專利名稱：鉛渣還原的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用頂吹浸沒噴槍注射的鉛渣還原的方法。
背景技術(shù)：
頂吹浸沒噴槍(TSL)注射是在20世紀(jì)70年代初期發(fā)展起來的。自那時(shí) 以來，該技術(shù)已成為廣泛用于處理一系列非鐵的、鐵類的和廢料的新啟動(dòng) 設(shè)備。
TSL技術(shù)采用了浴熔煉系統(tǒng)，其中垂直懸浮噴槍的下槍頭浸沒在合適 熔爐所含的浴的熔渣層中。諸如空氣或者空氣和氧氣等處理氣體以及燃料 通過噴槍注入到爐渣中。燃料在槍頭處燃燒，為熔爐提供熱量。注射在爐 渣中產(chǎn)生紊流，并濺射爐渣，使得爐渣徹底混合。在處理氣體流經(jīng)噴槍時(shí) 控制它的渦流，使噴槍外表面充分冷卻，從而凝固濺射在噴槍上的爐渣并 形成在高度侵蝕性熔爐環(huán)境中保護(hù)噴槍的爐渣層。
TSL浴熔煉系統(tǒng)利用爐渣中或作為進(jìn)料供到浴中的硫化物、氧化物和/ 或金屬成分與浴中所含的氧氣和氧化鐵之間的反應(yīng)。關(guān)鍵工藝現(xiàn)象包括進(jìn) 料溶解、能量轉(zhuǎn)移、反應(yīng)和初級(jí)燃燒，所有這些現(xiàn)象均發(fā)生在爐渣層中。 通過噴槍的浸沒注射造成的爐渣的激烈攪拌確保了反應(yīng)迅速發(fā)生，并且滯 留時(shí)間短。
通過調(diào)節(jié)供應(yīng)到噴槍并經(jīng)過它的燃料與氧氣的比例以及還原劑與供料 的比例，能夠控制氧化和還原過程的處理程度。通過從強(qiáng)烈氧化到強(qiáng)烈還 原條件的一系列條件，能夠操作熔爐。
TSL技術(shù)已被用于在約95(TC 1200'C的溫度下熔煉鉛精礦和二次進(jìn) 料，優(yōu)選為1000°C~1100°C，以直接生產(chǎn)粗鉛和富鉛爐渣，如具有30 50 重量％鉛的爐渣。粗鉛，如約98%的鉛含量，是在熔煉過程中從熔爐定期 流出的，并轉(zhuǎn)移到鉛精煉廠。剩下的爐渣被進(jìn)行鉛還原操作，從而進(jìn)一步 回收鉛并產(chǎn)生可廢棄的低鉛爐渣?，専掃€產(chǎn)生鉛煙產(chǎn)品，其被返回到后續(xù)熔煉循環(huán)中，以最大限度地將鉛回收為粗鉛。
在某些情況下，通過使用這種TSL技術(shù)產(chǎn)生的高鉛爐渣已被送到鼓風(fēng) 爐以進(jìn)行還原，并進(jìn)一步回收粗鉛。然后，鼓風(fēng)爐出來的爐渣被送到爐渣 煙化爐，以作為煙回收鋅。在其他情況下，高鉛爐渣被進(jìn)一步應(yīng)用TSL技 術(shù)進(jìn)行還原和煙化階段。
在三個(gè)階段的批處理工藝中，已經(jīng)使用與熔煉的第一階段相同的反應(yīng) 器分別作為還原的第二階段和煙化的第三個(gè)階段來進(jìn)行TSL處理熔煉得到 的高鉛爐渣。在另一種方式中，從連續(xù)的TSL熔煉爐中定期流出高鉛爐渣， 并轉(zhuǎn)移到第二熔爐，在第二熔爐中爐渣被進(jìn)行還原階段以及任選的煙化階 段。在每一種情況下，在比熔煉階段中所用更低的氧氣壓力和更高的溫度 下，約1250°C，進(jìn)行還原階段。在還原階段中從爐渣中作為粗鉛回收鉛， 其流出用于下游精煉。還原階段的鉛煙產(chǎn)品被循環(huán)到熔煉階段，以最大限 度地將鉛回收為粗鉛。由此產(chǎn)生的低鉛爐渣，如約5%的鉛含量，可以單獨(dú) 流出和處理，或者可以進(jìn)行TSL煙化步驟，以清潔爐渣并最大限度地回收 金屬。
在TSL爐渣煙化階段使用了比還原階段更強(qiáng)烈的還原熔爐環(huán)境。TSL 操作的激烈的浴紊流和氣體動(dòng)力學(xué)被用來除去大部分作為煙的鉛和鋅，剩 下的爐渣適合丟棄，如約0.5重量％的鉛含量和約3重量％的鋅含量。當(dāng)鉛 精礦已被熔煉時(shí)，從還原階段出來的爐渣通常含有大量的鋅，在這種情況 下，從煙化階段出來的煙產(chǎn)品中氧化鋅很高，如約50~70重量％的鋅含量。 這種煙不適合再循環(huán)到熔煉階段，而需要從單獨(dú)處理的系統(tǒng)中除去，以回 收鋅和鉛。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種還原含鉛爐渣的改進(jìn)方法。爐渣可以來源于鉛源材 料的TSL熔煉，如鉛精礦、包括鉛酸電池和再循環(huán)的含鉛金屬的二次鉛源 中的至少一種。然而，本發(fā)明還可以應(yīng)用于從其他來源的合適的含鉛爐渣， 如另一種浴熔煉方法。另外，雖然來源于鉛精礦的TSL熔煉的爐渣的鉛含 量可以為40-50重量％，但是本發(fā)明的方法中可以使用具有更低或更高鉛含 量的爐渣。事實(shí)上，在低端值時(shí)，鉛含量只需要在足以保證還原爐渣以實(shí)現(xiàn)爐渣中的鉛含量為約5重量％的水平。
