權利要求

1.無碳化鉛冶金裝置，其特征在于，包括將硫化鉛氧化為氧化鉛的底吹氧化爐和將氧化鉛還原為金屬鉛的氫氣底吹爐(12)； 所述底吹氧化爐內設有傾斜的多孔板(1)，所述多孔板(1)將所述底吹氧化爐分為氣倉(2)和料倉(3)，所述氣倉(2)位于所述多孔板(1)之下，所述氣倉(2)的頂端設有氧氣進氣管道(4)；所述料倉(3)位于多孔板(1)之上，所述料倉(3)靠近頂端的位置設有帶進料閥門(6)的進料倉(5)和第一排氣口(7)； 所述料倉(3)的底端通過第一旋轉出料器(8)與中轉倉(9)連通，所述中轉倉(9)連接有氮氣進氣管道(10)，所述中轉倉(9)的底部通過第二旋轉出料器(11)與氫氣底吹爐(12)的頂部連通； 所述氫氣底吹爐(12)的底部設有氣體底吹裝置(13)，所述氣體底吹裝置(13)的入口端連接有氫氣進氣管道(14)；所述氫氣底吹爐(12)的頂部設有第二排氣口(15)，所述第二排氣口(15)通過管道依次與氣固分離裝置(16)、氣體干燥器(17)和用于分離氮氣與氫氣的氮氫分離器(18)相連，所述氮氫分離器(18)的氮氣出口端通過管道與所述氮氣進氣管道(10)連通，所述氮氫分離器(18)的氫氣出口端與所述氫氣進氣管道(14)連通；所述氫氣底吹爐(12)靠近底部的位置設有出鉛口(19)。2.如權利要求1所述的無碳化鉛冶金裝置，其特征在于，所述底吹氧化爐的側壁為雙層結構，包括氧化爐內側壁和氧化爐外側壁，所述氧化爐內側壁與氧化爐外側壁之間設有對底吹氧化爐進行加熱的電加熱層。 3.如權利要求1所述的無碳化鉛冶金裝置，其特征在于，所述出鉛口(19)通過虹吸器(20)與鉛精煉裝置或鉛澆鑄裝置(21)相連。 4.如權利要求1所述的無碳化鉛冶金裝置，其特征在于，所述氫氣底吹爐(12)內設有熔渣清掃裝置(22)，所述熔渣清掃裝置(22)位于所述出鉛口(19)之上。 5.如權利要求1所述的無碳化鉛冶金裝置，其特征在于，所述氫氣底吹爐(12)的爐壁外依次設有電加熱層和保溫層。 6.如權利要求1所述的無碳化鉛冶金裝置，其特征在于，所述氫氣進氣管道(14)上設有增壓器(25)，所述氮氫分離器(18)的氮氣出口端設有壓力泵(26)。 7.如權利要求2所述的無碳化鉛冶金裝置，其特征在于，所述氧化爐內側壁與氧化爐外側壁的間距大于所述電加熱層的厚度，所述氧化爐內側壁與氧化爐外側壁之間設有立式彈簧(23)，所述立式彈簧(23)的兩端分別與氧化爐內側壁和氧化爐外側壁垂直固定連接，位于所述多孔板(1)之下的氧化爐內側壁上固定連接有振動器(24)。 8.采用如權利要求1所述的無碳化鉛冶金裝置進行鉛冶金的方法，其特征在于，包括如下步驟： 1)通過氮氣進氣管道(10)向中轉倉(9)通入氮氣，使中轉倉(9)內氮氣的壓力始終大于工作過程中料倉(3)以及氫氣底吹爐(12)內的氣壓； 2)將底吹氧化爐的爐內溫度升至400-750℃，并通過氧氣進氣管道(4)向氣倉(2)中通入空氣或氧氣，然后通過進料閥門(6)控制進料倉(5)向料倉(3)內加入硫化鉛精礦粉末，硫化鉛精礦粉末在多孔板(1)上與氧氣充分接觸反應生成氧化鉛粉末和二氧化硫氣體，二氧化硫氣體隨通入的空氣或氧氣從第一排氣口(7)排出，生成的氧化鉛粉末在重力分力和底吹氣體浮力的作用下沿多孔板(1)向下運動至第一旋轉出料器(8)； 3)打開第一旋轉出料器(8)氧化鉛粉末進入中轉倉(9)，然后關閉第一旋轉出料器(8)，并打開第二旋轉出料器(11)使氧化鉛粉末進入氫氣底吹爐(12)，然后再關閉第二旋轉出料器(11)； 4)將氫氣底吹爐(12)的爐內溫度控制在450-750℃，并啟動氣體底吹裝置(13)向爐內通入氫氣，使進入到氫氣底吹爐(12)中的氧化鉛粉末在氫氣的還原下生成金屬鉛。

