鉛的火法冶煉方法主要有燒結(jié)—鼓風(fēng)爐熔煉法、氧氣底吹熔煉（SKS）—鼓風(fēng)爐還原法、浸沒式頂吹（ISA或Ausmelt）熔煉—鼓風(fēng)爐還原法、氧氣頂吹卡爾多（Kaldo）轉(zhuǎn)爐法、氧氣底吹（QSL）法和基夫賽特（Kivcet）法。在上述方法中，氧氣底吹熔煉—鼓風(fēng)爐還原法和浸沒式頂吹（ISA或Ausmelt）熔煉—鼓風(fēng)爐還原法已實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定持續(xù)的生產(chǎn)，并取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，為我國(guó)大部分的鉛冶煉廠所采用。
氧氣底吹熔煉—鼓風(fēng)爐還原法和浸沒式頂吹（ISA或Ausmelt）熔煉—鼓風(fēng)爐還原法在工藝上都是將冶煉的氧化和還原過程分開，在不同的反應(yīng)器上完成，即在熔煉爐內(nèi)主要完成氧化反應(yīng)以脫除硫，同時(shí)產(chǎn)出一部分粗鉛和高鉛渣。高鉛渣均是通過鑄渣機(jī)鑄成塊狀再送入鼓風(fēng)爐進(jìn)行還原熔煉，產(chǎn)出的粗鉛送往精煉車間電解，產(chǎn)出的爐渣流至電熱前床貯存保溫，前床的熔渣流入渣包或通過溜槽進(jìn)入煙化爐提鋅。隨著我國(guó)對(duì)節(jié)能減排和清潔生產(chǎn)政策的不斷貫徹落實(shí)，上述工藝的弊端也顯現(xiàn)出來，鼓風(fēng)爐還原高鉛渣塊，液態(tài)高鉛渣的潛熱得不到利用，還要消耗大量的焦炭，隨著焦炭?jī)r(jià)格的提升，煉鉛成本居高不下。電熱前床消耗大量的電能和石墨材料，也增加了冶煉成本，同時(shí)需要占用大量的土地和投資。
為了適應(yīng)環(huán)保、低炭、節(jié)能降耗的需求，新的技術(shù)不斷出現(xiàn)，目前在河南省濟(jì)源豫光金鉛，金利公司、萬洋集團(tuán)各自采用的液態(tài)高鉛渣直接還原的三種爐型代表了我國(guó)鉛冶煉發(fā)展的最高水平。
一、豫光金鉛底吹還原工藝：
取消鼓風(fēng)爐，不用冶金焦，實(shí)現(xiàn)液態(tài)渣直接還原，與原有富氧底吹爐氧化段一起，形成完整的液態(tài)渣直接還原工業(yè)化生產(chǎn)系統(tǒng)。具體技術(shù)方案為：鉛精礦、石灰石、石英砂等進(jìn)行配料混合后，送入氧氣底吹爐熔煉，產(chǎn)出粗鉛、液態(tài)渣和含塵煙氣。液態(tài)高鉛渣直接進(jìn)入臥式還原爐內(nèi)，底部噴槍送入天然氣和氧氣，上部設(shè)加料口，加煤粒和石子，采用間斷進(jìn)放渣作業(yè)方式。天然氣和煤粒部分氧化燃燒放熱，維持還原反應(yīng)所需溫度，氣體攪拌傳質(zhì)下，實(shí)現(xiàn)高鉛渣的還原。工藝流程如圖1。
圖1 豫光煉鉛法的工藝流程圖
生產(chǎn)實(shí)踐效果
8萬t/a熔池熔煉直接煉鉛環(huán)保治理工程主要包括以豫光煉鉛法為主的粗鉛熔煉系統(tǒng)、大極板電解精煉系統(tǒng)和余熱蒸汽回收利用系統(tǒng)等。項(xiàng)目09年2月正式開工，09年8月進(jìn)行設(shè)備安裝，2010年元月開始空車調(diào)試，3月28日熔煉系統(tǒng)氧化爐點(diǎn)火烘爐。目前氧化爐、還原爐、煙化爐、硫酸及制氧系統(tǒng)均正常生產(chǎn)，經(jīng)幾個(gè)月的生產(chǎn)檢驗(yàn)，各項(xiàng)環(huán)保指標(biāo)優(yōu)于國(guó)標(biāo)，技經(jīng)指標(biāo)達(dá)設(shè)計(jì)水平。