經(jīng)由熱冶路線的鉛的傳統(tǒng)加工涉及到采用各種類型的設(shè)備通過碳質(zhì)材 料還原高鉛爐渣。鉛鼓風(fēng)熔爐通常使用相對(duì)昂貴的焦炭作為碳質(zhì)還原劑。
現(xiàn)代的浴熔煉技術(shù)，如TSL技術(shù)，采用更便宜的碳質(zhì)還原劑煤。我們發(fā)現(xiàn)， 在使用TSL技術(shù)的爐渣還原中使用另一種還原劑而不是煤或其他碳質(zhì)還原 劑，能夠獲得意想不到的優(yōu)點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種鉛渣還原的方法，其中對(duì)所述爐渣進(jìn)行含氧氣 體和燃料的頂吹浸沒噴槍(TSL)注射，所述TSL注射是經(jīng)由下槍頭浸沒在所 述爐渣中的垂直懸浮噴槍進(jìn)行的，從而在所述爐渣中產(chǎn)生燃料在其中燃燒 的燃燒區(qū)，并產(chǎn)生在所述噴槍的下方區(qū)域上形成因所述注入氣體的冷卻作 用而凝固的爐渣涂層的紊流條件。所述TSL注射在使用硫化物材料作為還 原劑的還原條件下進(jìn)行，以將所述爐渣中的鉛還原成金屬鉛，從而形成能 夠作為粗鉛流出的熔融鉛相。
所述硫化物材料可以是與鉛渣還原的鉛回收方法相容的任何含硫化物 的材料。所述硫化物材料可以是諸如整體鉛/鋅/銀精礦等整體精礦、鉛或鋅 精礦、硫化物浮渣、黃鐵礦以及這些材料中的兩種或更多種的混合物。所 述硫化物材料優(yōu)選是鉛精礦，例如被熔煉以產(chǎn)生將要經(jīng)受本發(fā)明的鉛渣還 原的爐渣的那些。
本發(fā)明的方法不需要使用碳質(zhì)還原劑。雖然小比例的碳質(zhì)還原劑可以 容忍，但是這不是所希望的，因?yàn)樗鼤?huì)部分地減小單獨(dú)利用硫化物材料作 為還原劑所得到的優(yōu)點(diǎn)。另外， 一些精礦含有一定比例的碳質(zhì)材料，如石 墨，而該比例的增加不是所希望的。
由于不需要碳質(zhì)還原劑，因而使用硫化物材料作為還原劑降低了溫室 氣體的排放。即，基本上避免了CO和C02的產(chǎn)生，但是小量C02會(huì)產(chǎn)生， 因?yàn)榱蚧锊牧虾醒趸a(chǎn)物如碳酸鉛和石墨材料。
使用硫化物材料作為還原劑導(dǎo)致產(chǎn)生S02。然而，可以理解，熔爐廢氣
中的S02含量能夠被回收和利用，如用于生產(chǎn)硫酸。
如后面說明的那些，本發(fā)明還具有進(jìn)一步的實(shí)用優(yōu)點(diǎn)。令人驚異的是， 使用硫化物材料還原劑能夠更好地分離鉛和鋅，從而更加有效地處理。此 外，如果硫化物材料含有鉛，硫化物材料還原劑使得在每個(gè)熔煉/還原循環(huán)具有較高的鉛生產(chǎn)率。
特別是使用硫化鉛精礦作為硫化物材料還原劑時(shí)，本發(fā)明的鉛渣還原
方法非常適于用作含鉛進(jìn)料的TSL鉛精礦第一階段熔煉之后的第二階段。 所述第二階段可以在單獨(dú)的熔爐中進(jìn)行，而與所述第一階段熔煉所用的熔 爐不同。然而，在一個(gè)熔爐中進(jìn)行兩個(gè)階段(和任選的爐渣煙化的第三階段) 也有特殊的優(yōu)點(diǎn)。因此，在獲得所述第一階段熔煉中產(chǎn)生的足夠體積爐渣 時(shí)，僅必須
(i) 在所述第一階段結(jié)束后繼續(xù)而不是停止加入硫化鉛精礦；和
(ii) 將所注入的含氧氣體的氧氣含量從所述第一階段中使用的水平降 低到適于所述第二階段中所需的較低氧氣壓力的水平。
在所述第一階段中(不論第二階段中使用相同或不同的熔爐)，氧氣用作
驅(qū)動(dòng)力，以通過直接反應(yīng)使硫化鉛轉(zhuǎn)化成鉛金屬
PbS + 02(g) — Pb①+ S02(g) (1) 競爭反應(yīng)如下
PbS + 3/2 02(g) — PbO(1) + S02(g) (2)
PbS — PbS(g) (3)
PbO(D — PbO(g) (4)
