底吹直接脫硫還原廢鉛膏半工業(yè)試驗(yàn)

趙振波，陳選元

（河南豫光金鉛股份有限責(zé)任公司，河南 濟(jì)源 459000）

底吹直接脫硫還原廢鉛膏半工業(yè)試驗(yàn)

趙振波，陳選元

（河南豫光金鉛股份有限責(zé)任公司，河南 濟(jì)源 459000）

利用底吹爐的氧勢梯度理論，對廢鉛泥硫酸鹽物料進(jìn)行熔煉，得到易于治理的高濃度二氧化硫煙氣、再生鉛和含鉛量低的棄渣。鉛膏經(jīng)直接脫硫還原后，脫硫率達(dá)98％以上，鉛回收率高，熔煉強(qiáng)度大，可大規(guī)模處理物料，從而進(jìn)一步降低成本。

底吹熔煉；氧勢梯度；直接脫硫；廢鉛膏；還原；再生鉛

0　前言

我國每年產(chǎn)生的廢舊鉛酸蓄電池可達(dá)上百萬噸，這些廢舊鉛酸蓄電池的再生已成為我國鉛資源可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。近幾年來，我國再生鉛工業(yè)取得了顯著進(jìn)展，已初步形成獨(dú)立產(chǎn)業(yè)。有一些科研院校及企業(yè)針對廢鉛膏冶煉過程中存在的回收率低、裝置落后、成本高、低濃度二氧化硫治理難度大等問題，研究出一些新的冶煉工藝。其中屬濕法工藝的有預(yù)脫硫-電解沉積工藝和固相電還原鉛工藝，但處理規(guī)模較小，應(yīng)用較少；屬火法工藝有的預(yù)脫硫-低溫還原熔煉工藝和廢舊鉛酸蓄電池-富氧底吹熔煉再生鉛工藝。

預(yù)脫硫-低溫還原熔煉工藝中，廢舊鉛酸蓄電池的鉛膏先與碳酸鈉或碳酸銨反應(yīng)，生成碳酸鉛和副產(chǎn)品硫酸鈉或硫酸銨，進(jìn)行濕法脫硫，然后將脫硫后的鉛膏進(jìn)行還原熔煉［1］。該工藝可有效降低熔煉過程中二氧化硫的產(chǎn)生，但過程流程長，鉛回收率低，濕法脫硫成本高，副產(chǎn)品硫酸鈉或硫酸銨的銷路差。

廢舊鉛酸蓄電池自動分離-富氧底吹熔煉再生鉛工藝中，廢舊鉛酸蓄電池的鉛膏與鉛精礦一起進(jìn)入氧氣底吹爐，產(chǎn)出粗鉛和高鉛渣，熔煉反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化硫煙氣與精礦熔煉煙氣一起被送去生產(chǎn)硫酸，高鉛渣再經(jīng)過還原處理產(chǎn)出粗鉛［2-3］。該工藝基本解決了硫的污染問題，但廢舊鉛酸蓄電池鉛膏與含硫鉛物料一起處理，影響原生礦綜合回收效果，而且，整個(gè)過程流程長，系統(tǒng)投資大。

鑒于以上原因，根據(jù)底吹爐反應(yīng)原理，提出了利用底吹爐的氧勢梯度理論對廢鉛泥硫酸鹽物料進(jìn)行熔煉，得到易于治理的高濃度二氧化硫煙氣、再生鉛和含鉛量低的棄渣。并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了半工業(yè)化試驗(yàn)，取得了較好的效果。

1　試驗(yàn)原料

試驗(yàn)原料采用的是廢舊鉛酸蓄電池進(jìn)行破碎分離后產(chǎn)出的廢鉛膏和熔煉過程中爐子產(chǎn)出的煙灰混合料，成分如表1所示。

表1　混合料成分?。?/p>

2　試驗(yàn)理論

按照冶金原理，在單一的氧勢下，硫酸鉛還原不可能兼顧產(chǎn)出含硫低的粗鉛和含鉛低的棄渣。但是，我們認(rèn)為底吹還原熔煉過程中熔爐內(nèi)的氧勢不是單一的。在熔煉過程中，在爐內(nèi)從上到下大致可分為渣層、硫化物層和鉛層。通過調(diào)整可控制氧勢從下向上降低，形成氧勢梯度，使上層的渣在加入的煤和硫化物的還原作用下得到棄渣，而下部的鉛層和硫?qū)釉谘趸瘹夥障路磻?yīng)，達(dá)到脫硫和產(chǎn)出合格粗鉛的目的。該過程中主要反應(yīng)如下：

3　試驗(yàn)過程及結(jié)果分析

3.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備及方案

試驗(yàn)在有兩只底吹噴槍的（φ2.6 m×4.6 m）臥式底吹爐中進(jìn)行，噴槍中可噴入氧氣和天然氣。鉛膏、煙灰、鐵礦石和石子按比例計(jì)量后（注：氣體按體積比，其他按質(zhì)量比），混合加到爐子中。通過控制噴槍氧氣與天然氣、煤氣、粉煤的比例，保持爐內(nèi)熔體下部為弱氧化氣氛。鉛膏中硫酸鉛在高溫下大部分分解，產(chǎn)生二氧化硫煙氣與氧化鉛，另有一少部分與熔體上部加入的煤發(fā)生還原反應(yīng)先生成硫化物，然后又在下部的氧化氣氛中反應(yīng)生成二氧化硫和粗鉛或氧化鉛。二氧化硫煙氣經(jīng)降溫收塵后進(jìn)行煙氣處理，煙塵則返回本爐配料。氧化鉛與熔體上部加入的煤發(fā)生還原反應(yīng)，產(chǎn)出的金屬鉛下沉進(jìn)入粗鉛層，由虹吸放鉛口連續(xù)放出。入爐料中的鐵硅鈣發(fā)生造渣反應(yīng)，生成的爐渣浮在熔池上部，通過溜槽排出。具體工藝流程如圖1所示。