豫光煉鉛新技術(shù)的主要特點(diǎn)
（1）流程短：工藝省去了鑄渣工序，淘汰了鼓風(fēng)爐，減少了二次污染和煙塵率（國(guó)際同類技術(shù)的煙塵率一般在15%左右，而豫光煉鉛法的煙塵率僅為7～8%）。
（2）自動(dòng)化水平高：工藝可在氧化、還原等關(guān)鍵工序中設(shè)置3000多個(gè)數(shù)據(jù)控制點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的DCS集中自動(dòng)控制，用工大幅減少，系統(tǒng)生產(chǎn)更安全穩(wěn)定性。
（3）低能耗：該工藝不僅利用了渣和鉛的潛熱，熔池熔煉時(shí)傳熱傳質(zhì)效率高，能耗大大降低。粗鉛能耗比氧氣底吹-鼓風(fēng)爐煉鉛低25%左右，比傳統(tǒng)工藝低約50%。
（4）低排放：采用天然氣、煤粒替代焦炭，達(dá)到清潔生產(chǎn)的目標(biāo)，SO2排放濃度和遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，僅為氧氣底吹-鼓風(fēng)爐煉鉛中鼓風(fēng)爐排放量的10%，同時(shí)CO2排放量?jī)H為氧氣底吹-鼓風(fēng)爐煉鉛工藝的22%。
（5）清潔化生產(chǎn)：密閉性好的熔煉設(shè)備縮短了工藝流程，減少了無組織排放量，實(shí)現(xiàn)了鉛清潔化生產(chǎn)。終渣含鉛指標(biāo)比國(guó)際同類工藝低2%左右，資源利用率提高。
二、金利側(cè)吹還原工藝：
熔煉爐產(chǎn)出的高鉛渣定期的由排放口放出，熔融狀態(tài)下通過溜槽加入到側(cè)吹還原爐中、側(cè)吹還原爐設(shè)有熱渣加入口和冷料加入口。還原粒煤、熔劑經(jīng)配料由冷料口加入。還原爐兩側(cè)設(shè)煤氣、工業(yè)氧噴槍為還原爐提供熱源，還原爐下部側(cè)墻設(shè)鉛虹吸放出口，還原鉛由虹吸口連續(xù)排出轉(zhuǎn)送精煉車間，還原爐端墻下部設(shè)有排渣口，當(dāng)虹吸排鉛停止時(shí)，即為一個(gè)周期的終點(diǎn)。排渣口放渣，為進(jìn)一步回收渣中的鋅，此渣經(jīng)前床貯存后送煙化爐處理。側(cè)吹還原煙氣通過余熱鍋爐回收余熱，表面冷卻器降溫，布袋收塵器收塵后，是否經(jīng)尾氣處理，依煤粒含硫而定。
圖2 金利側(cè)吹爐工藝流程圖
金利液態(tài)高鉛渣還原爐工業(yè)性試驗(yàn)裝置工程的設(shè)計(jì)和建設(shè)于2008年底完工，包括一座8m2的側(cè)吹還原爐、相應(yīng)的煙氣處理系統(tǒng)、冷料配料、上料系統(tǒng)及供氣系統(tǒng)。2009年初進(jìn)入試運(yùn)行階段。工業(yè)性試驗(yàn)共分三個(gè)階段，其內(nèi)容包括裝置的適應(yīng)性、渣型的選擇、工況、供氣、還原粒煤與還原周期調(diào)整等試驗(yàn)。其間對(duì)設(shè)施進(jìn)行了必要的維護(hù)和修改：爐子下部面積擴(kuò)大為13m2,試驗(yàn)工作于2009年8月底完成，達(dá)到了與底吹熔煉爐放渣制度相適應(yīng)的穩(wěn)定運(yùn)行。各項(xiàng)技術(shù)條件和指標(biāo)較穩(wěn)定。2009年9月初即轉(zhuǎn)入示范性生產(chǎn)。停止了高鉛渣的鑄塊和鼓風(fēng)爐的生產(chǎn)。還原爐第一爐期共進(jìn)行了5個(gè)月，2010年3月20號(hào)更換爐襯，2010年3月底第二爐期開始運(yùn)行.