Pb(1) —Pb(g) (5)。
在這種Pb-S-O體系中，所述鉛可以是金屬、爐渣或煙氣相中的任一種。
在所述第二爐渣還原階段中，使用硫化物材料還原劑還原所述爐渣中 的氧化鉛。用于使用所述硫化物材料還原劑的鉛精礦的以下方程式描述了 1200'C下涉及到的反應(yīng)
2PbO(爐渣)+ PbS — 3Pb(1) + S02(g)
2PbO(爐渣)+ PbS ~> 3Pb(g) + S02(g)
2ZnO(爐渣)+ PbS ~> Pb(1) + 2Zn(1) + S02(g)
2ZnO(爐渣)+ PbS 4 Pb(1) + 2Zn(g) + S02(g)
從方程式(6) (9)可以確定，通過使用硫化鉛如硫化鉛精礦進(jìn)行還原，有 利于平衡鉛到熔融粗鉛相和作為氧化鋅的鋅到爐渣的行為。這樣增強(qiáng)了鉛 和鋅之間的分離，可以在還原階段去除鉛，從而在后面的煙化中最大限度 地在爐渣中保留鋅。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，爐渣還原階段的關(guān)鍵是硫在粗鉛中積累之
K=26.7 (6)
K=1.2xl0_6 (7)
K=3.4xl0-7 (8)
K=4.5 x IO國6 (9)。前，可以通過硫化鉛從爐渣還原鉛的程度。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，爐渣中的鉛水平可
以在熔爐廢氣中的二氧化硫水平開始減少之前降低到約5%鉛，這表明方程式(6)的反應(yīng)基本上減小或不再是有效的。


為了更容易理解本發(fā)明，下面參考附圖，其中圖l是部分切開的透視圖，顯示適用于本發(fā)明中的TSL熔爐；
圖2顯示用于從硫化鉛精礦TSL回收鉛的現(xiàn)有技術(shù)的三個(gè)階段方法的流程圖3顯示用于從硫化鉛精礦TSL回收鉛的根據(jù)本發(fā)明的三個(gè)階段方法的流程圖4是相應(yīng)于圖3方法的多熔爐方法的示意性流程圖；圖5顯示圖4的另一種流程圖6顯示在圖2~圖5所示方法的第一階段的平衡條件下鉛在爐渣、金屬和煙氣之間的理論分布；和
圖7顯示在相應(yīng)于圖3流程圖的根據(jù)本發(fā)明方法的典型操作中鉛和鋅的對(duì)照?qǐng)D。
圖1顯示適用于本發(fā)明中的TSL熔爐10，但顯示為部分切開的，以露出內(nèi)部。熔爐IO具有圓柱形下部12,用于容納包括爐渣或具有爐渣上層的熔融浴14。熔爐10具有從下部12上端延伸的不對(duì)稱的截頭錐頂部16和在部分16上方的排出煙道1S。熔爐10的部分12和16通常具有鋼質(zhì)外殼20，而外殼用適合的耐火材料22作為襯里。
垂直懸浮噴槍24延伸到熔爐10，接近部分12的軸。噴槍24穿過頂部16，并能夠通過與噴槍24上端連接的滑架(未顯示)上升或下降?；芸稍趯?dǎo)向結(jié)構(gòu)(也未顯示)上垂直移動(dòng)。利用噴槍24，含氧氣體和適合的燃料能夠注入浴14中。另夕卜，進(jìn)料能夠通過進(jìn)口 26被加到熔爐10中，落入浴14中。提供用于基本上密封熔爐部分16中的噴槍24所經(jīng)過的開口周圍和端口26的裝置(未顯示)。另外，熔爐10保持在低于大氣壓力，以防止氣體未通過煙道18而從熔爐IO逸出。所示結(jié)構(gòu)中的噴槍24包括同心排列的外管27、中間管28和內(nèi)管29。外管27在距離噴槍24的下槍頭上方和浴14上方的一定距離處終止。管28和29大致相同長度。用于冷卻中間管28外表面的處理氣體能夠經(jīng)由管道30供應(yīng)到管27和28之間的環(huán)形空間。含氧氣體能夠經(jīng)由管道31供應(yīng)到管28和29之間的環(huán)形空間。燃料能夠經(jīng)由管道32供應(yīng)到管29的孔。雖然沒有顯示出，但是在噴槍24下槍頭附近的管28和29之間的空間中設(shè)有渦旋裝置，賦予含氧氣體螺旋流，從而增強(qiáng)氣體和燃料在噴槍24的槍頭處的混合。如果燃料是固體，如細(xì)顆粒煤，那么可以夾帶在載氣中。然而，燃料也可以是合適的碳?xì)浠衔餁怏w或液體。