說明書

技術領域

本發(fā)明涉及鉛冶煉技術，具體涉及一種無碳化鉛冶金裝置及冶金方法。

背景技術

目前，我國已經成為世界鉛的生產和消費大國。目前我國鉛冶煉行業(yè)的特點是工藝齊全，但生產規(guī)模普遍較小，企業(yè)的工藝技術及裝備水平參差不齊，有些企業(yè)已經跨人國際先進行列，技術經濟指標同比也是國際上的佼佼者，但也有相當多的鉛冶煉企業(yè)工藝落后，生產裝備原始，工人作業(yè)環(huán)境非常惡劣，經濟效益不理想，急需進行工藝改進。早期許多鉛冶煉企業(yè)對供應的原料要求是必須滿足自身的條件，而現在則是千方百計改進原有工藝操作條件，以適應各種復雜的原料特性來維持生產。隨著環(huán)保意識的增強，電力、鋼鐵和有色已經逐漸往控碳-低碳和無碳化方向發(fā)展，因此，實現這些行業(yè)主流工藝低碳和無碳化迫在眉睫。

目前從礦石或精礦中提取金屬鉛的方法，可以分為火法冶煉與濕法冶煉。鉛的冶煉幾乎都是火法，濕法煉鉛至今仍處于試驗階段。傳統(tǒng)的火法煉鉛以燒結焙燒-鼓風爐熔煉流程為主。直接煉鉛工藝出現以來，煉鉛技術有了較大的發(fā)展。上世紀80年代開始在工業(yè)應用的直接煉鉛方法主要是氧氣閃速電熱熔煉Kivcet法和氧氣底吹熔池熔煉QSL法，它將傳統(tǒng)的燒結焙燒-還原熔煉兩個火法過程合并在一個裝置內完成，提高了硫化礦原料中硫和熱的利用率，簡化了工藝流程，同時也改善了環(huán)境。目前我國新建或改造的鉛冶煉企業(yè)大部分采用該法，并且該技術已推廣到印度、澳大利亞等國，各項技術指標仍在不斷優(yōu)化之中。其它的熔煉方法，如富氧頂吹熔煉法、SKS法等，可以達到簡化工藝流程、改善環(huán)境的目的。雖然新工藝和新技術取得了很大的發(fā)展，但是并沒有淘汰傳統(tǒng)的鉛冶煉工藝。主要原因是傳統(tǒng)工藝過程易于掌握和控制，金屬回收率高，對各種原料適應性強，工藝成熟可靠。但傳統(tǒng)工藝有一些致命的弱點難以克服。這些缺點主要有：

1)返粉量大。由于PbS熔點低而造成的焙燒脫硫困難，要求燒結機進料含硫保持在5～7％，為此需配入3.5～4倍于原料量的返粉，燒結爐料配料時要根據爐料的含硫量加入一定量的返粉來沖稀爐料中的含硫量。整個燒結過程得到的實際燒結塊的量減少，而大量產物返粉又要返回到下一個過程處理，如此反復，使燒結焙燒過程是處在一個加工大量返粉條件下生產，無效消耗大。這不僅降低了設備能力，同時也限制了煙氣二氧化硫濃度的提高，為二氧化硫的回收帶來困難，而且返粉的制備須經燒結塊冷卻、多段破碎、運輸、配料等過程，從而加劇了鉛塵和煙氣對環(huán)境的污染。