圖1　工藝流程圖

3.2實(shí)驗(yàn)過程及指標(biāo)

為驗(yàn)證底吹熔煉氧勢梯度理論，在下部噴入的氧氣和天然氣的體積比不同時(shí)進(jìn)行了兩個(gè)階段的試驗(yàn)。第一階段噴入的氣體中V（氧氣）∶V（天然氣）＜2∶1，保持下部燃燒時(shí)天然氣過剩，并且使上部加入的煤的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％，保持熔體上部和下部都為還原性氣氛；第二階段中，使底部噴入的氣體中V（氧氣）∶V（天然氣）＞2∶1，下部氧氣量過剩為弱氧化氣氛，并且使上部加入的煤的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12％，保證為強(qiáng)還原性氣氛。按照表2中的控制參數(shù)考察兩個(gè)階段的運(yùn)行情況。試驗(yàn)過程進(jìn)行了兩個(gè)多月，共投入混合物料 569 t（含煙灰），產(chǎn)出再生鉛326 t，兩個(gè)階段的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

表2　試驗(yàn)控制參數(shù)

表3　試驗(yàn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

3.3實(shí)驗(yàn)分析

第一階段中，由于熔體上、下部均為還原性氣氛，鉛膏中的硫酸鉛物料在上部有一部分被高溫分解，還有一部分被煤還原為硫化鉛。硫化鉛在還原性氣氛下無法脫硫，加入的鐵屑雖然可將硫化鉛中的鉛還原，但是由于該反應(yīng)不徹底，生成大量的硫化鐵和硫化鉛混合物進(jìn)入渣中（見反應(yīng)式 13、14）。這樣就產(chǎn)生大量渣，且渣中含鉛量、含硫量高，從而造成熔煉鉛回收率低，鐵屑消耗量大，煙氣中二氧化硫含量低。

第二階段時(shí)，底部噴入的氧氣量過剩，下部熔體由于氧的參與為弱氧化氣氛，而上部熔體由于煤的參與為強(qiáng)還原氣氛，從而形成了氧勢梯度。氧氣與下部的鉛發(fā)生氧化反應(yīng)，生成的氧化鉛與熔體中上部硫酸鉛還原生成的硫化鉛反應(yīng)生成二氧化硫和鉛，硫得以脫除（見反應(yīng)式 15）。由于脫硫率高，渣中鉛主要以氧化物形式存在，氧化鉛在還原性氣氛下又被煤還原，鐵以氧化物的形態(tài)進(jìn)入渣中，所以渣量少，渣中含鉛量、含硫量低，鉛熔煉回收率高，煙氣中二氧化硫含量高，各項(xiàng)指標(biāo)得到優(yōu)化。

4　結(jié)論

半工業(yè)試驗(yàn)證明，在鉛膏的熔煉過程中，通過控制上下部的氧化還原氣氛，鉛膏可直接進(jìn)行脫參考文獻(xiàn):

硫還原，脫硫率達(dá)98％以上，鉛回收率高，可達(dá)99％以上。這樣熔煉強(qiáng)度大，可大規(guī)模處理物料，從而進(jìn)一步降低成本，而且利用底吹爐密閉性高煙氣量小的優(yōu)點(diǎn)，二氧化硫濃度富集，從而降低了煙氣治理產(chǎn)出副產(chǎn)品的成本。由于加料時(shí)沒有經(jīng)過制粒步驟，且加料口設(shè)在出煙口，煙塵率偏高，影響鉛回收率，將來采取物料制粒和另設(shè)加料口后，情況可以有所改善，煙塵率可能降到 15％～20％。

［1］趙素藩，孫佩極，趙淑明.廢鉛蓄電池渣泥濕法脫硫低溫還原回收鉛［J］.有色金屬（冶煉部分），1986（3）：18-19.

［2］趙振波.清潔高效處理廢舊鉛酸蓄電池回收再生鉛的新工藝［J］.蓄電池，2011（5）：200-202.

［3］楊喬，張正潔.中國再生鉛國產(chǎn)化技術(shù)與裝備應(yīng)用新進(jìn)展［J］.蓄電池，2015（6）：283-286.

The pilot-scale test oFdesulfurization and reduction oFscrap lead paste in the bottom blowingFurnace

ZHAO Zhenbo，CHEN Xuanyuan
（Henan Yuguang Gold and Lead Co.，Ltd.，Jiyuan Henan 459000，China）

By using the theory oFthe oxygen potential gradient in the bottom blowingFurnace，the easily disposed high concentration oFsulfur dioxideFlue gas，secondary lead and low lead contentslag were got through melting thescrap lead paste.Because the direct desulfurization rate oFlead paste was over 98％，the recovery rate was high，leadsmelting intensity was high，large-scale treatment could be achieved，the cost could beFurther reduced.

bottom-blownsmelting；oxygen potential gradient；direct desulfurization；scrap lead paste；reduction；secondary lead

TM 912.9

B

1006-0847（2016）05-207-03

2016-07-01