一旦啟動(dòng)熔爐10，則噴槍24降低到其下槍頭高于最初靜態(tài)浴14的位置。經(jīng)由管道31供應(yīng)的含氧氣體和經(jīng)由管道32供應(yīng)的燃料，通過點(diǎn)燃噴槍的下槍頭流出的含氧氣體和燃料的混合物，點(diǎn)燃噴槍24。以高速經(jīng)噴槍供應(yīng)使燃料燃燒的材料，從而在浴14的爐渣中產(chǎn)生非常強(qiáng)的射流和濺射。管27下端以下的管28的外表面被熔融爐渣覆蓋，并由于含氧氣體冷卻管28而凝固形成保護(hù)層34(參見放大的插圖A)。如果未預(yù)先開始，則開始冷卻氣體經(jīng)由管道30的流動(dòng)，這樣從管27下端流出的氣體進(jìn)一步冷卻管28。然后噴槍24下降，使其下槍頭浸沒在爐渣中，以在爐渣內(nèi)提供連續(xù)的浸沒注射和燃料燃燒。頂端浸沒注射在爐渣中產(chǎn)生大量的紊流，使得爐渣持續(xù)濺射，并且能夠獲得進(jìn)料與爐渣的緊密混合。然后，熔爐處于能夠進(jìn)行所需的熱冶過程的條件下。在這種過程中，冷卻氣體可經(jīng)由管道30供應(yīng)到管27和28之間的空間，從而流進(jìn)浴14上方的氣體空間36中。冷卻氣體進(jìn)一步有助于冷卻管28的外表面并維持固體爐渣涂層34。冷卻氣體可以是非氧化氣體，如氮?dú)?，或者可以是含氧氣體，如空氣。
下面參考圖2，圖2顯示用于通過TSL技術(shù)從鉛源材料回收鉛的三個(gè)階段方法的流程圖。該方法包括熔煉階段(SMELT stage)、然后是還原階段(REDUCTION stage)以及最后的煙化階段(FUMING stage)。在第一熔煉階段中，鉛源材料如鉛精礦在TSL熔爐中熔煉，例如圖1所示的熔爐10。在TSL熔爐中，源材料和助熔劑材料被供應(yīng)到爐渣浴中，并通過含氧氣體和燃料的頂吹浸沒噴槍注射熔煉，在爐渣中產(chǎn)生紊流并燃燒燃料和含氧氣體的混合物。在熔煉階段中，鉛源材料連同鉛循環(huán)流一起進(jìn)料。這些流包括從熔煉 階段和還原階段來的富鉛煙以及從煙化階段來的富鋅煙的單獨(dú)處理的鉛殘 余物。然而，除了鉛精礦之外，鉛來源的材料可以包括二次鉛源，包括鉛 酸電池和/或再循環(huán)的含鉛金屬。在輕微氧化條件下進(jìn)行熔煉階段，溫度范
圍為950°C~1200°C，優(yōu)選1000°C~1100°C，這取決于爐渣化學(xué)和源材料的 等級(jí)。
除了富鉛煙之外，熔煉階段產(chǎn)生粗鉛和高鉛含量的爐渣作為氧化鉛。 因此，在形成爐渣的助熔劑存在下進(jìn)行熔煉。再循環(huán)流有助于最大化進(jìn)料 流的鉛含量，并因而增加轉(zhuǎn)變?yōu)榇帚U的鉛量。
粗鉛從熔爐定期流出并送至精煉。收集富鉛煙并再循環(huán)到熔煉階段。 當(dāng)熔煉爐達(dá)到容量時(shí)，鉛含量例如30~50重量％的高鉛爐渣流出。然而，爐 渣要么留在用于熔煉的熔爐中，從而能夠在流出之前在還原階段中進(jìn)一步 回收鉛，或者優(yōu)選在仍處于熔融狀態(tài)的同時(shí)被轉(zhuǎn)移到也如圖1所示的第二 個(gè)TSL熔爐，并在其中進(jìn)行還原階段。
還原階段涉及到通過頂端浸沒注射回收從熔煉階段來的高鉛爐渣中所 含的鉛。對(duì)于這一點(diǎn)，通過加入還原劑煤并控制噴槍注射條件，具體是氧 氣與燃料比例，來維持熔爐中的還原條件。這些條件使得氧化鉛還原成金 屬鉛，產(chǎn)生粗鉛，并留下鉛水平較低的爐渣，例如約5%的鉛。爐渣中的低 水平鉛要求在較高溫度下進(jìn)行爐渣還原，例如在120(TC 125(TC的范圍內(nèi)， 因?yàn)闋t渣液相線溫度上升。
還原階段的產(chǎn)品是粗鉛、富鉛煙和含有例如約5%鉛和基本上較高水平 鋅的爐渣。粗鉛定期流出并送至精煉。收集富鉛煙并再循環(huán)到熔煉階段以 最大化鉛到粗鉛的直接回收。高鋅爐渣，如果未從熔爐流出，則儲(chǔ)存并單 獨(dú)處理，并留在還原階段的TSL熔爐中，或轉(zhuǎn)移到另一個(gè)TSL或其他熔爐 中，用于最后回收金屬價(jià)值。
煙化階段回收最后的金屬價(jià)值至氧化物并產(chǎn)生適合丟棄或用作例如建 筑材料、爐渣水泥或道路建設(shè)等的爐渣。為回收金屬價(jià)值，處理操作溫度 提高到約1300°C。從之前的還原階段連續(xù)供應(yīng)還原劑煤，并加到爐渣中， 以產(chǎn)生更強(qiáng)烈的還原浴條件?？刂泼核俾?，以產(chǎn)生足夠低的氧氣壓力，例 如約10-8個(gè)大氣壓，從而促進(jìn)揮發(fā)性鉛和鋅的煙化。然后，這些金屬在浴上方被氧化，由此產(chǎn)生的煙收集在與熔爐連接的氣體處理系統(tǒng)中。用于鉛和鋅蒸氣氧化的氧氣可通過用于頂端浸沒注射的噴槍供應(yīng)到熔爐，如在圖1
