兩種強(qiáng)化熔煉再生鉛新工藝的比較

趙振波，陳選元，李利麗，胡澤勝

（河南豫光金鉛股份有限責(zé)任公司，河南 濟(jì)源459000）

據(jù)了解，我國正進(jìn)入一個(gè)電池報(bào)廢高峰期，年鉛蓄電池理論報(bào)廢量超過600 萬t。但我國鉛資源回收利用的發(fā)展較為緩慢，發(fā)達(dá)國家對(duì)礦產(chǎn)資源的回收利用高度重視，其再生鉛產(chǎn)量可達(dá)總產(chǎn)量的60%以上，如美國的再生鉛總產(chǎn)量高達(dá)90%以上。雖然我國再生鉛產(chǎn)量近年來不斷增加，但再生鉛產(chǎn)量也僅占總產(chǎn)量的30%。我國鉛資源的回收利用及鉛產(chǎn)業(yè)的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)有待整體提高。因此開發(fā)清潔高效的再生鉛回收技術(shù)，減少回收過程中的環(huán)境污染，是實(shí)現(xiàn)資源和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

1 火法冶煉工藝簡(jiǎn)介

火法冶煉再生鉛的工藝是通過高溫熔煉進(jìn)行脫硫和鉛的還原，反應(yīng)速度快，處理量大，生產(chǎn)效率高，對(duì)原料的適應(yīng)性強(qiáng)，隨著技術(shù)工藝和裝備的改進(jìn)，各項(xiàng)指標(biāo)有了較大的提高。目前，火法冶煉處理再生鉛仍占主導(dǎo)地位。

當(dāng)前鉛膏冶煉工藝主要有鼓風(fēng)爐、短窯、側(cè)吹熔池熔煉、底吹熔池熔煉等熔煉工藝，其中鼓風(fēng)爐和短窯工藝占再生鉛產(chǎn)能的80%以上。早期的反射爐間斷混合熔煉工藝，因熔煉強(qiáng)度低，能耗高，環(huán)保較差，已屬淘汰技術(shù)。

鼓風(fēng)爐熔煉鉛膏主要靠焦炭在焦點(diǎn)區(qū)燃燒形成高溫進(jìn)行還原熔煉，該工藝對(duì)原料成分適應(yīng)性強(qiáng)，成本低，占地面積小，但其缺點(diǎn)是渣量大，粉狀物料需要燒結(jié)或制團(tuán)，還原劑需要使用昂貴的冶金焦炭，環(huán)保治理費(fèi)用高[2]。

轉(zhuǎn)化脫硫鉛膏直接還原熔煉火法冶煉工藝, 隨著環(huán)保壓力加大，國內(nèi)堿的成本不斷升高，而且副產(chǎn)品硫酸鹽銷路的問題，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力將越來越弱。而再生鉛冶煉技術(shù)的研究開發(fā)一直朝著規(guī)模化、環(huán)保化、集約化方向發(fā)展，由此可以看出，鉛膏強(qiáng)化熔煉工藝將是今后一段時(shí)期發(fā)展的主流方向。

目前某廠使用底吹和側(cè)吹強(qiáng)化熔煉再生鉛兩種強(qiáng)化熔煉新工藝，這兩種工藝具有流程短、脫硫效果好、生產(chǎn)能力高、原料適應(yīng)性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、投資省等優(yōu)點(diǎn)、解決了再生鉛發(fā)展中存在的一些問題，推動(dòng)了再生鉛行業(yè)的發(fā)展。但兩種工藝均存在著各自的特點(diǎn)，下面就兩種工藝的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，供行業(yè)內(nèi)參考。

2 基本原理

2.1 底吹強(qiáng)化熔煉工藝

熔煉工藝在兩個(gè)爐體內(nèi)完成，爐子為可以轉(zhuǎn)動(dòng)的圓筒形爐體，在底部通過氧槍通入氧氣和天然氣，氧氣天然氣經(jīng)過燃燒提供熱量，上部加入焦粒來控制爐內(nèi)的氧化還原氣氛。

底吹強(qiáng)化熔煉在兩臺(tái)爐內(nèi)分兩個(gè)階段進(jìn)行，即在底吹熔煉爐完成脫硫和造渣，在底吹還原爐完成還原熔煉。底吹熔煉爐的主要目的是物料的熔化、硫酸鉛中硫的脫除、產(chǎn)出部分再生鉛以及高鉛渣。爐內(nèi)反應(yīng)主要為還原交互反應(yīng)以及少部分的硫酸鉛分解反應(yīng)，主要為：

底吹還原爐，通過增加煤粒來提高爐內(nèi)還原氣氛，將氧化鉛還原產(chǎn)出再生鉛，同時(shí)提高溫度，降低渣鉛即可。該過程中主要反應(yīng)如下：

工藝流程如圖1。

圖1 底吹熔煉工藝流程圖

2.2 側(cè)吹強(qiáng)化熔煉工藝

側(cè)吹強(qiáng)化熔煉爐體為固定的橢圓形結(jié)構(gòu)，氧氣和天然氣通過爐體側(cè)部的噴槍噴入熔體內(nèi)。側(cè)吹強(qiáng)化熔煉是在同一爐內(nèi)分兩個(gè)階段進(jìn)行。