2)能耗高。鼓風爐還原過程溫度高達1200-1500℃，最為先進的氧氣底吹煉鉛法中氧化段和還原段溫度分別達到1050-1100℃和1150-1250℃。

3)碳排放量高，還原過程以碳粉和空氣、O 2混合燃燒產生的CO還原為主，大量排放CO 2。

4)效率低。目前最先進的底吹鉛冶金技術中的還原階段，需要將粉煤、載體空氣、氧氣等底吹進入液態(tài)鉛液中，通過粉煤與空氣、O 2的放熱反應，實現2C+O 2＝2CO轉化和鉛液加熱。同時也產生副反應：2Pb+O 2＝2PbO。由于PbO密度較鉛低而上浮，并在上部再次與CO反應。即PbO+CO＝Pb+CO 2。經過兩個反應的反復積累實現對鉛的還原。

造成上述問題的根本原因有兩個：一是PbS燒結焙燒溫度高所致，因此，造成能耗高，在高溫下PbS和PbO易揮發(fā)；二是采用CO還原，產生CO 2排放。

發(fā)明內容

針對現有技術存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高效、低耗且綠色環(huán)保的無碳化鉛冶金裝置及冶金方法。

為了實現上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案予以實現：

一種無碳化鉛冶金裝置，包括將硫化鉛氧化為氧化鉛的底吹氧化爐和將氧化鉛還原為金屬鉛的氫氣底吹爐；

所述底吹氧化爐內設有傾斜的多孔板，所述多孔板將所述底吹氧化爐分為氣倉和料倉，所述氣倉位于所述多孔板之下，所述氣倉的頂端設有氧氣進氣管道；所述料倉位于多孔板之上，所述料倉靠近頂端的位置設有帶進料閥門的進料倉和第一排氣口；

所述料倉的底端通過第一旋轉出料器與中轉倉連通，所述中轉倉連接有氮氣進氣管道，所述中轉倉的底部通過第二旋轉出料器與氫氣底吹爐的頂部連通；

所述氫氣底吹爐的底部設有氣體底吹裝置，所述氣體底吹裝置的入口端連接有氫氣進氣管道；所述氫氣底吹爐的頂部設有第二排氣口，所述第二排氣口通過管道依次與氣固分離裝置、氣體干燥器和用于分離氮氣與氫氣的氮氫分離器相連，所述氮氫分離器的氮氣出口端通過管道與所述氮氣進氣管道連通，所述氮氫分離器的氫氣出口端與所述氫氣進氣管道連通；所述氫氣底吹爐靠近底部的位置設有出鉛口。

進一步地，所述底吹氧化爐的側壁為雙層結構，包括氧化爐內側壁和氧化爐外側壁，所述氧化爐內側壁與氧化爐外側壁之間設有對底吹氧化爐進行加熱的電加熱層。

進一步地，所述出鉛口通過虹吸器與鉛精煉裝置或鉛澆鑄裝置相連。

進一步地，所述氫氣底吹爐內設有熔渣清掃裝置，所述熔渣清掃裝置位于所述出鉛口之上。

進一步地，所述氫氣底吹爐的爐壁外依次設有電加熱層和保溫層。

進一步地，所述氫氣進氣管道上設有增壓器，所述氮氫分離器的氮氣出口端設有壓力泵。

進一步地，所述氧化爐內側壁與氧化爐外側壁的間距大于所述電加熱層的厚度，所述氧化爐內側壁與氧化爐外側壁之間設有立式彈簧，所述立式彈簧的兩端分別與氧化爐內側壁和氧化爐外側壁垂直固定連接，位于所述多孔板之下的氧化爐內側壁上固定連接有振動器。

本發(fā)明還涉及一種采用上述的無碳化鉛冶金裝置進行鉛冶金的方法，包括如下步驟：

1)通過氮氣進氣管道向中轉倉通入氮氣，使中轉倉內氮氣的壓力始終大于工作過程中料倉以及氫氣底吹爐內的氣壓；

2)將底吹氧化爐的爐內溫度升至400-750℃，并通過氧氣進氣管道向氣倉中通入空氣或氧氣，然后通過進料閥門控制進料倉向料倉內加入硫化鉛精礦粉末，硫化鉛精礦粉末在多孔板上與氧氣充分接觸反應生成氧化鉛粉末和二氧化硫氣體，二氧化硫氣體隨通入的空氣或氧氣從第一排氣口排出，生成的氧化鉛粉末在重力分力和底吹氣體浮力的作用下沿多孔板向下運動至第一旋轉出料器；