所示噴槍24的情況下經(jīng)由管27。然而，可選擇地，氧氣可以通過替代設(shè)備供應(yīng)到浴上方。
圖3所示的寬泛形式的方法類似于參照?qǐng)D2所述的。因此，對(duì)圖3的說明將限于不同的事項(xiàng)。基本和重要的區(qū)別是，按照本發(fā)明進(jìn)行還原階段。
還原階段也要求通過加入還原劑并控制噴槍注射條件，具體是氧氣與燃料比例，來維持TSL熔爐中的還原條件。然而，沒有使用碳質(zhì)還原劑如煤，硫化物材料，如之前詳細(xì)說明的，而是優(yōu)選將硫化鉛精礦加到浴中，并通過上面詳細(xì)說明的方程式(6) (9)的反應(yīng)還原爐渣的氧化鉛。
因此，如果還原階段是在與用于僅包括硫化鉛精礦的鉛源材料的熔煉階段所用的相同的TSL熔爐中，那么硫化鉛的進(jìn)料能夠通過這兩個(gè)連續(xù)階段持續(xù)。這兩個(gè)階段之間的過渡沒有以終止將源材料加到TSL熔爐中和開始將不同的還原劑材料加到TSL熔爐中為特征(在圖2的方法中在終止加入鉛源材料時(shí)開始加入還原劑煤)。相反，這種過渡的特征是，持續(xù)加入源材料，并且在沒有加入碳質(zhì)還原劑的情況下，改變條件，使得不是硫化鉛源材料被氧化而如熔煉階段中那樣增加爐渣的鉛含量，而是還原階段中的源材料將爐渣中的氧化鉛還原成轉(zhuǎn)變?yōu)榛旧蠟榇帚U的金屬鉛。通過停止加入硫化物熔煉反應(yīng)用的氧氣以及降低通過頂端浸沒注射供應(yīng)的氧氣與燃料的比例，可以實(shí)現(xiàn)條件變化。同時(shí)，增加燃料的加入速率，以將浴溫度從950'C升到1200°C，優(yōu)選從熔煉階段的1000。C 110(TC升到還原階段的1200。C 1250。C。
相對(duì)于圖2的還原階段，圖3的還原階段由于在還原階段中基本上避免了加入碳質(zhì)還原劑如煤，因此通過較少依賴于利用碳質(zhì)還原劑的總共三個(gè)階段的方法，降低了溫室氣體的排放。因此，還原階段中二氧化碳的產(chǎn)生大大減少，而且只發(fā)生到鉛精礦的任何碳含量和燃料燃燒的程度。此外，在圖3的整個(gè)方法中，更好地分離鉛和鋅，從而可以更有效地處理，同時(shí)進(jìn)料的更少稀釋生產(chǎn)更高直接回收的鉛。此外，使用硫化鉛作為還原劑導(dǎo)致產(chǎn)生二氧化硫，并且廢氣中的硫可被用來監(jiān)測(cè)方程式(6卜(9)的反應(yīng)的進(jìn)展情況。此外，可以處理根據(jù)本發(fā)明的還原階段中產(chǎn)生的較低二氧化硫廢氣以回收二氧化硫，如果不需要?jiǎng)t直接送到酸廠。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在圖3的還原階段中，爐渣中的鉛水平可以在粗鉛中的硫 積累達(dá)到不可接受的水平之前被降低到合適的水平。因此，例如，爐渣中
的鉛水平可以在廢氣中的二氧化硫水平開始減少之前至少降低至約5%，這 表明方程式(6)的反應(yīng)已不再是有效的。
在本發(fā)明的方法被用于三個(gè)階段方法的還原階段時(shí)，對(duì)于所有三個(gè)階 段利用一個(gè)TSL熔爐適于小型年度噸位。然而，由于再循環(huán)的水平，這樣 的操作需要足夠的容積，以便收容爐渣還原階段中產(chǎn)生的煙和爐渣煙化階 段中產(chǎn)生的煙。
兩個(gè)熔爐操作適用于中型設(shè)備。在圖4所示的例子中，TSL熔爐A用 于熔煉階段，而TSL熔爐B用于還原和煙化階段。在這種配置中，熔爐A 可以在不斷去除鉛的連續(xù)熔煉模式操作， 一旦已經(jīng)達(dá)到熔爐容量，定期流 出爐渣。從熔爐A流出的爐渣被轉(zhuǎn)移到熔爐B，在熔爐B以間歇操作模式 進(jìn)行爐渣還原階段。 一旦間歇操作已經(jīng)完成并由此產(chǎn)生的粗鉛已經(jīng)流出， 則作為熔爐B中的第二間歇操作開始煙化階段的最后爐渣清潔。
在圖4中，對(duì)于每個(gè)TSL熔爐A和B的附圖標(biāo)記表示與圖1所示的熔 爐10相同的特征。對(duì)于熔爐B，"還原劑"可以是鉛回收用的爐渣還原的第 一間歇操作的硫化鉛精礦和鋅回收用的爐渣煙化的第二間歇操作的碳質(zhì)還 原劑(優(yōu)選煤)。用實(shí)線表示連續(xù)過程，而用虛線表示間歇操作過程。
