鉛的冶煉方法有火法和濕法兩種,目前世界上以火法為主,濕法煉鉛尚處于試驗(yàn)研究階段。
主要冶煉工藝介紹:
基夫塞特(Kivcet)煉鉛:1967年前蘇聯(lián)有色金屬礦冶研究院開始試驗(yàn);1988年實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)。
該工藝是由原蘇聯(lián)的莫斯科有色研究院和哈薩克斯坦共同研制完成的。意大利薩米公司購買了該項(xiàng)專利權(quán)并在威斯麥港(Vesme Port)
建設(shè)了一座8萬噸/年粗鉛廠。許可證和基本設(shè)計(jì)費(fèi)高達(dá)1000萬美元,投資巨大。 基夫塞特法煉鉛對物料的制備要求嚴(yán)格,入爐爐料經(jīng)配料后要求充分干燥至水份0.5%以下,粒度要求100目左右。終渣含鉛3%以上,仍有低空污染問題,生產(chǎn)能耗高。
QSL煉鉛:由德國魯奇公司等研制的,已在中國、德國、韓國建廠,該工藝對原料制備要求相對較為寬松,物料水份、粒度組成不受嚴(yán)格的限制。 由于氧化與還原在同一個(gè)裝置中完成,終渣含鉛為5%-10%,氧耗高、電耗高。
富氧頂吹浸沒熔煉法(ISA和Ausmelt煉鉛):是澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)工業(yè)研究組織(簡稱CSIRO)在20世紀(jì)70年代初開始研究開發(fā)的頂吹浸沒噴槍技術(shù)衍生出來的熔煉方法,屬熔池熔煉范疇。20世紀(jì)70年代末澳大利亞MIM與CSiRO合作開發(fā)熔煉技術(shù)直接煉鉛,并以艾薩煉鉛法取得專利權(quán)。20世紀(jì)80年代初頂吹浸沒噴槍技術(shù)發(fā)明人組建了Ausmelt公司并在噴槍和一些新的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了開發(fā),至此MIM和Ausmelt兩家公司均獲得了該項(xiàng)技術(shù)的轉(zhuǎn)讓權(quán)。該技術(shù)采用兩臺同樣結(jié)構(gòu)的豎式爐子分別進(jìn)行氧化、還原熔煉。目前,ISA法氧化段生產(chǎn)已趨正常,氧化爐產(chǎn)出的SO2煙氣可供制酸,但還原段生產(chǎn)穩(wěn)定性較差。同時(shí),該工藝氧槍更換頻繁,一般4-7天需更換一次,作業(yè)率低,換槍機(jī)構(gòu)復(fù)雜,且投資較大。
卡爾多轉(zhuǎn)爐煉鉛:由瑞典波立登公司開發(fā)的技術(shù),是氧氣冶金在頂吹轉(zhuǎn)爐上的一種應(yīng)用,也屬熔池熔煉范疇。
煉鉛工藝分兩段進(jìn)行:富氧熔化并氧化,熔融物料還原熔煉,渣含鉛可根據(jù)還原劑用量和還原時(shí)間確定,渣含鉛也在3%左右。但氧化和還原產(chǎn)出的煙氣,二氧化硫含量有較大差異。氧化段煙氣,二氧化硫濃度高達(dá)16%,還原段產(chǎn)出煙氣二氧化硫濃度低于400PPm。為了酸廠的連續(xù)生產(chǎn),氧化段煙氣先經(jīng)壓縮冷凝使50%的二氧化硫液化,剩余的煙氣中的二氧化硫制酸。
ISA和Kaldo實(shí)際意義上都不是一步煉鉛,只有Kivcet和QSL法屬一步煉鉛,前者要不是兩個(gè)爐子分別氧化還原,要不分階段進(jìn)行。
