炼铅炉渣SKS炉底吹烟化提锌的试验探索

王学猛， 张新庄

(1.洛阳理工学院，河南 洛阳 471023; 2.河南豫光锌业有限公司， 河南 济源 451650)



炼铅炉渣SKS炉底吹烟化提锌的试验探索

王学猛1， 张新庄2

(1.洛阳理工学院，河南 洛阳 471023; 2.河南豫光锌业有限公司， 河南 济源 451650)

通过试验验证SKS炉底吹烟化提锌技术的可行性，该技术可以产出满足企业质量标准的氧化锌和弃渣，但经济性与烟化炉相比仍有差距，需在延长耐火材料寿命、提高炉子处理量、改进物料类型等方面做进一步工作。

SKS炉； 底吹烟化； 提锌； 铅渣； 烟化炉； 天然气

SKS炉底吹熔炼技术是河南豫光金铅集团有限责任公司、中国恩菲工程有限公司等多家公司共同开发的先进的氧气底吹熔池熔炼技术，河南某公司成功地将其应用于炼铅、炼锑、炼铜及铅冶炼中阳极泥的处理等[1-5]。烟化炉作为铅冶炼渣提锌设备，虽然具有高效、快捷、设备适应性强等优点，但存在着环境污染大、工人劳动强度高、生产周期短等缺点[6]。因此用SKS炉进行底吹烟化提锌试验，探索底吹烟化提锌技术的可行性、可能性很有意义。而且如果SKS炉底吹烟化工艺采用天然气作为燃料和还原剂可行，则需要解决工业化过程中设备方面的问题，如耐火材料、炉型等[7]。

1 试验设备、原料及理论依据

1.1 设备及原料

试验在SKS熔炼炉以及与配套的烟气冷却、收尘、净化设备等组成的系统中进行，SKS炉的规格为Φ1.5 m×4.5 m，炉子上部内衬直接结合镁铬砖，下部内衬半再结合镁铬砖。物料为直接还原炉(鼓风炉)炉渣，为完全冷料；还原所用燃料为天然气，氧气助燃；氧枪直径Φ32 mm，2个。通过调节氧气和天然气的流量比及氮气的流量，控制天然气的燃烧和还原。

1.2 理论依据[8-10]

河南某企业直接还原炉渣的成分与鼓风炉渣类似。直接还原炉渣含：Zn～7%,、Fe ～29.6%、 Pb～1.5%、SiO2～30%、CaO～12.4%、Al2O3～3%，通常采用烟化炉烟化法处理，即将含有粉煤的空气以一定的压力，通过特殊的风口鼓入烟化炉水套竖炉内的液态炉渣中，使化合物或游离的ZnO和PbO还原成铅锌蒸气。铅锌蒸气上升到炉子上部空间，遇到从三次风口吸入的空气再被氧化成ZnO和PbO,在收尘设备中以烟尘形式收集。SKS炉底吹烟化提锌的试验依据与之类似。本试验以天然气为燃料，天然气完全燃烧时的反应：

CH4+2O2→CO2+2H2O

(1)

不完全燃烧时的反应：

2CH4+3O2→2CO+4H2O

(2)

高温、少量碎煤存在的条件下，还存在如下反应：

CH4→C+2H2

(3)

C+O2→CO2

(4)

2C+O2→2CO

(5)

以上反应放出的热及还原性气体等构成了直接还原炉炉渣被还原的条件，还原反应如下：

ZnO(PbO)+CO→Zn(Pb)↑+CO2

(6)

ZnO(PbO)+H2→Zn(Pb)↑+H2O

(7)

ZnO(PbO)+C→Zn(Pb)↑+CO

(8)

生成的锌、铅蒸气进入炉气中，在冷却、收尘烟道的漏风点等处被空气中的氧所氧化，又以氧化物的形式被回收。

2 试验结果

2.1 试验结果

试验分两个阶段进行，第一阶段用Φ32 mm氧枪进行了27 d探索性试验，试验结果见表1。第二阶段进行了20 d，在探索性试验的基础上，着重研究了炉子处理量、耐火材料寿命、氮气作用等问题。第二阶段的试验结果见表2。