通過前述說明可以理解具有圖4所示配置的三個(gè)階段的操作。然而， 圖4也顯示適合的廢氣處理。對(duì)于熔爐A，廢氣傳遞到在其中提取熱能的 冷卻單元40。氣體從單元40傳遞到用于去除顆粒的清潔單元42，從而收 集富鉛煙。在單元42之后，氣體傳遞到在其中捕獲硫的單元44。最后，氣 體傳遞到排出煙囪46。對(duì)于熔爐B，以實(shí)線表示對(duì)從爐渣還原階段來的廢 氣的處理，而以虛線表示對(duì)從煙化階段來的廢氣的處理。在每種情況下， 廢氣在單元50中冷卻和在單元52中清潔。富鉛煙在硫化鉛精礦的爐渣還 原過程中從單元52被回收，而富鋅煙在爐渣煙化階段過程中從單元52被 回收。在爐渣還原階段中，從單元52來的氣體傳遞到捕獲硫的單元44，然 后傳遞到煙囪46。然而，在煙化階段中，從單元52來的氣體直接傳遞到煙 囪46，因?yàn)樗鼈兓旧蠜]有二氧化硫。從單元42和52被回收的富鉛煙再循環(huán)到熔爐A。
圖5顯示另一種兩個(gè)熔爐的系統(tǒng)。在這個(gè)例子中，熔煉和還原階段均在熔爐A中進(jìn)行，而熔爐B用于在煙化階段中的鋅去除。從對(duì)圖4系統(tǒng)的說明可以容易地理解使用圖5系統(tǒng)的整體操作。因此，對(duì)它的進(jìn)一步說明將限于圖5的系統(tǒng)不同于圖4的系統(tǒng)的事項(xiàng)。
在圖5中，作為熔爐A中的連續(xù)間歇操作進(jìn)行熔煉階段和爐渣還原階段。在爐渣還原階段結(jié)束時(shí)從熔爐A流出的爐渣轉(zhuǎn)移到通過煙化階段進(jìn)行最后爐渣清潔的熔爐B。在熔煉階段中，硫化物精礦(連同二次料、回收料、再循環(huán)料)和助熔劑被加到熔爐A中并熔煉。在熔煉階段結(jié)束時(shí)，進(jìn)行用于爐渣還原的變化。為此，持續(xù)加入硫化鉛精礦和助熔劑，而停止二次料、回收料和再循環(huán)料。另外，調(diào)節(jié)注入氣體的氧氣含量，以實(shí)現(xiàn)爐渣還原階段中所需的較低的氧氣壓力。在熔煉和爐渣還原階段的每一階段中，廢氣傳遞到冷卻單元40，然后傳遞到用于去除顆粒的清潔單元42，從而收集富鉛煙。對(duì)于熔煉和還原階段的每一階段，氣體然后傳遞到捕獲硫的單元44，然后傳遞到煙囪46。在爐渣煙化階段中，廢氣傳遞到單元50進(jìn)行冷卻，然后傳遞到單元52回收富鋅煙，然后傳遞到煙囪46，而不需要捕獲硫。
在熔煉階段中被單元42回收的富鉛煙以及在爐渣還原階段中被單元42回收的富鉛煙再循環(huán)到熔爐A中的進(jìn)一步熔煉階段。
對(duì)于大規(guī)模設(shè)備，可以使用利用三個(gè)TSL熔爐的三熔爐結(jié)構(gòu)。三個(gè)階段中的每個(gè)階段能夠在各自熔爐中連續(xù)地進(jìn)行。液態(tài)爐渣經(jīng)由流堰和流槽從熔煉階段熔爐連續(xù)流到爐渣還原階段熔爐，并相似地從爐渣還原階段熔爐流至煙化階段熔爐。從熔煉和爐渣還原熔爐取出粗鉛。從煙化熔爐最后丟棄的爐渣可以通過丟棄用流堰連續(xù)流出。
參考圖6，圖6顯示在圖2~圖5所示方法的熔煉階段中在使用HSCChemistry for Windows 5.1 (在www.sge.com從SGE Software獲得的化學(xué)反應(yīng)和平衡軟件)的平衡條件下鉛的理論分布。圖6的數(shù)據(jù)是針對(duì)給定的熔煉和一種特定的硫化鉛精礦的典型條件。圖6顯示在那些條件下鉛在爐渣、粗鉛和煙氣之間的重量百分比分布，針對(duì)噴槍注射的含氧氣體體積(在給定氧含量下)繪制，單位為標(biāo)準(zhǔn)立方米/噸精礦。
圖6表明，熔煉階段對(duì)于噴槍注射的含氧氣體的量敏感。在圖示的情況下，50 NmV噸精礦的差值可能意味著65%至70%的直接鉛金屬回收之間的差異。
圖6所示的平衡情況假設(shè)爐渣、鉛源材料和頂端浸沒注射的含氧氣體大致完全混合。雖然這種注射在爐渣中實(shí)現(xiàn)了高水平的紊流，但是浴并不是處于按這種模型所預(yù)測(cè)的平衡狀態(tài)。有許多因素對(duì)此起作用，包括
(a) 注入氣體僅接觸爐渣總量的一小部分，在整個(gè)體積內(nèi)的氧傳遞依賴于F^+ZFeS+氧化還原對(duì)，以將氧氣從注入氣體傳遞到爐渣中吸收的熔融的鉛源材料。
