(河南豫光金鉛股份有限公司 陳會成)
摘 要: 簡述了國內(nèi)外鉛冶煉的生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀及其存在的不足，并介紹了鉛冶煉新技術(shù)的研發(fā)狀況。重點介紹了豫光煉鉛法的研發(fā)歷程、工藝裝備特點及工藝的優(yōu)越性，豫光煉鉛法對提升我國鉛冶煉水平、實現(xiàn)綠色冶煉的深遠意義。
關(guān)鍵詞:豫光煉鉛法;綠色冶煉;液態(tài)高鉛渣;直接還原
1、國內(nèi)鉛生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀
我國是世界第一鉛生產(chǎn)和消費大國，據(jù)統(tǒng)計2009年全國粗鉛產(chǎn)量達314萬噸，消費量為287萬噸，我國也是鉛礦資源貧乏的國家，2009年原生鉛選鉛量僅120萬噸，遠不能滿足我國鉛冶煉的生產(chǎn)需要，大部分鉛原料需要進口。我國現(xiàn)行鉛冶煉工藝主要有：燒結(jié)----鼓風爐還原工藝，氧氣底吹氧化----鼓風爐還原工藝(SKS煉鉛法)，云南曲靖的YMG煉鉛法，QSL煉鉛法，閃速熔煉煉鉛法等，但應(yīng)用最廣的先進工藝是氧氣底吹氧化----鼓風爐還原工藝，但它的生產(chǎn)過程能源消耗還大有潛力可挖。資源的短缺、產(chǎn)能的過剩，以及環(huán)保要求的日益提高，越來越要求更好的綠色冶煉工藝出現(xiàn)并應(yīng)用。
2、國外鉛生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀
國外鉛冶煉也采用傳統(tǒng)的燒結(jié)-鼓風爐還原熔煉工藝，并在上世紀占主導生產(chǎn)工藝。由于存在能耗高、環(huán)保效果差等原因，已不再新建。直到上世紀80年代，先進的閃速熔煉和熔池熔煉技術(shù)在工業(yè)化生產(chǎn)中逐步應(yīng)用，鉛冶煉技術(shù)有了較大進步。主要代表技術(shù)有基夫賽特直接煉鉛法、QSL煉鉛法、富氧頂吹浸沒熔煉法、卡爾多煉鉛法等。
2．1 基夫賽特直接煉鉛法
基夫賽特直接煉鉛法屬于一種閃速熔煉工藝，其核心裝備是基夫賽特爐，它主要由氧化反應(yīng)塔、貧化段和電爐區(qū)組成。爐料和焦粒通過反應(yīng)塔頂?shù)膰娮旌图恿峡诩尤?，硫化物在下落過程中快速氧化放熱、熔化、造渣。焦粒漂浮在熔池表面形成熾熱的焦炭層，在熔體落入熔池的過程中部分氧化鉛被還原成鉛并沉入熔池底部。部分氧化鉛熔渣從隔墻下部進入電爐區(qū)貧化，進一步完成氧化鉛熔渣的還原。該工藝的優(yōu)點是生產(chǎn)環(huán)境較好，對原料成分適用范圍較廣。但其主要缺點是投資大、能耗高、對原料粒度水分要求高、不太適合處理塊狀物料等，其中應(yīng)用此工藝的生產(chǎn)廠家“哈薩克斯坦和烏斯季—卡緬諾戈爾斯克”因為使用效果沒有達到預期目標，已停止生產(chǎn)。
2．2 QSL煉鉛法
QSL煉鉛法是一種熔池熔煉煉鉛工藝，它通過底吹氧氣作攪拌動力，使硫化物精礦及其它含鉛物料與熔劑等原料在氧化段劇烈攪拌，完成熔化、氧化、交互反應(yīng)，然后在還原段發(fā)生還原反應(yīng)，生成粗鉛和還原終渣。其反應(yīng)器由氧化段和還原段構(gòu)成，中間由隔墻隔開。氧化段主要進行的是硫鉛礦的氧化反應(yīng)，氧化熔煉產(chǎn)生的高鉛渣通過隔墻下部的孔道(或溢流)流入還原段;在還原段噴入粉煤維持適當?shù)倪€原氣氛，完成氧化鉛的還原，還原后的鉛液沉積于熔池底部并流入氧化段，然后由鉛虹吸道排出。該法應(yīng)用于德國斯托貝格廠、韓國溫山冶煉廠、中國西北鉛鋅廠。其中我國西北鉛鋅廠引進的該套裝備由于爐襯壽命短及其它問題至今沒有成功運行，但他為我國鉛冶煉的發(fā)展提供了經(jīng)驗教訓。國外也有一些廠家使用該技術(shù)，但也存在還原反應(yīng)進行得不太徹底等問題，還原后的終渣含鉛還有約5%。
