞動(dòng)條件較差;熔煉工藝中純堿的使用使冶金爐耐火材料浸蝕較快、爐齡較短等。

1.3 銅浮渣處理新工藝原理

新工藝是將銅浮渣和輔料連續(xù)進(jìn)入氧氣底吹熔煉爐，在噴槍中天然氣和氧氣的作用下，物料熔化并發(fā)生氧化－還原反應(yīng)，產(chǎn)出三種互不相溶的液相:粗鉛、冰銅與爐渣。大部分的鉛以粗鉛形式沉淀在熔池最下層，由鉛虹吸口經(jīng)溜槽放出后，送精煉廠進(jìn)行除銅。其中冰銅以硫化物為主，它是熔煉過程中產(chǎn)出的各種重金屬硫化物的共熔體，以Cu2S、FeS為主，溶解少量其它金屬硫化物(如PbS、ZnS等)、氧化鐵(如FeO、Fe2O3等)、貴金屬(Au、Ag等)。爐渣是由爐料與燃料中各種氧化物互相混合熔融而成的共熔體，主要氧化物是SiO2、FeO、CaO，它具有流動(dòng)性好、密度較低、與冰銅不相混溶的特點(diǎn)。由于鐵硅鈣渣密度小(3.5 kg/m3左右)，粗鉛密度大(11 kg/m3左右)，冰銅密度適中(4.5～5.0 kg/m3)，在爐內(nèi)進(jìn)行沉淀分層。主要進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)為:

工藝流程圖如圖1所示。

圖1 銅浮渣處理工藝流程圖

2 生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)研究

試驗(yàn)在Φ2.6 m×4.6 m的底吹轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行，投料開爐進(jìn)行工藝試驗(yàn)從開始到試驗(yàn)結(jié)束，經(jīng)過三次修整，試驗(yàn)歷時(shí)五個(gè)月，共進(jìn)行了四個(gè)階段的試驗(yàn)。第一階段結(jié)束后停爐主要對(duì)試驗(yàn)爐損壞的圍磚和槍磚進(jìn)行更換，同時(shí)改造了出渣口，增加了槍口區(qū)水套。第二階段試驗(yàn)過程中主要影響生產(chǎn)因素為噴濺冰銅對(duì)下料口水套燒蝕嚴(yán)重，造成水套壽命過短，第二階段結(jié)束后停爐主要對(duì)下料口水套進(jìn)行改造。第三階段生產(chǎn)過程工藝與操作基本穩(wěn)定，爐況也較為理想，由于框架磚與圍磚損壞致爐殼漏鉛停爐修補(bǔ)。第四階段試驗(yàn)過程中，除更換下料口水套一次與修補(bǔ)出煙口水套兩次共影響生產(chǎn)時(shí)間近三天以外，其余時(shí)間生產(chǎn)基本正常穩(wěn)定。試驗(yàn)表現(xiàn)在入爐物料配比穩(wěn)定、單位時(shí)間物料處理量穩(wěn)定、燃?xì)馊霠t流量穩(wěn)定，產(chǎn)品產(chǎn)出量穩(wěn)定、產(chǎn)品化學(xué)成分含量相對(duì)穩(wěn)定、爐況穩(wěn)定等。整個(gè)試驗(yàn)期間投入、產(chǎn)出物料見表1、產(chǎn)出產(chǎn)品匯總表見表2。

表1 投入、產(chǎn)出物料 t

混合料為銅浮渣、石子、鐵屑按照一定比例混合之后的混合物。

表2 產(chǎn)品匯總 t

四個(gè)階段以來(lái)，共計(jì)處理除銅渣約2 280 t，吹煉渣300 t。產(chǎn)出粗鉛1 200 t，產(chǎn)出爐渣、冰銅分別為590 t、330 t。

3 結(jié)果及討論

經(jīng)過幾個(gè)月的工藝試驗(yàn)，特別是經(jīng)過爐體數(shù)次整改、工藝操作多次完善，試驗(yàn)裝置可以連續(xù)、穩(wěn)定地順利運(yùn)行，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以得出該工藝是成功的。另外，出煙口砌筑、氧槍使用、下料口水套改造、出渣口改型等工藝裝備方面也取得一定的成功經(jīng)驗(yàn)。

粗鉛:自試驗(yàn)開展以來(lái)，產(chǎn)出粗鉛合格。共化驗(yàn)粗鉛5次，Pb品位全部＞96%。粗鉛含Cu平均0.576%。粗鉛成分見表3。

表3 粗鉛成分 %

爐渣:爐渣含 Pb品位最高 4.78%，最低1.85%，平均2.88%。爐渣含Cu平均0.54%。爐渣成分見表4。

表4 爐渣成分

鉛冰銅:冰銅取樣66組，排除冰銅含銅品位30%以下明顯混雜有較多爐渣的4組樣品，參與分析62組。其中冰銅含銅品位達(dá)到40%以上有18組，30%～40%之間43組，最高含Cu品位50.1%。冰銅含銅品位全月平均37.98%，基本達(dá)到工藝試驗(yàn)預(yù)期目標(biāo)，即冰銅含銅品位達(dá)到40%左右。

物料配比:底吹試驗(yàn)爐銅浮渣處理主要原料為鉛生產(chǎn)系統(tǒng)火法精煉產(chǎn)出除銅渣，輔助配入處理約相對(duì)于除銅渣10%左右的吹煉渣。輔料主要有焦末、鐵屑、石子、氧化鐵粉等。自試驗(yàn)開展以來(lái)，對(duì)于輔料配比經(jīng)過數(shù)次調(diào)整優(yōu)化，最終確定物料配比為除銅渣∶石子∶焦炭∶鐵屑∶氧化鐵粉∶吹煉渣=1 000∶50∶70∶100∶40∶120。實(shí)踐證明采用此配料比生產(chǎn)進(jìn)行順利、爐況穩(wěn)定、產(chǎn)品工藝指標(biāo)理想、經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)理想。

上料制度與物料處理量:上料制度試驗(yàn)之初采用間斷分爐上料、分爐操作。后期根據(jù)生產(chǎn)進(jìn)行狀況調(diào)整為連續(xù)上料、連續(xù)熔煉。實(shí)踐證明連續(xù)上料、連續(xù)熔煉生產(chǎn)進(jìn)行順利、爐況穩(wěn)定、產(chǎn)品工藝指標(biāo)理想、經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)理想。

經(jīng)濟(jì)效益:經(jīng)過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)核算，采用底吹熔池熔煉工藝生產(chǎn)物料處理比公司現(xiàn)有浮渣反射爐鐵屑－純堿法熔煉，冰銅鼓風(fēng)爐富集工藝物料處理單耗節(jié)約成本約90元/t。

4 問題及建議

1.試驗(yàn)過程中，爐內(nèi)圍磚在開爐一段時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)部分爐磚斷裂并掉落的情況。通過這次試驗(yàn)對(duì)這一現(xiàn)象尚未摸索出斷磚的原因與杜絕的辦法，有待在以后的生產(chǎn)或后續(xù)其它試驗(yàn)中進(jìn)一步摸索研究。

2.試驗(yàn)階段熔體在爐體內(nèi)沉降分離不能完全完成，按此工藝建議在設(shè)計(jì)建設(shè)大爐用于工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)時(shí)需增設(shè)一臺(tái)沉降前床，以便使指標(biāo)更優(yōu)化。

［1］ 《重有色金屬冶煉設(shè)計(jì)手冊(cè)》編委會(huì).重有色金屬冶煉設(shè)計(jì)手冊(cè)·鉛鋅鉍卷［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1995.