(b) 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于在噴槍槍頭以下混合，在噴槍槍頭以上獲得了更快混合。例如在約2分鐘可以實(shí)現(xiàn)在槍頭以上的大致完全混合，而在槍頭以下的混合可能需要高達(dá)約20分鐘。
(c) 如果硫化鉛精礦和助熔劑材料優(yōu)選被混合或攪拌，那么由于混合物
落入浴中并被加熱，因而固體有機(jī)會(huì)在爐渣中分散和熔融之前相互反應(yīng)。固體在與含氧氣體接觸之前接觸從水分中來的和熔煉反應(yīng)產(chǎn)生的氣體。因
此，鉛損失至煙的比例可能更小，在平衡條件下將是這種情況。
(d) 硫化鉛精礦的變化相當(dāng)大，包括關(guān)于任何石墨碳含量。在熔煉過程中需求大比例的氧氣可以是由于這種碳源的原因。鉛源材料的石墨碳含量的變化，如從約4變到10重量％，可能影響關(guān)于氧氣優(yōu)化控制方法的能力。
然而，盡管這些因素，圖6是熔煉階段中的鉛在爐渣、粗鉛和煙氣之間的一般分布水平的指示。在該階段中直接鉛回收能夠被優(yōu)化在例如約65~70%。全部三個(gè)階段中的鉛回收能夠穩(wěn)定在約95%，其中在還原階段中使用硫化物材料如硫化鉛精礦作為還原劑與基于使用碳質(zhì)還原劑如煤的現(xiàn)有技術(shù)實(shí)踐具有可比性。其余5%的鉛歸因于煙化階段中產(chǎn)生的富鋅煙中的鉛，并且鉛在該階段的丟棄爐渣中損失。
圖7顯示在還原階段中使用硫化物材料如硫化鉛精礦作為還原劑的有效性和從中得到的優(yōu)點(diǎn)。圖7是對(duì)照?qǐng)D，顯示在一個(gè)TSL熔爐中進(jìn)行的三個(gè)階段方法的連續(xù)熔煉、還原和煙化階段中，連續(xù)時(shí)間間隔之后，爐渣中的鉛和鋅的重量百分比。
在圖7所示方法的還原階段中，可以看出爐渣中的鉛水平迅速下降，其中使用硫化物材料作為還原劑，在這種情況下使用硫化鉛精礦，加到爐渣中的鋅中。反映鉛和鋅的這種差異，即作為粗鉛回收鉛，同時(shí)爐渣基本 上被保持并進(jìn)一步吸收鋅，比在還原階段中使用碳質(zhì)還原劑出現(xiàn)的程度明 顯更大。這使得鉛和鋅更好地分離，它們?cè)谶€原階段產(chǎn)生的煙更富鉛，在 煙化階段中產(chǎn)生的煙更富鋅。
最后，可以理解，在未背離本發(fā)明的精神或發(fā)明的范圍的情況下，可 以對(duì)前述構(gòu)造和部件排列作出各種變化、修改和/或增加。這種修改的一個(gè) 例子是可以使用其它帶有硫化物的材料作為還原劑，如整體精礦、硫化物 浮渣和黃鐵礦。
權(quán)利要求
1. 一種鉛渣還原的方法，其中對(duì)爐渣進(jìn)行含氧氣體和燃料的頂吹浸沒噴槍(TSL)注射，所述TSL注射是經(jīng)由下槍頭浸沒在所述爐渣中的垂直懸浮噴槍進(jìn)行的，從而在所述爐渣中產(chǎn)生燃料在其中燃燒的燃燒區(qū)，并產(chǎn)生在所述噴槍的下方區(qū)域上形成因所述注入氣體的冷卻作用而凝固的爐渣涂層的紊流條件，并且其中所述TSL注射在使用硫化物材料作為還原劑的還原條件下進(jìn)行，以將所述爐渣中的鉛還原成金屬鉛，從而形成能夠作為粗鉛流出的熔融鉛相。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述硫化物材料選自諸如整體鉛/鋅 /銀精礦等整體精礦、鉛或鋅精礦、硫化物浮渣、黃鐵礦以及這些材料中的 兩種或更多種的混合物。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述硫化物材料是鉛精礦。
4. 如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的方法，其中所述方法基本上在未使用 碳質(zhì)還原劑的情況下進(jìn)行。
5. 如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的方法，其中除了所述硫化物材料中存 在的碳質(zhì)材料，所述方法在未使用碳質(zhì)材料的情況下進(jìn)行。
6. 如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的方法，其中硫化鉛精礦用作所述硫化 物材料還原劑。