2．3富氧頂吹浸沒熔煉法
頂吹浸沒熔煉是澳大利亞聯(lián)邦科學工業(yè)研究組織由煉銅裝置衍生的技術(shù)，其核心裝置是賽羅噴槍，頂吹爐為一圓柱形豎爐，靠噴槍供氣進行強烈攪動，這樣會導致耐火材料容易受熔體及煙氣浸蝕、沖刷，為保護爐墻使用企業(yè)也采用了一系列保護措施：如嚴格控制爐溫，防止爐溫波動大而造成爐襯剝離;爐殼外表面用淋水冷卻;在爐磚與爐殼間鑲嵌銅水套等。通過以上措施爐墻壽命也可達到一年之久。該技術(shù)的應(yīng)用廠家有：納米比亞舒邁伯鉛冶煉廠、澳大利亞MIM公司鉛冶煉廠、德國諾爾登漢鉛冶煉廠、印度洪都斯坦鋅有限公司。其中納米比亞舒邁伯鉛冶煉廠據(jù)報道因公司的經(jīng)營失敗導致破產(chǎn);澳大利亞MIM公司鉛冶煉廠的富氧頂吹浸沒熔煉爐持續(xù)了四年生產(chǎn)，因資源問題停止了生產(chǎn);德國諾爾登漢鉛冶煉廠氧化熔煉階段進行得較好，但高鉛渣的還原熔煉一直未進行;印度洪都斯坦鋅有限公司廠已于2005年后期投入生產(chǎn)，由于設(shè)計一臺爐完成三段作業(yè)，而且操作中還有存在一些技術(shù)問題，該廠不斷完善解決這些問題。
2．4卡爾多煉鉛法
卡爾多煉鉛法是瑞典波立頓金屬公司最先應(yīng)用的一種煉鉛技術(shù)，我國西部礦冶鉛廠于2005年引用該技術(shù)并投產(chǎn)，據(jù)了解該工藝存在的主要問題有：采用間斷操作，過程繁雜，溫度變化，過程控制管理不方便;而且爐襯耐火材料壽命短，隆斯卡爾鉛廠及伊朗煉鉛廠引用的該技術(shù)均存在爐襯壽命問題，我國西部礦冶公司同樣存在爐襯壽命較短這一重大問題。此外該項工藝也由于煙塵率及能耗也較高等原因，一直未被推廣應(yīng)用。
3、我國近年來鉛冶煉新技術(shù)的改進及研發(fā)狀況
3．1 富氧在傳統(tǒng)煉鉛技術(shù)中的應(yīng)用
從富氧燒結(jié)到富氧鼓風爐還原、再到富氧煙化提鋅，均不同程度的引入了富氧作業(yè)，使生產(chǎn)能力和能耗均有較大程度的改進，能源消耗降低10%左右，污染物的排放減少了15%左右。
3．2 加大環(huán)保投入
傳統(tǒng)燒結(jié)----鼓風爐還原煉鉛過程中產(chǎn)生的低濃度SO2是一件較難處理的事情，以前不少煉鉛企業(yè)未經(jīng)處理直接排放，嚴重污染了生產(chǎn)環(huán)境。近幾年來國家加大了環(huán)保力度，不少廠家采用制酸并用石灰或氧化鋅吸收法對這些低濃度的SO2進行了治理排放。同時為減少揚塵，不斷加強衛(wèi)生除塵設(shè)施投入，使鉛冶煉環(huán)境有了較大改善。
3．3成功推廣應(yīng)用氧氣底吹氧化----鼓風爐還原煉鉛新工藝
2002年河南豫光金鉛股份有限公司首次在我國應(yīng)用氧氣底吹氧化----鼓風爐還原煉鉛新工藝(SKS煉鉛法)，使鉛冶煉生產(chǎn)環(huán)境有了明顯改善，能耗也有了較大降低，特別是有效解決了SO2污染問題，現(xiàn)已在我國成功推廣。目前我國已應(yīng)用該技術(shù)的鉛生產(chǎn)能力達100萬噸/年，加上正建或擬建的共約200萬噸/年。但該技術(shù)仍保留鼓風爐，國內(nèi)不少科研單位和生產(chǎn)企業(yè)越來越認識到這一問題的嚴重性，并探求改進措施。
3．4液態(tài)高鉛渣直接還原一步煉鉛新工藝【簡稱“豫光煉鉛法（YGL）】
3.4.1豫光集團概況及豫光煉鉛法簡述
