煉鉛爐渣SKS爐底吹煙化提鋅的試驗(yàn)探索

王學(xué)猛， 張新莊

(1.洛陽理工學(xué)院，河南 洛陽 471023; 2.河南豫光鋅業(yè)有限公司， 河南 濟(jì)源 451650)

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煉鉛爐渣SKS爐底吹煙化提鋅的試驗(yàn)探索

王學(xué)猛1， 張新莊2

(1.洛陽理工學(xué)院，河南 洛陽 471023; 2.河南豫光鋅業(yè)有限公司， 河南 濟(jì)源 451650)

通過試驗(yàn)驗(yàn)證SKS爐底吹煙化提鋅技術(shù)的可行性，該技術(shù)可以產(chǎn)出滿足企業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的氧化鋅和棄渣，但經(jīng)濟(jì)性與煙化爐相比仍有差距，需在延長耐火材料壽命、提高爐子處理量、改進(jìn)物料類型等方面做進(jìn)一步工作。

SKS爐； 底吹煙化； 提鋅； 鉛渣； 煙化爐； 天然氣

SKS爐底吹熔煉技術(shù)是河南豫光金鉛集團(tuán)有限責(zé)任公司、中國恩菲工程有限公司等多家公司共同開發(fā)的先進(jìn)的氧氣底吹熔池熔煉技術(shù)，河南某公司成功地將其應(yīng)用于煉鉛、煉銻、煉銅及鉛冶煉中陽極泥的處理等[1-5]。煙化爐作為鉛冶煉渣提鋅設(shè)備，雖然具有高效、快捷、設(shè)備適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但存在著環(huán)境污染大、工人勞動強(qiáng)度高、生產(chǎn)周期短等缺點(diǎn)[6]。因此用SKS爐進(jìn)行底吹煙化提鋅試驗(yàn)，探索底吹煙化提鋅技術(shù)的可行性、可能性很有意義。而且如果SKS爐底吹煙化工藝采用天然氣作為燃料和還原劑可行，則需要解決工業(yè)化過程中設(shè)備方面的問題，如耐火材料、爐型等[7]。

1 試驗(yàn)設(shè)備、原料及理論依據(jù)

1.1 設(shè)備及原料

試驗(yàn)在SKS熔煉爐以及與配套的煙氣冷卻、收塵、凈化設(shè)備等組成的系統(tǒng)中進(jìn)行，SKS爐的規(guī)格為Φ1.5 m×4.5 m，爐子上部內(nèi)襯直接結(jié)合鎂鉻磚，下部內(nèi)襯半再結(jié)合鎂鉻磚。物料為直接還原爐(鼓風(fēng)爐)爐渣，為完全冷料；還原所用燃料為天然氣，氧氣助燃；氧槍直徑Φ32 mm，2個。通過調(diào)節(jié)氧氣和天然氣的流量比及氮?dú)獾牧髁浚刂铺烊粴獾娜紵瓦€原。

1.2 理論依據(jù)[8-10]

河南某企業(yè)直接還原爐渣的成分與鼓風(fēng)爐渣類似。直接還原爐渣含：Zn～7%,、Fe ～29.6%、 Pb～1.5%、SiO2～30%、CaO～12.4%、Al2O3～3%，通常采用煙化爐煙化法處理，即將含有粉煤的空氣以一定的壓力，通過特殊的風(fēng)口鼓入煙化爐水套豎爐內(nèi)的液態(tài)爐渣中，使化合物或游離的ZnO和PbO還原成鉛鋅蒸氣。鉛鋅蒸氣上升到爐子上部空間，遇到從三次風(fēng)口吸入的空氣再被氧化成ZnO和PbO,在收塵設(shè)備中以煙塵形式收集。SKS爐底吹煙化提鋅的試驗(yàn)依據(jù)與之類似。本試驗(yàn)以天然氣為燃料，天然氣完全燃燒時的反應(yīng)：

CH4+2O2→CO2+2H2O

(1)

不完全燃燒時的反應(yīng)：

2CH4+3O2→2CO+4H2O

(2)

高溫、少量碎煤存在的條件下，還存在如下反應(yīng)：

CH4→C+2H2

(3)

C+O2→CO2

(4)

2C+O2→2CO

(5)

以上反應(yīng)放出的熱及還原性氣體等構(gòu)成了直接還原爐爐渣被還原的條件，還原反應(yīng)如下：

ZnO(PbO)+CO→Zn(Pb)↑+CO2

(6)