第一階段：氧化熔煉，將鉛膏、板柵與熔劑經(jīng)自動(dòng)配料后，連續(xù)加入爐內(nèi)，同時(shí)向爐內(nèi)加入粒狀煤，并經(jīng)爐下部氧槍向爐內(nèi)送入富氧空氣、天然氣，在高溫狀態(tài)下，爐內(nèi)熔體發(fā)生下列反應(yīng)：

氧化熔煉主要目的是使鉛膏熔化并使硫酸鉛分解得到部分粗鉛和保留在熔融渣中的氧化鉛，同時(shí)產(chǎn)出高濃度二氧化硫的煙氣，經(jīng)余熱鍋爐回收余熱、電收塵除塵后，進(jìn)行煙氣回收。

第二階段：還原熔煉，改變天然氣量和氧濃，將爐內(nèi)的氧化氣氛調(diào)整為還原氣氛，其中一部分碳燃燒產(chǎn)生高溫，提供熱量，另一部分產(chǎn)生一氧化碳，用于鉛的還原，主要反應(yīng)如下：

還原熔煉的主要目的是將熔融渣中的氧化鉛還原成金屬鉛，并與爐渣分離，得到粗鉛，同時(shí)產(chǎn)出爐渣。工藝流程如圖2。

圖2 側(cè)吹熔煉工藝流程圖

3 生產(chǎn)實(shí)踐

某廠相繼采用底吹和側(cè)吹強(qiáng)化熔煉技術(shù)進(jìn)行鉛膏熔煉生產(chǎn)再生鉛，通過生產(chǎn)實(shí)踐，兩種技術(shù)在再生鉛生產(chǎn)中均取得顯著成效。主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 底吹熔煉和側(cè)吹熔煉主要技術(shù)參數(shù)對(duì)比

對(duì)兩種技術(shù)的運(yùn)行成本進(jìn)行了比較，底吹熔煉在水、電、煤的消耗上較側(cè)吹熔煉低，但氧氣和天然氣的消耗略有增加。總體上就能源消耗而言，底吹熔煉的運(yùn)行成本還是較側(cè)吹熔煉低。具體運(yùn)行成本比較見表2。

表2 底吹熔煉和側(cè)吹熔煉能源消耗比較

4 技術(shù)比較

與鼓風(fēng)爐、反射爐技術(shù)處理廢舊鉛酸蓄電池鉛膏工藝相比，底吹和側(cè)吹強(qiáng)化熔煉工藝具有密閉性好、熱利用率高、連續(xù)下料、操作方便、自動(dòng)化程度高、適合大型生產(chǎn)、勞動(dòng)強(qiáng)度低、爐子壽命長(zhǎng)和鉛直收率高等優(yōu)勢(shì)[3]。

對(duì)底吹和側(cè)吹強(qiáng)化熔煉工藝進(jìn)行比較。

（1）從運(yùn)行的總體能耗成本來看，底吹熔煉較側(cè)吹熔煉要低一些。底吹熔煉在水、電、煤的消耗上較側(cè)吹熔煉低，但氧氣和天然氣的消耗略有增加。

（2）底吹雙爐熔煉，能產(chǎn)出高濃度二氧化硫且氣濃穩(wěn)定，可采用常規(guī)制酸流程生產(chǎn)硫酸，降低了二氧化硫煙氣處理成本。側(cè)吹強(qiáng)化熔煉是在單一爐內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，同一爐內(nèi)前期和后期的二氧化硫煙氣濃度變化大，增加了煙氣制酸的成本和難度。

（3）側(cè)吹強(qiáng)化熔煉在同一爐內(nèi)進(jìn)行氧化和還原氣氛的轉(zhuǎn)化，爐內(nèi)氣氛的來回變化影響爐齡；雙底熔煉在兩個(gè)爐內(nèi)分別進(jìn)行氧化和還原，爐內(nèi)反應(yīng)氣氛相對(duì)穩(wěn)定，有利于爐齡延長(zhǎng)，可延長(zhǎng)檢修作業(yè)周期，降低檢修成本。

（4）底吹熔煉可廣泛應(yīng)用于國內(nèi)再生鉛冶煉新建和原生鉛冶煉企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，目前國內(nèi)原生鉛生產(chǎn)90%以上采用底吹熔煉，只需簡(jiǎn)單改造就可直接處理再生鉛，節(jié)約投資費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益顯著。

5 結(jié)論

實(shí)踐表明，底吹強(qiáng)化熔煉技術(shù)具有流程短、渣率低、鉛回收率高、脫硫效果好、自動(dòng)化程度高、投資成本低等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)與側(cè)吹強(qiáng)化熔煉技術(shù)相比，具有能耗運(yùn)行成本低、二氧化硫氣濃穩(wěn)定、制酸成本低、爐齡更長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)。底吹強(qiáng)化熔煉進(jìn)一步解決了我國再生鉛發(fā)展中存在的問題，對(duì)推動(dòng)我國再生鉛行業(yè)的良性發(fā)展，又提供了新的思路。