河南豫光金鉛集團有限責任公司是一家以有色金屬冶煉為主，兼多元化經(jīng)營的大型企業(yè)集團，現(xiàn)有員工近7000名，其中專業(yè)技術(shù)人員1200多名，設(shè)博士后科研工作站1個。豫光集團以上市公司河南豫光金鉛股份有限公司、中外合資企業(yè)河南豫光鋅業(yè)有限公司為核心。主業(yè)經(jīng)營范圍涉及有色金屬、貴金屬、化工、煤機產(chǎn)品等多個領(lǐng)域。主要產(chǎn)品的年生產(chǎn)能力為：電解鉛30萬噸，電鋅25萬噸，硫酸60萬噸，黃金3000千克，白銀600噸，蓄電池20萬KVAH。
河南豫光金鉛股份有限公司是亞洲最大的鉛冶煉企業(yè), 中國最大的白銀生產(chǎn)企業(yè)，中國有色金屬行業(yè)鉛鋅領(lǐng)域大型骨干企業(yè)。公司于2002年7月在上海證券交易所上市，是國家首批循環(huán)經(jīng)濟試點單位，全國廢舊金屬再生利用領(lǐng)域試點企業(yè)。
2009年公司綜合經(jīng)濟指標位居中國企業(yè)500強第477位，中國制造業(yè)500強第277位，一般有色及壓延加工業(yè)第20位。
河南豫光金鉛集團有限責任公司始終堅持“綠色冶煉”的發(fā)展理念，致力于新技術(shù)、新工藝的開發(fā)與運用，努力實現(xiàn)公司的可持續(xù)發(fā)展。公司通過堅持不懈的技術(shù)創(chuàng)新，不斷推動污染減排技術(shù)發(fā)展和技術(shù)進步，主要污染物減排效果明顯，環(huán)境效益顯著，主要研發(fā)應(yīng)用的四大核心技術(shù)有：非穩(wěn)態(tài)二氧化硫轉(zhuǎn)化制酸技術(shù)、廢舊鉛酸蓄電池自動分離-底吹熔煉再生鉛新工藝、氧氣底吹氧化----鼓風爐還原煉鉛技術(shù)(SKS煉鉛法)、液態(tài)高鉛渣直接還原一步煉鉛技術(shù)(豫光煉鉛法[YGL])。
該公司自主研發(fā)的豫光煉鉛法其核心技術(shù)即液態(tài)高鉛渣直接還原工藝，該工藝充分利用熔體潛熱，引入高效能的清潔能源氧氣天然氣，使用煤粒作還原劑。它擺脫了我國百年來鼓風爐煉鉛的歷史，在我國鉛冶煉發(fā)展史中具有里程碑的意義。
3.4.2液態(tài)高鉛渣直接還原技術(shù)的研發(fā)歷程
2003年進行試驗室靜態(tài)小試，驗證了進行液態(tài)高鉛渣直接還原的可行性。
2004----2007年，進行半工業(yè)試驗，確定了核心工藝裝備，即“直接還原爐”和以“氧氣+天然氣+煤粒”為組合的熱還原工藝。
“液態(tài)高鉛渣直接還原工程”，2007年在河南省發(fā)改委立項備案，于2008年6月開始建設(shè)，2008年11月份第一套直接還原爐建成投產(chǎn)。投產(chǎn)以來各項技術(shù)指標均達到理想的設(shè)計值，主要表現(xiàn)為能耗顯著降低(噸鉛能耗不超過280kg標準煤)、終渣含鉛能夠穩(wěn)定地降到3%以下，并大范圍的使用自動化技術(shù)，第一次在我國實現(xiàn)了鉛冶煉領(lǐng)域上的綠色冶煉和低碳經(jīng)濟， 2008年該項目被列入本年度國家資源節(jié)約和環(huán)境保護項目。
“8萬噸熔池熔煉直接煉鉛環(huán)保治理工程”，已于2010年4月份投產(chǎn)，絕大部分技經(jīng)指標達到設(shè)計要求。2008年該項目被列入河南省重點工程。
3.4.3取得的成果與獲獎情況