ZnO(PbO)+H2→Zn(Pb)↑+H2O

(7)

ZnO(PbO)+C→Zn(Pb)↑+CO

(8)

生成的鋅、鉛蒸氣進(jìn)入爐氣中，在冷卻、收塵煙道的漏風(fēng)點(diǎn)等處被空氣中的氧所氧化，又以氧化物的形式被回收。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)分兩個階段進(jìn)行，第一階段用Φ32 mm氧槍進(jìn)行了27 d探索性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表1。第二階段進(jìn)行了20 d，在探索性試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，著重研究了爐子處理量、耐火材料壽命、氮?dú)庾饔玫葐栴}。第二階段的試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表1 第一階段試驗(yàn)結(jié)果

表2 第二階段試驗(yàn)結(jié)果

第一階段是探索性試驗(yàn)，而爐子的砌體是以前試驗(yàn)所留下來的，所以第一階段的試驗(yàn)僅就渣含鋅進(jìn)行分析。第一階段的前七天，煙化爐渣含鋅較高，為5%左右；在采取加大煤添加量、加入石子、延長煙化時間等諸多措施后，渣含鋅開始下降，但不穩(wěn)定；第一階段后期，隨著工藝條件、操作水平逐漸穩(wěn)定，渣含鋅穩(wěn)定在1%～2%，甚至更低，為第二階段試驗(yàn)打下了基礎(chǔ)。

第二階段為了考察現(xiàn)有條件下爐子最大處理量，采用天然氣送入量70 m3/(h·支)、氧氣130 m3/(h·支)、氮?dú)狻?0 m3/h，爐子最大處理量一度達(dá)到24 t/d，渣含鋅也較低。但為了控制爐溫，延長爐子砌體的壽命，降低了氣體流量、物料處理量等。通常，每班(12 h)加料4～6次，每次～1 h，每次～2.6 t，化料～1 h，吹煉1～1.5 h，渣含鋅～2%。每班放渣6次左右，每次6包，每包～300 kg。

試驗(yàn)中，由于氮?dú)庠床环€(wěn)，氮?dú)獾牧髁俊毫Φ炔荒芎芎玫乜刂?，氮?dú)庾饔貌幻黠@。加料口噴濺嚴(yán)重，每次加完料都需要用巖面堵住加料口，以免噴濺傷人，加料前再由專門人員打通；爐子的砌體，尤其是加料口附近沖刷嚴(yán)重，加料口附近的磚縫損傷最快、最嚴(yán)重，兩段試驗(yàn)的停爐都是由于加料口附近的磚燒壞、爐殼燒紅所致，這可能是爐子較小，氧槍壓力較大以及加料口距氧槍的距離太近的緣故。第二階段試驗(yàn)期間，有一只氧槍周圍的部分圍磚燒損稍多，但比加料口周圍的損傷情況輕。整個試驗(yàn)期間，沒有發(fā)現(xiàn)氧槍燒損的情況，氧槍壽命較長。爐溫很低時，爐子晃動嚴(yán)重，這可能是由于爐溫低渣凝結(jié)在一起，在高壓氣體的沖擊作用下，渣帶動爐子晃動，這種狀況在爐溫低、氮?dú)饬髁看髸r尤為明顯。通入氮?dú)廨o助調(diào)節(jié)爐溫，爐溫高時，通入的氮?dú)膺m當(dāng)多，爐溫低時則少。需要大幅降低爐溫時，同時降低天然氣和氧氣的量；需要略降爐溫時，則調(diào)低氧氣的量，低于與天然氣完全燃燒的比例。試驗(yàn)證明，該措施有效。

2.2 試驗(yàn)中存在的問題

(1)處理量問題。受放渣設(shè)備、場地等因素的限制，試驗(yàn)時SKS爐最大處理量達(dá)到24 t/d，試驗(yàn)第二階段期間，處理量在15 t/d左右。即便考慮了SKS爐子處理的都是冷渣料，但與傳統(tǒng)煙化爐相比，處理量仍然偏小。下一階段的試驗(yàn)重點(diǎn)應(yīng)是提高爐子處理量，或處理高含鋅物料，如鋅冶煉常規(guī)流程的浸出渣等。

(2)耐火材料壽命問題。試驗(yàn)中，加料口附近的耐火材料沖刷、噴濺嚴(yán)重，尤其生產(chǎn)中爐溫較高時，加料口不發(fā)生堵塞，工人放渣容易，渣含鋅也容易降下來等，但煙氣口、氧槍口、渣線附近的耐火材料壽命較短，需進(jìn)一步探索。