表1 第一阶段试验结果

表2 第二阶段试验结果

第一阶段是探索性试验，而炉子的砌体是以前试验所留下来的，所以第一阶段的试验仅就渣含锌进行分析。第一阶段的前七天，烟化炉渣含锌较高，为5%左右；在采取加大煤添加量、加入石子、延长烟化时间等诸多措施后，渣含锌开始下降，但不稳定；第一阶段后期，随着工艺条件、操作水平逐渐稳定，渣含锌稳定在1%～2%，甚至更低，为第二阶段试验打下了基础。

第二阶段为了考察现有条件下炉子最大处理量，采用天然气送入量70 m3/(h·支)、氧气130 m3/(h·支)、氮气～30 m3/h，炉子最大处理量一度达到24 t/d，渣含锌也较低。但为了控制炉温，延长炉子砌体的寿命，降低了气体流量、物料处理量等。通常，每班(12 h)加料4～6次，每次～1 h，每次～2.6 t，化料～1 h，吹炼1～1.5 h，渣含锌～2%。每班放渣6次左右，每次6包，每包～300 kg。

试验中，由于氮气源不稳，氮气的流量、压力等不能很好地控制，氮气作用不明显。加料口喷溅严重，每次加完料都需要用岩面堵住加料口，以免喷溅伤人，加料前再由专门人员打通；炉子的砌体，尤其是加料口附近冲刷严重，加料口附近的砖缝损伤最快、最严重，两段试验的停炉都是由于加料口附近的砖烧坏、炉壳烧红所致，这可能是炉子较小，氧枪压力较大以及加料口距氧枪的距离太近的缘故。第二阶段试验期间，有一只氧枪周围的部分围砖烧损稍多，但比加料口周围的损伤情况轻。整个试验期间，没有发现氧枪烧损的情况，氧枪寿命较长。炉温很低时，炉子晃动严重，这可能是由于炉温低渣凝结在一起，在高压气体的冲击作用下，渣带动炉子晃动，这种状况在炉温低、氮气流量大时尤为明显。通入氮气辅助调节炉温，炉温高时，通入的氮气适当多，炉温低时则少。需要大幅降低炉温时，同时降低天然气和氧气的量；需要略降炉温时，则调低氧气的量，低于与天然气完全燃烧的比例。试验证明，该措施有效。

2.2 试验中存在的问题

(1)处理量问题。受放渣设备、场地等因素的限制，试验时SKS炉最大处理量达到24 t/d，试验第二阶段期间，处理量在15 t/d左右。即便考虑了SKS炉子处理的都是冷渣料，但与传统烟化炉相比，处理量仍然偏小。下一阶段的试验重点应是提高炉子处理量，或处理高含锌物料，如锌冶炼常规流程的浸出渣等。

(2)耐火材料寿命问题。试验中，加料口附近的耐火材料冲刷、喷溅严重，尤其生产中炉温较高时，加料口不发生堵塞，工人放渣容易，渣含锌也容易降下来等，但烟气口、氧枪口、渣线附近的耐火材料寿命较短，需进一步探索。

表3为烟化炉与底吹炉烟化提锌炉的比较。

表3 底吹炉与烟化炉指标比较

由表3中的床能率可以看出，烟化炉的处理能力约是底吹炉的8倍左右，这也从侧面说明底吹烟化需进一步寻求提高炉子处理量的手段和方法。

3 结论

(1)底吹烟化提锌在技术上可行，底吹烟化提锌得到的氧化锌品位高，弃渣含锌低，尾气SO2含量优于烟化炉，不经碱液处理就可达到国家排放标准。

(2)底吹烟化提锌还需要在增大底吹炉处理量，提高炉子砌体寿命，改进加料口附近耐火砖的砖型、砌筑方式和材质等方面做进一步的工作，以期在经济性上超越传统形式的烟化炉。

[1] 李东波,张兆祥.氧气底吹熔炼——鼓风炉还原炼铅新工艺及应用[J].有色金属(冶炼部分),2003,(5):12-13，17.