“液態(tài)高鉛渣直接還原技術(shù)”的研究成功并應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)，有效地解決了熔煉過程中潛熱能浪費、SO2排放不穩(wěn)定和轉(zhuǎn)運過程中的粉塵飛揚等問題，提高了資源利用率，真正實現(xiàn)鉛的直接熔煉;在進一步提高回收率的同時，極大降低了能耗，實現(xiàn)了真正意義上的清潔生產(chǎn)，使我國鉛冶煉技術(shù)水平達到國際先進水平，是我國煉鉛工業(yè)又一次大的飛躍，可以完全替代鼓風爐，為實現(xiàn)節(jié)能減排、保護環(huán)境，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，具有重要的指導意義和示范作用。各項工藝指標均明顯優(yōu)于國內(nèi)現(xiàn)行生產(chǎn)工藝指標。該工藝被中國工程院院士邱定蕃等專家組成的專家委員會鑒定為“工藝技術(shù)國內(nèi)領(lǐng)先，國際先進，實用性強，節(jié)能效果明顯，總體技術(shù)達到了國際先進水平”。經(jīng)測算，該工藝能耗指標只有傳統(tǒng)鼓風爐的50%，SO2排放量只有鼓風爐的10%，不產(chǎn)生污水，污染物排放水平得到進一步優(yōu)化，實現(xiàn)零排放，該技術(shù)將進一步推動鉛冶煉工業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級。
“液態(tài)高鉛渣直接還原新工藝研究”正準備申報國家科技進步獎。
3.4.4豫光煉鉛法的優(yōu)越性
(一)整體工藝采用短流程作業(yè)，省去鑄渣機，淘汰鼓風爐，減少二次污染和煙塵率(國際同類熔池熔煉還原煉鉛技術(shù)的煙塵率一般在15%左右，而豫光煉鉛法的煙塵率僅為7~8%);
(二)豫光煉鉛法采用天然氣、煤粒替代焦炭，達到清潔生產(chǎn)和低碳排放目標，實現(xiàn)了真正意義上的綠色冶煉和低碳經(jīng)濟。SO2排放濃度和遠低于國家標準，且不足SKS工藝中鼓風爐排放量的10%。同時CO2排放量僅為SKS工藝的22%左右。
(三)充分利用氧化熔煉高鉛渣的潛熱，使能耗顯著降低。粗鉛能耗指標比正在推廣的“氧氣底吹氧化——鼓風爐還原煉鉛工藝”(簡稱SKS法)低25%左右，比傳統(tǒng)燒結(jié)----鼓風爐噸鉛能耗降低約50%。
(四)由于能耗降低，使得加工成本也明顯降低，粗鉛加工成本較SKS降低15%左右。
3.4.5豫光煉鉛法配套環(huán)保措施
豫光煉鉛法主要從減少廢氣排放、采用密閉輸灰裝置并減少煙氣逸出點和揚塵點、通過煙氣余熱回收利用等節(jié)能減排措施，并對尾氣中的SO2及廢水中的重金屬離子進行科學處理等多種環(huán)保措施實現(xiàn)綠色冶煉。
(一)從工藝角度出發(fā)，減少SO2和CO2的排放
豫光煉鉛法的核心技術(shù)就是引入高效能的氧氣天然氣清潔能源，抵制了SO2的生成，減少了煤碳用量，進而減少CO2的生成和排放。同時充分利用熔體潛熱(包括液態(tài)高鉛渣的直接還原、所產(chǎn)鉛液直接送去火法精煉)，減少煤碳等能源的使用，從而減少CO2的生成和排放。
(二)采用密閉輸灰裝置，減少煙氣逸出點和揚塵點
豫光集團在“液態(tài)高鉛渣直接還原技術(shù)”的設(shè)計應(yīng)用中，全面從工藝裝備入手，實現(xiàn)各煙氣揚塵點的集約化、密閉性作業(yè)。首先采用短流程作業(yè)，省去鑄渣機，淘汰鼓風爐，有效解決了SKS工藝存在的高鉛渣鑄塊儲運過程中的碎沫飛揚的現(xiàn)象。其次在鉛冶煉行業(yè)首次采用管式皮帶，解決了普通皮帶不易轉(zhuǎn)彎及其容易造成的污染性氣體、粉塵等問題。第三所采用的核心裝備----直接還原爐，本身就是一種密閉性極好的爐窯裝置，從根本上改善了傳統(tǒng)鼓風爐密閉性的欠缺。第四采用煙塵氣體密閉輸送技術(shù)，減少煙灰的揚塵現(xiàn)象。第五強化通風除塵措施，在各個揚塵點科學設(shè)計，有效解決了煙氣塵的外逸現(xiàn)象。
(三)通過煙氣余熱回收利用，實現(xiàn)節(jié)能減排
