哈萨克斯坦有色冶金设计研究院副院长    维克多•山姆斯基

 

本文讨论了铅冶炼过程中现代铅冶炼工艺由旧变新，不断现代化的过程。文章从原材料的品位方面进行了铅冶炼技术创新可能性的对比分析。结果表明原材料的品位是选择新技术的首要因素。

 

由冶炼厂的有毒排放引起的环境污染是所有的金属生产国所要面对的一个迫切的问题。其中也包括已成为现今世界主要金属生产国的中国。毫无疑问，没有金属生产的大规模现代化，没有先进的环境保护技术的履行，这个问题是不可能解决的。尤其是中国的金属工业还面临着如此艰巨的任务。

通常, 新冶金技术的实施是一个长期的过程,典型例子就是铅生产。尽管铅冶炼中一系列的现代环境保护技术是有效的，但是当今世界占主导地位的技术—“烧结－鼓风炉熔炼”却不符合国际生态学标准的要求。

生态学因素还没有成为金属生产现代化的真正基础。但是现代化的铅冶炼工艺不仅仅是生态上的除污剂,和常规方法比起来，它更能有效的获取能量。它需要较少的能量运载消费，不需要使用昂贵的高炉焦炭。在能量运输高价位的条件下，这个经济因素成为了另一个促进现代的环保工艺应用与铅生产的因素。

当前以下工艺譬如：卡尔多法(瑞典), QSL法 (德国), 基夫赛特法(哈萨克斯坦), 澳斯麦特法/艾萨法(澳洲) 以及水口山法(中国) 已通过了工业测试。

众所周知，尽管芬兰的闪速熔炼工艺、瓦纽科夫（Vanyukov）工艺以及液槽中铅原料的冶炼（莫斯科钢铁与合金学院，俄罗斯）在铜镍原材料冶炼中被广泛应用，但却没有被应用于铅的生产过程中。

每个实施的工艺都有各自的特性、优点和缺点。但是和常规工艺相比，它们都具备以下优点：

——在一个布局紧凑的密封装置中进行含铅物料的熔炼，从而能最大限度地降低通过炉壁的热损失，同时还能最大限度地减少排入大气的有害烟气。

——利用氧气和富氧空气混合物，与冶炼产生的高压硫气体结合，这有利于烟气的除尘和二氧化硫的利用。

——提供条件降低有害辐射，达到环保标准。

——无需使用鼓风炉焦炭。

——能利用硫化物的燃烧热，因此降低物料熔炼过程中的能耗。

——能实现高度的工艺自动化。

现代工艺实施的共同点是追求一定范围内的工业应用和铅冶炼的产量。

铅生产的现代化：

铅工艺的改革给技术的选择提出了一个问题，需要将不同的技术经济因素考虑其中。所以在技术选择上面，计划中的原材料品位、区域能源结构、要求的盈利投资水平等因素都起着重要作用。大多数的重要因素都是单纯经济性的，并最终和金属市场走势相关。另一个因素是计划中的原材料品位。这一因素影响着工艺技术的性能限制，有可能成为技术选择的关键之一。

 

表1：现代工艺的实施例

工艺名称	使用者：公司、国家	正在运行的工厂数目	生产能力千吨铅/年	原    料
卡尔多法	瑞典：新波利顿公司 中国：西部矿业公司	2	120	富铅精矿、铅烟尘和二次物料
QSL法	德国：贝采留斯冶金公司 韩国：高丽锌业公司	2	2201)	富铅精矿、铅渣和二次物料
澳斯麦特法/艾萨法	德国：欧洲冶金公司 印度：印度斯坦锌公司韩国：高丽锌业公司	3	2401)	富铅精矿、铅烟尘和二次物料
基夫赛特法	意大利：维斯麦港公司 加拿大：泰克·科明科公司	2	190	铅锌精矿、铅渣、锌渣和二次物料
水口山法	中国：水口山、豫光、金利等	8-102	240	高品位和中品位铅精矿
注意： 1 – 主要部分是二次物料； 2 – 根据口头信息所做的假定