鼓風(fēng)爐法煉鉛:該工藝鉛冶煉生產(chǎn)能耗高,產(chǎn)生SO2濃度低,不能實(shí)現(xiàn)兩轉(zhuǎn)兩吸制酸,污染較為嚴(yán)重,勞動(dòng)條件差。根據(jù)設(shè)備不同又分為燒結(jié)鍋-鼓風(fēng)爐、燒結(jié)機(jī)-鼓風(fēng)爐和密閉鼓風(fēng)爐ISP。燒結(jié)鍋-鼓風(fēng)爐國家已明確規(guī)定在2000年前必須淘汰。目前大部分現(xiàn)在生產(chǎn)的企業(yè)主要用的是燒結(jié)機(jī)-鼓風(fēng)爐工藝。ISP技術(shù)可以使用混合鉛鋅礦原料進(jìn)行冶煉,具有原料適應(yīng)范圍廣,工藝成本低等優(yōu)點(diǎn)。
氧氣底吹煉鉛(SKS):1998年,多家單位出資合作利用水口山底吹煉鉛試驗(yàn)車間,開展了氧氣底吹熔煉-鼓風(fēng)爐還原煉鉛(即SKS法)驗(yàn)證試驗(yàn)工作,經(jīng)兩個(gè)多月的試驗(yàn)證明,工藝可靠、指標(biāo)可行。實(shí)現(xiàn)了用底吹熔煉取代傳統(tǒng)煉鉛工藝中的燒結(jié)和返粉破碎工序。由于底吹爐煙氣SO2濃度高,利于制酸,硫的回收率高達(dá)95%~96%,同時(shí)由于取消了燒結(jié)返粉破碎,徹底根治了SO2和鉛揚(yáng)塵污染。底吹熔煉過程不需外加燃料,完全自熱并可利用部分余熱發(fā)電節(jié)能。更主要的是底吹過程約有50%的鉛通過交互反應(yīng)直接產(chǎn)出粗鉛,進(jìn)入鼓風(fēng)爐的高鉛渣含鉛40%~45%,與燒結(jié)塊含鉛不相上下,因此鼓風(fēng)爐熔煉的物料與燒結(jié)工藝比相應(yīng)減少約50%,因此,焦炭耗量明顯下降,從而使煉鉛成本低于傳統(tǒng)工藝,加上硫酸的利潤,可取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。該工藝原料適應(yīng)性強(qiáng),既可直接處理各種品位的鉛精礦,也可以處理各種含鉛物料、次生料,如鉛極板、廢舊蓄電池等。
經(jīng)過初級冶煉后得到的粗鉛進(jìn)一步精煉,有火法和濕法兩種。國外以火法為主,我國以電解精煉為主。電解法的特點(diǎn)是能更好地回收金、銀、鉍等有價(jià)金屬,并得到純電鉛?;鸱ň珶拕t較靈活,可根據(jù)粗鉛中雜質(zhì)情況和市場的需求組織生產(chǎn),投資也省。
冶煉廠生產(chǎn)的產(chǎn)品通常有鉛和鉛合金兩種。鉛錠直接鑄成,而合金則需要在熔融的鉛中加入合金元素后再鑄造。另外,鉛還可制成氧化鉛及其他化合物、鉛板材等,用于玻殼、顏料、電池等下游行業(yè)中。同時(shí)下游行業(yè)的報(bào)廢產(chǎn)品可以進(jìn)入二次回收,經(jīng)過重新分選后,進(jìn)行二次冶金。
煉鉛原料大部分是硫化鉛精礦,小部分是鉛鋅氧化礦,其中所含有價(jià)金屬幾乎都可在冶煉過程中回收。中國硫化鉛精礦中常含有以下有價(jià)金屬:鉛、鋅、銅、砷、銻、鉍、鎘、汞、金、銀、硒、碲、銦、鍺、鉈。在燒結(jié)過程,95%以上的汞進(jìn)入煙氣;70%的鉈,30~40%的鎘、硒、碲,以及一小部分砷、銻、鉍等金屬進(jìn)入煙塵;其余留在燒結(jié)塊和返粉中。在鼓風(fēng)爐熔煉過程中,幾乎全部的金、銀和大部分銅、砷、銻、鉍、錫、硒、碲進(jìn)入粗鉛,95%以上的鋅、鍺,50%以上的銦進(jìn)入爐渣,80~90%的鎘進(jìn)入煙塵。在火法初步精煉過程,粗鉛中的銅、錫、銦大部分進(jìn)入浮渣,金、銀、鉍等金屬留在鉛中。在鉛電解精煉過程,比鉛更正電性的金屬如金、銀、銅、銻、鉍、砷、硒、碲等不溶解而留在陽極泥,比鉛更負(fù)電性的金屬如鐵、鋅、鎳、鈷與鉛一道溶解,進(jìn)入電解液,但不在陰極析出。