3)打開第一旋轉出料器氧化鉛粉末進入中轉倉，然后關閉第一旋轉出料器，并打開第二旋轉出料器使氧化鉛粉末進入氫氣底吹爐，然后再關閉第二旋轉出料器；

4)將氫氣底吹爐的爐內溫度控制在450-750℃，并啟動氣體底吹裝置向爐內通入氫氣，使進入到氫氣底吹爐中的氧化鉛粉末在氫氣的還原下生成金屬鉛。

本發(fā)明與現有技術相比，具有如下技術效果：

本發(fā)明以底吹氧化焙燒PbS+底吹氫氣還原PbO技術為核心，PbS燒結焙燒過程是在Pb-O-S共存的冶煉環(huán)境下進行的，因為SO 2的存在，將PbS全部轉化為PbO而不生成PbSO 4是非常困難的，其關鍵是必須將PbS置于完全O 2的環(huán)境中；本發(fā)明通過底吹氧化PbS，即2PbS+3O 2＝2PbO+2SO 2，借助外部空氣/O 2的壓力使生成的SO 2及時脫離剛生成得PbO顆粒，并始終使之保持空氣/O 2環(huán)境，有效避免了PbSO 4的生成。因為無需將PbSO 4在高溫下分解，可以在相對低溫下進行，能耗顯著降低。此外，由于溫度降低，PbS、PbO升華量降低，返粉量減少，氧化效率提高。

氫氣具有比C和CO更強的還原性，可以在PbO熔點(886℃)以下完成還原。在此溫度下，Pb處于液態(tài)，加之與其他雜質密度相差較大，有利于與渣分離。因此，還原溫度降低。加之，消除了傳統(tǒng)底吹還原過程中空氣或O 2對液態(tài)Pb氧化和再還原過程，還原效率顯著提升。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例涉及的無碳化鉛冶金裝置的結構示意圖。

圖中：1、多孔板；2、氣倉；3、料倉；4、氧氣進氣管道；5、進料倉；6、進料閥門；7、第一排氣口；8、第一旋轉出料器；9、中轉倉；10、氮氣進氣管道；11、第二旋轉出料器；12、氫氣底吹爐；13、氣體底吹裝置；14、氫氣進氣管道；15、第二排氣口；16、氣固分離裝置；17、氣體干燥器；18、氮氫分離器；19、出鉛口；20、虹吸器；21、鉛精煉裝置或鉛澆鑄裝置；22、熔渣清掃裝置；23、立式彈簧；24、振動器；25、增壓器；26、壓力泵。

具體實施方式

以下結合實施例對本發(fā)明的具體內容做進一步詳細解釋說明。

參照圖1，本實施例提供一種無碳化鉛冶金裝置，包括將硫化鉛氧化為氧化鉛的底吹氧化爐和將氧化鉛還原為金屬鉛的氫氣底吹爐12；

具體的，底吹氧化爐為傾斜的空心圓柱形結構，底吹氧化爐內設有傾斜的多孔板1，多孔板1的四周與底吹氧化爐內壁無縫連接，優(yōu)選的，多孔板1與底吹氧化爐的傾斜方向及角度一致，具體為30-60°，多孔板1為孔徑為5-20μm的燒結多孔板或者激光穿孔多孔板；多孔板1的長度及傾斜角度應能滿足硫化鉛離開多孔板1時完全氧化為氧化鉛；多孔板1將底吹氧化爐分為氣倉2和料倉3，氣倉2位于多孔板1之下，氣倉2的頂端設有氧氣進氣管道4，優(yōu)選的，氧氣進氣管道4的軸向與多孔板1平行，使得通入的空氣或氧氣可沿平行于多孔板1的方向進入氣倉2；料倉3位于多孔板1之上，料倉3靠近頂端的位置設有帶進料閥門6的進料倉5和第一排氣口7；

