富氧顶吹炉处理氧化矿生产实践

黎学坤，徐成东，杨小芳

（云南驰宏资源综合利用有限公司，云南 曲靖 655000）

云南驰宏资源综合利用有限公司率先使用富氧顶吹直接炼铅法处理铅物料，最初设计入炉的原料为硫化铅精矿及艾萨炉返尘。随着富氧顶吹熔炼技术的不断成熟，富氧顶吹炉原料处理量逐年增长，公司自产的硫化铅精矿供给不足的问题越来越突出，致使富氧顶吹炉的处理量及技术发展处于被动局面。而由于外购原料供应紧张，近年来外购硫化铅精矿价格高且原料质量参差不齐，极大的影响顶吹炉熔炼经济技术指标。从发挥富氧顶吹炉对原料适应性强及生产持续稳步发展方面考虑，进行了富氧顶吹炉氧化铅精矿生产实践。

1 氧化铅精矿熔炼特点

氧化铅精矿主要物相为PbCO3，在熔炼温度下PbCO3极易发生分解反应，其平衡离解压与温度的关系如下表：

表1 PbCO3的离解压与温度的关系

氧化铅精矿与以往的硫化铅精矿在化学成分上有较大区别，见下表：

表2 氧化铅精矿与硫化铅精矿成分对比（%）

从上表可以看出，氧化铅精矿含S较低，含SiO2高，杂质元素如Zn、Cu、Cd、As等也较低。富氧顶吹炉熔炼热主要来源于硫化铅精矿中S的燃烧放热，而氧化铅精矿中含硫较低，且碳酸铅分解为吸热过程，热量平衡被打破。

富氧顶吹炉处理硫化铅精矿的优势在于其熔炼过程的热量可由金属硫化物的氧化反应释放出大量的热量而得到满足。但对于氧化性质的物料发生反应都只会吸收热量。所以硫化铅精矿与氧化铅精矿熔炼的区别在于放热量不同。利用富氧顶吹炉处理氧化铅精矿，工艺上首先要考虑的问题就是熔炼过程的热平衡，另外富氧顶吹炉的作业关键就是控制合理的反应气氛，选择合适的渣型。

熔炼过程主要发生的化学反应有：

PbCO3=PbO+CO2

PbO+PbS=Pb+SO2

熔炼过程主要控制参数：炉温：1000℃～1050℃；渣含铅：40%～45%；SiO2/Fe：0.78～0.82。

2 生产试验及实践情况

2.1 第一阶段：间断进料

由于氧化铅精矿在炉内反应是吸热过程，排放过程中铅渣会带走大量的显热，若在排放阶段加入氧化铅精矿的话，会使温度急速下降，物料化料速度减慢，造成排渣困难。因此在本阶段排放期间考虑暂不投氧化铅精矿，以保证生产平稳运行。

2.1.1 配料方案

氧化铅精矿由备料4#仓单独供料，正常熔炼阶段以5t/h投入氧化铅精矿，1#、2#、7#仓可根据物料含Pb、S的成分波动做相应的小调整，保证入炉铅品位在50%以上，含S在16%以上。考虑到氧化铅精矿含硅成分较高，通过计算可满足熔剂的需求，因此停止加入石英石熔剂。

表3 配料表

2.1.2 参数调节方案

富氧顶吹炉在熔炼过程主要通过调整空气系数、给煤量来稳定控制炉温。空气系数反映在供风量和氧量的控制上，直接影响炉内的氧化还原反应，对炉温和渣型的控制起到关键作用，因此制定不同的试验方案来确定合理的供风量和氧量，见下表：

表4 熔炼参数控制方案及炉况

从上表中可以看出，第四组试验取得较好的效果，熔炼温度和渣含铅均能有效控制。前三组试验过程中发现炉温下降快，熔池温度难以稳定控制，特别是底部温度波动幅度大，且排放过程发现夹杂生料的情况，导致排放无法继续；后两组试验过程中，由于富氧浓度的提高，导致熔炼温度、渣含铅均偏高，排放过程发生喷溅现象，存在安全隐患。采用第四组参数方案进行生产，期间产量及相关指标情况见表5。