從燒結(jié)機(jī)煙氣中可回收汞,煙塵一般返回配料,經(jīng)循環(huán)富集后回收鎘和鉈。處理鼓風(fēng)爐煙塵可回收鎘、鋅、銦、鉈等金屬。
浮渣熔煉時(shí)產(chǎn)出粗鉛、冰銅(包括砷冰銅)、爐渣和煙塵,可從冰銅和爐渣中回收銅、鉛,從煙塵中回收銦和砷。處理含錫較高的粗鉛時(shí),高錫浮渣可經(jīng)重選得到鉛精礦和錫精礦,分別回收鉛、錫。
中國低品位鉛鋅氧化礦在鼓風(fēng)爐化礦過程中,一部分鉛、鋅、鎘、鍺揮發(fā)進(jìn)入煙塵,一部分進(jìn)入粗鉛,大部分留在熔渣。熔渣經(jīng)煙化爐揮發(fā),鉛、鋅、鎘、鍺進(jìn)入煙塵,再從煙塵中回收。
鉛是常用的有色金屬,其年產(chǎn)銷量在有色金屬中排在鋁、銅和鋅之后的第四位。鉛的化學(xué)符號是Pb(拉丁語Plumbum),原子序數(shù)為82,是所有穩(wěn)定的化學(xué)元素中原子序數(shù)最高的。密度11.34g/cm3,熔點(diǎn)327.5℃,沸點(diǎn)1740℃。有較強(qiáng)的抗放射性穿透的性能。鉛是一種銀灰色有光澤的重金屬,在空氣中易氧化生成一層氧化鉛或堿式碳酸鉛,使鉛表面失去光澤并防止進(jìn)一步氧化。鉛的導(dǎo)電性能相當(dāng)?shù)?,抗腐蝕性能很高;質(zhì)柔軟,延性弱,展性強(qiáng)。
地殼中的鉛常與鋅、銅共生,構(gòu)成鉛鋅礦或鉛鋅銅礦,其中除鉛、鋅、銅外,一般還含有金、銀、鉍、鎘、銦、鍺、錫等金屬。因此,鉛礦石需要通過預(yù)先選礦得到含鉛40-70%的精礦才能進(jìn)行冶煉。
目前全球?qū)崿F(xiàn)了工業(yè)化的鉛冶煉工藝有前蘇聯(lián)的氧氣閃速熔煉-電熱還原法(基夫塞特(Kivcet))、QSL煉鉛、富氧頂吹浸沒熔煉法(ISA和Ausmelt煉鉛)、卡爾多轉(zhuǎn)爐煉鉛、鼓風(fēng)爐煉鉛、氧氣底吹煉鉛(SKS)等。
鉛的消費(fèi)領(lǐng)域集中在鉛酸蓄電池、電纜護(hù)套、鉛箔及擠壓產(chǎn)品、鉛合金、顏料及其他化合物、汽油添加劑、彈藥和其他方面,其中鉛酸蓄電池中鉛的消費(fèi)量占到總消費(fèi)量的75%以上。
鉛在沒有任何物理和化學(xué)性能損失的情況下,可以完全回收,目前可進(jìn)入循環(huán)鏈的鉛有90%得到回收。
中國是世界最大的鉛生產(chǎn)國和消費(fèi)國,2009年精鉛的產(chǎn)量達(dá)到355萬噸,在世界總產(chǎn)量867萬噸中占到41%;2009年中國鉛消費(fèi)量為333萬噸,在世界總消費(fèi)量822.5萬噸中占到40%。
鉛分類及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
鉛錠分為大錠和小錠,小錠為長方梯形,底部有打捆凹槽,兩端有突出耳部。大錠為梯形,底部有T形凸塊,兩側(cè)有抓吊槽。小錠單重可為:48kg±3kg、42kg±2kg、40kg±2kg、24kg±1kg;大錠單重可為:950 kg±50kg、500kg±25kg。根據(jù)國標(biāo)GB/T469-2005,國內(nèi)鉛錠按化學(xué)成分分為5個(gè)牌號:Pb99.994、Pb99.990、Pb99.985、Pb99.970、Pb99.940。