7. 如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的方法，其中所述方法作為含鉛進(jìn)料的 TSL鉛精礦第一階段熔煉之后的第二階段進(jìn)行以產(chǎn)生鉛產(chǎn)品和含鉛爐渣， 并且所述第一階段中產(chǎn)生的爐渣是所述第二階段用的含鉛爐渣。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第一階段的含鉛進(jìn)料是鉛精礦和包括鉛酸電池以及再循環(huán)的含鉛金屬的二次鉛源中的至少一種。
9. 如權(quán)利要求7或8所述的方法，其中所述各階段在各自的TSL熔爐 中進(jìn)行。
10. 如權(quán)利要求7或8所述的方法，其中所述各階段在一個(gè)TSL熔爐 中以間歇方式進(jìn)行。
11. 如權(quán)利要求7-10任一項(xiàng)所述的方法，其中所述第二階段后是第三 爐渣煙化階段。
12. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第二階段后是在與所述第二階 段相同的熔爐中進(jìn)行的第三爐渣煙化階段。
13. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述第二階段后是在第二TSL熔 爐中進(jìn)行的第三爐渣煙化階段。
14. 如權(quán)利要求10或13所述的方法，其中在獲得所述第一熔煉階段中 產(chǎn)生的足夠體積的爐渣時(shí)，通過以下步驟進(jìn)行從所述第一階段到所述第二 階段的變化(i) 在所述第一階段結(jié)束后繼續(xù)加入硫化鉛精礦；和(ii) 將所注入的含氧氣體的氧氣含量從所述第一階段中使用的水平降 低到適于所述第二階段中所需的較低氧氣壓力的水平。
15.如權(quán)利要求7-14任一項(xiàng)所述的方法，其中在氧氣用作驅(qū)動(dòng)力下進(jìn) 行所述第一階段，以通過直接反應(yīng)使硫化鉛轉(zhuǎn)化成鉛金屬PbS + 02(g) — Pb(1) + S02(g) (1) 競爭反應(yīng)如下PbS + 3/2 02(g) — PbO(1) + S02(g) (2) PbS — PbS(g) (3)<formula>formula see original document page 4</formula>
16.如權(quán)利要求7-15任一項(xiàng)所述的方法，其中所述第二階段在使得所 述爐渣中的氧化鉛在使用鉛精礦作為所述硫化物材料還原劑被還原的溫度 下進(jìn)行，所述溫度下涉及到的反應(yīng)是2PbO(爐渣)+ PbS ~> 3Pb(1) + S02(g) K=26.72PbO(爐渣)+ PbS — 3Pb(g) + S02(g) K=l .2x102ZnO(爐渣)+ PbS ~> Pb①+ 2Zn(1) + S02(g) K=3.4x102ZnO(爐渣)+ PbS ~> Pb(1) + 2Zn(g) + S02(g) K=4.5 x 10<formula>formula see original document page 4</formula>
17.如權(quán)利要求7-16任一項(xiàng)所述的方法，其中所述第二階段在1200°C -1250^的溫度下進(jìn)行。
18.如權(quán)利要求7-17任一項(xiàng)所述的方法，其中所述第一階段在950°C -1200°。的溫度下進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及鉛渣還原的方法，其中對(duì)爐渣進(jìn)行含氧氣體和燃料的頂吹浸沒噴槍注射，所述頂吹浸沒噴槍注射經(jīng)由下槍頭浸沒在該爐渣中的垂直懸浮噴槍進(jìn)行。該注射在該爐渣中產(chǎn)生燃料在其中燃燒的燃燒區(qū)，并產(chǎn)生在該噴槍的下方區(qū)域上形成因該注入氣體的冷卻作用而凝固的爐渣涂層的紊流條件。該注射在使用硫化物材料作為還原劑的還原條件下進(jìn)行，以將該爐渣中的鉛還原成金屬鉛，從而形成能夠作為粗鉛流出的熔融鉛相。
文檔編號(hào)C22B5/08GK101512024SQ200780032643
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2007年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月1日
發(fā)明者B·W·萊特富特, R·W·馬圖塞維茲 申請(qǐng)人:奧斯梅爾特有限公司