傳統(tǒng)的鼓風爐煉鉛，由于受鼓風爐這種工藝裝置的制約，煙氣量較大，煙氣溫度較低，不易進行煙氣余熱回收。而豫光煉鉛法引用的是高效能的氧氣、天然氣，降低了煙氣量，能夠產(chǎn)出高溫煙氣，便于使用余熱鍋爐進行煙氣余熱的回收。
(四)尾氣中的SO2及廢水中的重金屬離子的吸收治理
傳統(tǒng)的燒結(jié)----鼓風爐煉鉛，由于燒結(jié)煙氣中SO2濃度不高，通常采用一轉(zhuǎn)一吸非穩(wěn)態(tài)制酸，制酸后尾氣中的SO2含量仍高于國家排放標準。同時又由于燒結(jié)系統(tǒng)脫硫不太徹底，燒結(jié)塊中仍含有2.5%左右的硫，這種燒結(jié)塊進入鼓風爐中又會有大量的SO2生成并能隨煙氣排出。即便是現(xiàn)在國家推行的SKS煉鉛工藝，雖然氧化段脫硫比較徹底，采用兩轉(zhuǎn)兩吸制酸后的尾氣中SO2濃度也較低，能夠達標排放，但其還原段仍采用鼓風爐還原，由于各種原因仍然會產(chǎn)生不少的SO2產(chǎn)出，因而還有必要對這種尾氣進行吸收治理。而豫光煉鉛法采用了“氧氣+天然氣+煤粒”為組合的液態(tài)高鉛渣直接還原工藝，有效減弱了SO2的生成，使得煙氣中的SO2含量極低，不到鼓風爐排放量的10%，遠低于其它煉鉛工藝水平和國家排放標準，完全實現(xiàn)達標排放。雖然豫光煉鉛法煙氣中SO2含量較低，但仍然對其煙氣進行了堿液吸收治理，徹底實現(xiàn)了真正意義的綠色冶煉，治理后的尾氣中幾乎不含SO2。
在廢水治理方面。豫光集團與荷蘭帕克公司結(jié)合，成功使用生物法處理廢水中的重金屬、硫酸根和砷等有害雜質(zhì)。并就地取材，利用鉛冶煉煙灰作中和劑，所得有價鉛鋅物料返回冶煉系統(tǒng)，處理后的水溶液返回到生產(chǎn)系統(tǒng)使水循環(huán)利用。
3.5國內(nèi)其它新型煉鉛法概況
在我國近幾年有多家企業(yè)和科研單位進行了新型煉鉛工藝裝備的研發(fā)工作，但大都沒有收到理想效果。儲如河南新鄉(xiāng)中聯(lián)公司開發(fā)的側(cè)吹煉鉛技術(shù)，進行了多年的半工業(yè)試驗，但訖今還沒有進行應(yīng)用。河南華寶產(chǎn)業(yè)有限公司與北京礦冶院開發(fā)的閃速煉鉛法，雖然這兩年不斷進行試產(chǎn)改進，但還沒有長時間連續(xù)穩(wěn)定運行，還正做進一步的完善。長沙有色設(shè)計院與株洲冶煉廠引進設(shè)計的基夫賽特煉鉛法還處于設(shè)計建設(shè)階段。云南曲靖采用的YGM煉鉛法也僅解決了氧化熔煉作業(yè)，其還原作業(yè)也仍采用傳統(tǒng)的鼓風爐還原技術(shù)，同樣具有SKS煉鉛法鼓風爐還原的弊病。中國恩菲公司與金利冶煉集團聯(lián)合開發(fā)的液態(tài)高鉛渣直接還原工藝已取得階段性成果，還需要進行深一步的研究改進。
4、實現(xiàn)清潔煉鉛的發(fā)展思路及建議
縱觀我國鉛冶煉發(fā)展歷程，由當初的土法煉鉛發(fā)展為目前的現(xiàn)代規(guī)?；療掋U，為使鉛冶煉技術(shù)進一步全面提高、不斷前進，筆者認為未來的鉛冶煉發(fā)展思路及建議如下：
一)落實科學發(fā)展觀，依靠科技進步，不斷研發(fā)應(yīng)用新技術(shù)，淘汰落后高能耗重污染生產(chǎn)工藝。
二)實現(xiàn)鉛冶煉的集約化管理，控制產(chǎn)能，改善我國鉛冶煉企業(yè)星羅棋布的局面。
三)加強新建鉛冶煉企業(yè)立項審批制度，特別是要嚴把環(huán)保審批程序，提倡人文和諧的企業(yè)發(fā)展模式。
四)倡導循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展模式，注重再生資源利用。