[2] 李卫峰,张晓国,郭学益,等. 我国铅冶炼的技术现状及进展[J]. 中国有色冶金，2010,(2):29-33.

[3] 袁培新,李初定. SKS炼铅工艺降低鼓风炉渣含铅的生产实践[J]. 中国有色冶金，2006,(6):10-12，51.

[4] 蒋爱华,杨欢欢,梅炽,等. SKS炼铅氧气底吹炉的(火用)分析[J]. 中南大学学报 (自然科学版)，2010,(3):1191-1195.

[5] 王洪才,时章明,陈通,等.水口山炼铅法生产企业物质流与能量流耦合模型的研究[J]. 有色金属(冶炼部分)，2011,(10):9-12.

[6] 铅锌冶炼学编委会.铅锌冶炼学[M]. 北京:科学出版社,2003.

[7] 王学猛,赵传合,陈会成,等. 含锌物料的底吹烟化提锌方法[P].中国专利:CN 101935765A， 2011-12-14.

[8] 曾小冬.烟化炉次氧化锌搭配锌系统生产电锌的工艺研究[J].中国有色冶金,2013,(6):15-18.

[9] 项有谦,王启,刘凤国,等.天然气燃烧利用过程热经济学优化评估[J].煤气与热力,2010,(10):19-23.

[10] 路林,常铭,苗海燕,等.天然气在不同初始温度和压力下的燃烧特性研究[J].工程热物理学,2009,(10):1771-1774.

稀土光谱转换材料应用研发技术取得重大进展

传统的化石燃料能源正在一天天减少，同时对环境造成的危害日益突出。全世界都把目光投向了可再生能源，希望能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展。其中太阳辐射能取之不尽、用之不竭，且具有无污染、廉价、可以多种方式利用的特点，受到国内外相关研究开发机构的关注，想尽一切办法来提高太阳能电池的效率成为研究重点。

稀土光谱转换材料提高光伏电池的效率是利用稀土离子的独特光学跃迁的特性，将光伏电池不能有效响应的紫外和红外光转换为能够有效响应的可见光，从而提高其光电转换效率。天津包钢稀土研究院有限责任公司的稀土光谱转换材料应用研发团队通过一年多的研发，开发的稀土高分子光转换膜用于多晶硅太阳能电池，可使其光电转换效率提高2.3%以上，高于国内外其他单位，达到了世界先进水平的行列。

该材料通过了国内光伏电池权威测试机构的多次测试评价，性能稳定、结果一致性高。该项技术的突破对于延伸稀土产业链、开辟新的稀土应用领域具有重要意义，有望对太阳能光伏产业的发展产生深远的影响。

2016年起对铅蓄电池征收4%消费税

为促进节能环保,经国务院批准,自2015年2月1日起对电池征收消费税。有关事项如下： 一、将电池列入消费税征收范围,在生产、委托加工和进口环节征收,适用税率均为4%。二、对无汞原电池、金属氢化物镍蓄电池(又称“氢镍蓄电池”或“镍氢蓄电池”)、锂原电池、锂离子蓄电池、太阳能电池、燃料电池和全钒液流电池免征消费税；2015年12月31日前对铅蓄电池缓征消费税;自2016年1月1日起,对铅蓄电池按4%税率征收消费税。 三、除上述规定外,电池消费税征收管理的其他事项依照《中华人民共和国消费税暂行条例》、《中华人民共和国消费税暂行条例实施细则》等相关规定执行。

Research of zinc fuming extraction from lead smelting slag by SKS bottom blowing stove

WANG Xue-meng, ZHANG Xin-zhuang

It is feasible to extract zinc by SKS bottom blowing stove which can produce ZnO and spoil with corporate quality standards. However, there is still a gap to compare its economy with fuming furnace, it is needed to further work in fields such as the life of refractory, handling capacity and material types etc.

SKS; fuming by bottom blowing; extracting zinc; lead slag; fuming stove; natural gas

王学猛(1971—)，男,主要从事铅锌冶炼及矿物加工方面的研究工作。

2014-- 07-- 04

TF813

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1672-- 6103(2015)03-- 0012-- 03