选择的问题很复杂，因为开发商不可避免的大范围宣传工艺的优点而掩饰缺点。因此，铅产商在选择工艺时经常会犯严重的错误。知名企业“Cominco”公司在Trail（加拿大）铅厂进行现代化的经历就是一个典型的例子。在基夫赛特法和QSL法两种工艺之间，工厂更倾向于便宜的QSL法，却忽略了它在计划中的主要冶炼的适用性，包括低于28%的铅精矿。经过长期失败的适应过程，QSL法最终被停止使用，最终被废弃拆卸。错误技术选择的结果就是给公司带来实质性的财产损失。

下面，我们回到基夫赛特法建设的问题上。“Cominco”公司首先用控制器对其适用性进行检测，接着又进行了工业测验。自从1997年基夫赛特法的启动以来，“Cominco”公司进行了剩余的锌生产和冶炼，产量达每年12万吨铅，既20～25%的低品味矿被利用。

意大利的“Portovesme”公司自从1986年启动基夫赛特法以来每年的铅产量成功达到10万吨。现在它每年冶炼铅7万吨，铅冶炼中铅精矿、铅渣及废旧电池等的铅品位含量不超过46～48%。

其他的现代铅冶炼工艺主要使用高品位的铅矿原材料上。不低于45～50%的铅含量是这些工艺的基本要求。QSL法工艺在德国的“Stolberg”公司的一个铅厂运营的十分成功，主要是对二次物料和品位高达60～70%的铅进行生产。

澳斯麦特法/艾萨法 、卡尔多法和水口山法（QSL法在中国的变形，减少高炉及电炉中的炉渣）等工艺中对原材料品位的限制是由同样的因素决定的：以限制冶炼的温度模式。铅品位的降低影响到残渣熔化中铅的构成，也就意味着有降低温度的必要。所以，原材料中铅品位的降低伴随着铅块冶炼向烟尘转变的趋势，类似于著名的转化，烟化的含铅物熔化。基于这些原因，应用QSL法、卡尔多法和澳斯麦特法/艾萨法等工艺的铅生产，有时会被称为转换者。但是，在铜冶炼过程中同样的因素却被看作是优点(澳斯麦特法/艾萨法和瓦纽科夫工艺)，使锌的剩余物及残渣气化(澳斯麦特法/艾萨法)，或者脱铜铜电解软泥的灰化法(卡尔多法)，都是铅冶炼的障碍，例如：不考虑原材料的品位，最大限度的将铅加工成铅锭。

值得注意的是，原材料品位的局限不仅会影响到铅含量，同样也会影响到铁、锌和铜的含量。因此，原材料中所允许的最大铁锌含量或者说最小的铅含量受到冶炼温度限制（也就是铅汽化的程度）等的因素制约。例如：印度斯坦铅业公司在铁含量达到4～6%的情况下，铅熔炉中锌含量的限制达到5%

更重要的问题是原材料中铜含量的增加。不纯金属的冶炼取决于铅硫化物的高挥发性，导致在集中搅拌的熔化过程中，铅恢复为烟尘的增长。伴随完全直接脱硫的冶炼导致铁的过氧化及升高残渣熔化及金块温度的可能性。经澳斯麦特法检验，铅冶炼过程中，类似于其他工艺的硫化物氧化的化学消费具体如图1。

提高炉渣和铅块的温度的必要性由已直的铅中的铜溶解度的温度依赖性决定。铅电解液的过度加热加快了铅变成烟尘，增加了残渣的损耗和冶炼过程中工作环境的污染。另外，冶炼阶段的残渣的过氧化导致了磁化表面和铅中有限的铜溶解度的形成，在减少阶段，在元件的较冷部位形成金属表面。如果说在减少阶段磁铁矿沉淀和残渣中铅流失增加等问题能够被控制，直接脱硫铜铅原料的冶炼中铜渣沉淀的问题却不可避免。(Cu/Pb>0.02)

图 1 –含铅50%的铅精矿的熔炼

 

因此，现代铅冶炼工艺比较分析的关键是他们所意识到的原材料冶炼和降低氧化的原则，这限制了原材料的品位。

如上面所述，由于铅原材料直接冶炼过程中铅化合物的高挥发性很容易引起从块状冶炼到气体冶炼这种技术的转变。相似的变革因素是:

——铅硫化物氧化以及铅挥发性化合物的汽化的速率由原材料冶炼的温度模式决定。

——氧化铅的减少和汽化速率由残渣熔化压缩时的温度模式决定。

——发展表面氧化反应，减少铅挥发性化合物的反应和汽化。

——在氧化和压缩过程中保持铅残渣熔化的时间。

在所有现代铅冶炼工艺中只有基夫赛特法没有集中活跃的铅残渣电解液。因此，只有KIVCET允许铜铅和合金的原材料进行冶炼，也没有对铅冶炼烟尘提纯提出过多要求，这也就消除了装置中铜渣的形成。

基夫赛特法是唯一的具有连续性的工艺。提供了在一个熔炼轴中的氧化，压缩和冶炼阶段中较为高速的硫化物氧化和氧化铅的减少（看图2）。硫化物在火焰里氧化的时间是1～3秒，碳层中铅的氧化是40～160秒。从而，实际上所建立的铅恢复成烟尘所需要的温度依然为基夫赛特法中铅块的冶炼提供了稳定的模式。而铅块的冶炼可以应用于不同登记的铅和合金原材料。

另一种情形出现在气泡过程中原材料品位的恶化和相应模式温度的提高。在表2中澳斯麦特法气泡冶炼氧化阶段的实验数据，反映出来铅原材料过程中随着品位的降低提纯铅的戏剧性的增长。实际上,由于气泡过程中，铅残渣减少，导致铅尘相对的水平不同，在冶炼烟尘的铅产量比所出示的数据要高。这些数据说明“Cominco”公司起用QSL法不成功的经验，是由于其75%用的是铅生产剩余物。

图2 –KIVCET装置中铅原材料的冶炼

表 2铅在气泡熔炼各产物中的分布

物料品位	铅含量%	冶炼温度оС	到金属中的回收率%	渣含铅 %	分布率， %		把返尘计算在内的回收率%
					炉渣	烟尘
高	60～80	1000～1100	75～85	40～60	5～15	5～15	90
中	45～60	1100	35～60	25～40	25～45	15～20	55～75
低	<45	1150～1250	20～50	20～30	30～50	20～30	50～70

因此，在密集流动溶解液中低品位的原材料的冶炼不可避免的和铅恢复成烟尘的程度联系在一起。这也就使得在锌剩余物的冶炼过程中，在烟尘的状态下使用澳斯麦特法成为可能，在韩国Onsan的朝鲜锌工厂中正在做着这方面的实践。

比较现代铅冶炼工艺的工业操作的经验，可以得出这个结论：为了铅生产的技术化和现代化，选择技术时应优先考虑的标准是计划中原材料的品位。

在上世界八十年代末，考虑到卡尔多法和QSL法过程特异性, 国际铅锌研究小组的专家观察到他们处理高品位精铅和半成品铅材料的能力，包括废电池和铅化工生产的废物。目前，在同样的应用范围里卡尔多法和 QSL法工艺可以成功的完成铅冶炼的气泡过程。而澳斯麦特法/艾萨法和水口山法是后来才出现的。铅、锌和铜的联合生产商应该选择KIVCET比较适合，因为只有这种工艺能够从不同品位的合金原材料中有效而稳定的冶炼铅块。范围更广，各种品位的原材料包括铅和合金，锌生产的剩余物，铅尘还有任何比例的半成品材料。基夫赛特法有着其他任何工艺都难以媲美的优势。

KIVCET的最大优点是工艺的高效率和可靠性，是对耐火衬炉的巨大挑战，也是冶炼装置中建设性的因素。密集流动溶解液是这种优势的基础。它使得过程达到操作时间用途的有效率，在其他现代冶炼技术中没有类似的功能。装置寿命  

不少于24个月，其他的工艺只有3～9个月。开工率0.92～0.94，其它技术为 0.6～0.85。

对已知铅冶炼工艺的分析表：KIVCET 是超过所有常规方法“烧结－鼓风炉熔炼”的技术能力的唯一技术，并有能力更新铅冶炼的生产工艺。

总结：

现代铅冶炼工艺的技术分析表明这些工艺的技术组织的特异性使得原材料品位成为更新铅生产的技术选择的关键性技术因素和基础。

对原材料的品位对选择铅冶炼技术的影响的相似评价并不意味着其他因素，定义生产经济不被考虑其中。简单来说，考虑到原材料等级的选择过程的技术应用只是完成了第一步而已。