表3為煙化爐與底吹爐煙化提鋅爐的比較。

表3 底吹爐與煙化爐指標(biāo)比較

由表3中的床能率可以看出，煙化爐的處理能力約是底吹爐的8倍左右，這也從側(cè)面說明底吹煙化需進(jìn)一步尋求提高爐子處理量的手段和方法。

3 結(jié)論

(1)底吹煙化提鋅在技術(shù)上可行，底吹煙化提鋅得到的氧化鋅品位高，棄渣含鋅低，尾氣SO2含量優(yōu)于煙化爐，不經(jīng)堿液處理就可達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。

(2)底吹煙化提鋅還需要在增大底吹爐處理量，提高爐子砌體壽命，改進(jìn)加料口附近耐火磚的磚型、砌筑方式和材質(zhì)等方面做進(jìn)一步的工作，以期在經(jīng)濟(jì)性上超越傳統(tǒng)形式的煙化爐。

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[3] 袁培新,李初定. SKS煉鉛工藝降低鼓風(fēng)爐渣含鉛的生產(chǎn)實(shí)踐[J]. 中國有色冶金，2006,(6):10-12，51.

[4] 蔣愛華,楊歡歡,梅熾,等. SKS煉鉛氧氣底吹爐的(火用)分析[J]. 中南大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版)，2010,(3):1191-1195.

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稀土光譜轉(zhuǎn)換材料應(yīng)用研發(fā)技術(shù)取得重大進(jìn)展

傳統(tǒng)的化石燃料能源正在一天天減少，同時對環(huán)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，希望能夠改變?nèi)祟惖哪茉唇Y(jié)構(gòu)，維持長遠(yuǎn)的可持續(xù)發(fā)展。其中太陽輻射能取之不盡、用之不竭，且具有無污染、廉價、可以多種方式利用的特點(diǎn)，受到國內(nèi)外相關(guān)研究開發(fā)機(jī)構(gòu)的關(guān)注，想盡一切辦法來提高太陽能電池的效率成為研究重點(diǎn)。

稀土光譜轉(zhuǎn)換材料提高光伏電池的效率是利用稀土離子的獨(dú)特光學(xué)躍遷的特性，將光伏電池不能有效響應(yīng)的紫外和紅外光轉(zhuǎn)換為能夠有效響應(yīng)的可見光，從而提高其光電轉(zhuǎn)換效率。天津包鋼稀土研究院有限責(zé)任公司的稀土光譜轉(zhuǎn)換材料應(yīng)用研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過一年多的研發(fā)，開發(fā)的稀土高分子光轉(zhuǎn)換膜用于多晶硅太陽能電池，可使其光電轉(zhuǎn)換效率提高2.3%以上，高于國內(nèi)外其他單位，達(dá)到了世界先進(jìn)水平的行列。

該材料通過了國內(nèi)光伏電池權(quán)威測試機(jī)構(gòu)的多次測試評價，性能穩(wěn)定、結(jié)果一致性高。該項(xiàng)技術(shù)的突破對于延伸稀土產(chǎn)業(yè)鏈、開辟新的稀土應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義，有望對太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

2016年起對鉛蓄電池征收4%消費(fèi)稅

為促進(jìn)節(jié)能環(huán)保,經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn),自2015年2月1日起對電池征收消費(fèi)稅。有關(guān)事項(xiàng)如下： 一、將電池列入消費(fèi)稅征收范圍,在生產(chǎn)、委托加工和進(jìn)口環(huán)節(jié)征收,適用稅率均為4%。二、對無汞原電池、金屬氫化物鎳蓄電池(又稱“氫鎳蓄電池”或“鎳氫蓄電池”)、鋰原電池、鋰離子蓄電池、太陽能電池、燃料電池和全釩液流電池免征消費(fèi)稅；2015年12月31日前對鉛蓄電池緩征消費(fèi)稅;自2016年1月1日起,對鉛蓄電池按4%稅率征收消費(fèi)稅。 三、除上述規(guī)定外,電池消費(fèi)稅征收管理的其他事項(xiàng)依照《中華人民共和國消費(fèi)稅暫行條例》、《中華人民共和國消費(fèi)稅暫行條例實(shí)施細(xì)則》等相關(guān)規(guī)定執(zhí)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

王學(xué)猛(1971—)，男,主要從事鉛鋅冶煉及礦物加工方面的研究工作。

2014-- 07-- 04

TF813

B

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