底吹氧化爐的側壁為雙層結構，包括氧化爐內側壁和氧化爐外側壁，氧化爐內側壁與氧化爐外側壁之間設有對底吹氧化爐進行加熱的電加熱層，電加熱層的厚度小于氧化爐內側壁與氧化爐外側壁之間的間距，氧化爐內側壁與氧化爐外側壁之間靠近底吹氧化爐上、下兩端的位置分別設有立式彈簧23，立式彈簧23的兩端分別與氧化爐內側壁和氧化爐外側壁垂直固定連接，并且位于多孔板1之下的氧化爐內側壁上固定連接有振動器24，振動器24震動時配合立式彈簧23的作用使得氧化爐內側壁和左右兩端與氧化爐內側壁固定連接的多孔板1類似于振動篩，用于控制多孔板1上粉末的流速；

料倉3的底端通過第一旋轉出料器8與中轉倉9連通，中轉倉9連接有氮氣進氣管道10，氮氣進氣管道10上設有開關閥門，中轉倉9的底部通過第二旋轉出料器11與氫氣底吹爐12的頂部連通；

氫氣底吹爐12的底部設有氣體底吹裝置13，氣體底吹裝置13的入口端連接有氫氣進氣管道14；氫氣底吹爐12的頂部設有第二排氣口15，第二排氣口15通過管道依次與氣固分離裝置16、氣體干燥器17和用于分離氮氣與氫氣的氮氫分離器18相連，其中，氮氫分離器18采用現有技術中氮氣與氫氣的分離技術進行分離，如利用密度進行物理分離或采用化學分離的方式，本申請不再贅述；氮氫分離器18的氮氣出口端通過壓力泵26接入氮氣進氣管道10，氮氫分離器18的氫氣出口端與氫氣進氣管道14連通，優(yōu)選的，氫氣進氣管道14上設有增壓器25；

氫氣底吹爐12靠近底部的位置設有出鉛口19，出鉛口19通過虹吸器20與鉛精煉裝置或鉛澆鑄裝置21相連；

氫氣底吹爐12內設有熔渣清掃裝置22，熔渣清掃裝置22位于出鉛口19之上；熔渣清掃裝置22用于對氫氣底吹爐12中生成的熔融態(tài)鉛表面漂浮的爐渣進行吹掃，聚到一起后從出渣口排出。

氫氣底吹爐12的爐壁外依次設有電加熱層和保溫層。

本實施例還涉及一種利用上述無碳化鉛冶金裝置進行鉛冶金的方法，具體包括如下步驟：

1)通過氮氣進氣管道10向中轉倉9通入氮氣，使中轉倉9內氮氣的壓力始終大于工作過程中料倉3以及氫氣底吹爐12內的氣壓；

2)將底吹氧化爐的爐內溫度升至400-750℃，并通過氧氣進氣管道4向氣倉2中通入空氣或氧氣，然后通過進料閥門6控制進料倉5向料倉3內以一定流速加入硫化鉛精礦粉末，硫化鉛精礦粉末在多孔板1上與氧氣充分接觸反應生成氧化鉛粉末和二氧化硫氣體，二氧化硫氣體隨通入的空氣或氧氣從第一排氣口7排出，生成的氧化鉛粉末在重力分力和底吹氣體浮力的作用下沿多孔板1向下運動至第一旋轉出料器8；

3)打開第一旋轉出料器8氧化鉛粉末進入中轉倉9，由于中轉倉9內氮氣的氣壓大于料倉3中的氣壓，因此，底吹氧化爐中的空氣或氧氣不會進入中轉倉9，并且從第一旋轉出料器8進入氣倉2內的高通量氮氣還能有效將料倉3內的二氧化硫氣體從第一排氣口7帶出，然后關閉第一旋轉出料器8，并打開第二旋轉出料器11使氧化鉛粉末進入氫氣底吹爐12，然后再關閉第二旋轉出料器11，同樣由于中轉倉9內氮氣的氣壓大于氫氣底吹爐12中的氣壓，因此，氫氣底吹爐12中氫氣不會進入中轉倉9，避免了氫氣與氧氣接觸發(fā)生氫爆危險；重復該步驟，可持續(xù)將底吹氧化爐生成的氧化鉛粉末不斷轉入氫氣底吹爐12中；