表5 产量和相关指标

从表5可以看出，通过适当的调节工艺参数，氧化矿熔炼过程的不稳定因素得到一定控制，但氧化铅精矿处理量不高。

2.2 排放阶段操作优化

第一，判断最佳排放时机，保证在炉况较好，喷溅少，烟气浓度稳定，炉温稳定并且缓慢上升时考虑排放；

第二，增加排渣次数，每班排渣次数由原来的三次增加至四次，可更好地掌握炉况，便于调整；

第三，停煤操作，可采用利用柴油快速加温，同时加大喷枪的搅拌力度，加快物料化料速度和交互反应，避免排放过程铅渣中夹带生料，致使排放困难；

第四，排放过程对渣温进行监控，安排专人对每炉渣的渣温进行测量反馈到主控；

第五，在排放完进料前采用小料量加燃料快速升温再恢复正常进料方式，熔炼过程温度下降幅度较小。

3 实践过程中的关键问题及解决办法

富氧顶吹炉原料中加入氧化铅精矿，造成炉温及烟气二氧化硫浓度波动幅度较大，渣、铅排放困难、操作难度加大等情况。

3.1 泡沫渣

试验前期炉温波动幅度较大。当熔池温度下降较多，导致炉内熔渣粘度过大，鼓入熔池内的空气和熔池反应产生的气体无法脱离熔池表面而顺利排出，熔池异常膨胀。出现泡沫渣时，常常伴随着喷枪摆动不规则，端背压明显上升，提升喷枪时端背压变化不灵敏；炉体和厂房能感觉到明显晃动；炉内负压忽高忽低，炉顶间断性地冒出烟气，烟气量和SO2浓度波动较大；从炉顶“三口”观察，炉膛内部炽热白亮；一般伴随余热锅炉蒸发量和电收尘出口温度上升的现象。一旦泡沫渣产生，就必须停止进料，处理泡沫渣，要等到泡沫渣消除后才能恢复正常生产；泡沫渣产生还会使烟尘率上升、炉顶烟道结瘤严重和喷枪控制失灵等。

实践中，经过认真不断的摸索和总结，发现泡沫渣的产生与熔池中渣含铅的高低有很大关系，实际操作中把控制渣含铅在40%～45%可极大地减少泡沫渣的产生。另外，给燃料量过多明显地打破熔池传热和传质的平衡，是形成泡沫渣的另一个重要原因。因此，把逐步降低给煤量或间断加煤，合理调整炉内氧化气氛作为控制泡沫渣的另一个重要手段。

3.2 熔池局部冻结及渣、铅排放困难

由于连续加入氧化铅精矿，熔池温度下降过快，造成熔池局部冻结，减慢熔池反应速度，常表现为炉膛发暗、喷枪摆动不均匀且负荷加大，同时喷枪搅动熔池的声音变得沉闷。

伴随着余热锅炉蒸发量和烟气SO2浓度快速下降等。同时，由于熔池温度低，熔池成分不均匀，渣、铅分离不好，渣的流动性变差等，造成排放困难，增加人员劳动强度等。通过优化参数，提高富氧浓度、减少用油，优化排放操作及设备改进，问题得到较好解决。

3.3 硫酸处理系统操作难度加大

原设计富氧顶吹炉处理硫化铅精矿，脱硫彻底，烟气量小，烟气含SO2浓度高，可直接制酸。而氧化铅精矿含硫降低，反应后尾气SO2浓度低，造成硫酸生产工艺操作难度加大。实践中通过调整配料比例，加大含S高的原料投入，控制综合入炉S品位，可稳定SO2浓度。

经过实践摸索，实现了熔炼温度的稳定，富氧顶吹炉经济技术指标没有出现大幅波动的情况，部分指标如作业率、柴油消耗都有改善，彻底解决了初期泡沫渣、熔池局部冻结、排放困难等状况，尾气SO2浓度达标且稳定。

表6 处理氧化铅精矿生产数据统计

4 结论

云南驰宏资源综合利用有限公司根据氧化铅精矿主要成分及反应机理，开展系列的试验研究及生产应用，并在实践中总结和优化改进，包括原料配比、熔炼参数控制、异常情况的应急及处理等，最终实现了富氧顶吹炉处理氧化铅精矿工艺并形成了年处理10038吨的规模，相关经济技术指标未出现较大波动，且部分指标有所改善，实践较为成功。