4)將氫氣底吹爐12的爐內溫度控制在450-750℃，并啟動氣體底吹裝置13向爐內通入氫氣，使進入到氫氣底吹爐12中的氧化鉛粉末在氫氣的還原下生成液態(tài)鉛，由于液態(tài)鉛密度較高，而其他固體殘渣(主要包括精礦所攜帶礦物，如二氧化硅、氧化鈣及氧化鐵等)密度較低，通過重力和底吹氫氣的擾動可實現渣、鉛分離，殘渣漂浮在液態(tài)鉛表面，可通過熔渣清掃裝置22將熔池表面的浮渣趕往一側并從熔渣清掃裝置22的出渣口排出，避免上部產生的液態(tài)鉛與表面雜質混合；液態(tài)鉛通過虹吸器20從出鉛口19進入鉛精煉裝置或鉛澆鑄裝置21進行后續(xù)操作。

利用本實施例提供的無碳化鉛冶金裝置進行鉛冶金的原理為：

硫化鉛精礦粉末從進料倉5進入料倉3落入到多孔板1上進行低溫焙燒，經過進氣管道4通入氣倉2內的空氣/氧氣，在氣倉2內流動排放，在進氣壓力下通過多孔板1上的孔洞，進入到料倉3與其中的硫化鉛精礦粉末反應；生成的二氧化硫氣體在下部空氣/氧氣向上排出，從而避免了PbO+SO 2+O 2的環(huán)境，消除了PbSO 4的產生。生成的氧化鉛在重力分力和底吹氣體浮力作用下，由左上向右下移動，通過第一旋轉出料器8進入中轉倉9。硫化鉛精礦粉末在沿多孔板1逐漸向下運動的過程中氧化為氧化鉛，且在離開多孔板1之前應完全氧化為氧化鉛；此外，在粉末沿多孔板1運動較慢的情況下，可通過振動器24配合立式彈簧23帶動多孔板1發(fā)生振動，從而調整并控制硫化鉛精礦粉末和氧化鉛粉末沿多孔板1向下的流速；

氧化鉛粉末通過第一旋轉出料器8進入中轉倉9，由于中轉倉9內氮氣的氣壓大于料倉3中的氣壓，因此，底吹氧化爐中的空氣或氧氣不會進入中轉倉9，并且從第一旋轉出料器8進入氣倉2內的高通量氮氣還能有效將料倉3內的二氧化硫氣體從第一排氣口7帶出，然后關閉第一旋轉出料器8，并打開第二旋轉出料器11使氧化鉛粉末進入氫氣底吹爐12，然后再關閉第二旋轉出料器11，同樣由于中轉倉9內氮氣的氣壓大于氫氣底吹爐12中的氣壓，因此，氫氣底吹爐12中氫氣不會進入中轉倉9，避免了氫氣與氧氣接觸發(fā)生氫爆危險；重復該步驟，可持續(xù)將底吹氧化爐生成的氧化鉛粉末不斷轉入氫氣底吹爐12中；

氫氣通過氫氣進氣管道14在增壓器25的作用下高壓通入到氣體底吹裝置13中，與進入氫氣底吹爐12中的氧化鉛粉末進行還原反應生成液態(tài)鉛和水蒸氣，其中，打開第二旋轉出料器11后從中轉倉9進入到氫氣底吹爐12中的氮氣和水蒸氣、過量的氫氣以及升華后的氧化鉛粉末和其他礦物中易升華成分一起經第二排氣口15依次進入氣固分離裝置16進行氣固分離，分離出的固體(升華的氧化鉛、氧化鋅及礦物中其他易升華成分)經固體排出管道排出收集，分離出的氣體部分進入氣體干燥器17去除其中的水蒸氣，然后進入氮氫分離器18實現氮氣與氫氣的分離，分離后的氮氣接入氮氣進氣管道10，氫氣接入氫氣進氣管道14以實現循環(huán)利用。

生成的鉛在爐內的底部，可由出鉛口19定期排出，在虹吸器20的作用下進入到鉛精煉裝置或鉛澆鑄裝置21中，既可以通過放流進入模具形成粗鉛錠，也可以進入精煉爐完成凈化提出。爐內鉛液表面多余的熔渣由熔渣清掃裝置22定期排出。

氫氣底吹爐12外部的電加熱層和保溫層起到溫度調控作用，保證爐內溫度在H 2還原PbO的適宜溫度范圍內。

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