金利新技術(shù)的工藝技術(shù)特點(diǎn)
（1）側(cè)吹還原爐能耗低，產(chǎn)出煙氣量和二氧化硫排放量遠(yuǎn)低于鼓風(fēng)爐，同等規(guī)模的煙氣量為鼓風(fēng)爐的30%，二氧化硫排放量約為10%。
流程短捷，揚(yáng)塵點(diǎn)少，易于密閉通風(fēng)除塵，有效的防治了鉛塵的彌散，經(jīng)測(cè)定，操作崗位鉛含量小于0.03mg/m3，衛(wèi)生通風(fēng)除塵后的排放鉛塵濃度6mg/m3。
（2）經(jīng)金利公司生產(chǎn)10個(gè)月的冶煉數(shù)據(jù)核算，側(cè)吹還原爐焦?fàn)t煤氣和無煙粒煤消耗折合標(biāo)煤為197kgce/t-pb，比鼓風(fēng)爐純鉛能耗380kg，折合標(biāo)煤369 kgce/t-pb的指標(biāo)大幅降低。
（3）側(cè)吹還原爐渣含鉛小于2%，而鼓風(fēng)爐渣含鉛3—4%，側(cè)吹還原爐鉛回收率為97.1%，鼓風(fēng)爐鉛回收率95.5%。
（4）過程簡(jiǎn)單，工序少，作業(yè)穩(wěn)定，易操作，可實(shí)現(xiàn)DCS控制和管理，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。
（5）經(jīng)金利公司統(tǒng)計(jì)計(jì)算，粗鉛單位或成本為550元左右，比鼓風(fēng)爐單位成本840元明顯降低。
（6）側(cè)吹還原爐、煙化爐與熔煉爐放置在一個(gè)廠房?jī)?nèi)，省略了鼓風(fēng)爐上料、熱渣鑄造系統(tǒng)，建筑面積顯著減少。
三、萬洋三連爐工藝：
萬洋公司與豫北金鉛公司、中聯(lián)公司于2009年合作開發(fā)“三連爐”煉鉛新工藝，采用氧化爐—還原爐—煙化爐三爐相連，熱渣直流，三臺(tái)熔池熔煉爐由兩道連接溜槽串接在一起組成一整體；兩連接溜槽分別連接在前一臺(tái)熔池熔煉爐的出渣口和后一臺(tái)熔池熔煉爐的熔融渣加料口之間，充分利用液態(tài)高鉛渣和還原爐渣的潛熱，緊湊的布置使得流程短占地很少，工人勞動(dòng)強(qiáng)度小，環(huán)保效果好，實(shí)現(xiàn)了鉛冶煉生產(chǎn)的低碳模式?！?/span>三連爐”煉鉛工藝流程圖見圖3。
圖3 萬洋“三連爐”煉鉛工藝流程圖
如圖3所示，“三連爐”中氧化爐可以是氧氣底吹爐，也可以是奧斯麥特（Ausmelt）爐、艾薩（ISA）爐、氧氣側(cè)吹爐等，還原爐為氧氣側(cè)吹還原爐，煙化爐增加滲鉛裝置改進(jìn)。生產(chǎn)系統(tǒng)具體為硫化物精礦、石灰石、石英砂、含鉛煙塵物料進(jìn)入氧化爐熔煉爐內(nèi)充分混合、迅速熔化和氧化，生成一次粗鉛、高鉛渣和煙氣。粗鉛送到下道工序進(jìn)行電解精煉。氧化爐產(chǎn)生的液態(tài)高鉛渣通過溜槽直接流入氧氣側(cè)吹還原爐，高鉛渣與煤、熔劑，經(jīng)鼓入的富氧空氣強(qiáng)烈攪拌而激烈反應(yīng)，產(chǎn)出的粗鉛經(jīng)虹吸道流出，含有微量SO2氣體經(jīng)鍋爐回收余熱后進(jìn)入脫硫塔處理排空。還原爐產(chǎn)出的爐渣通過直接流入煙化爐提鋅。
與氧氣底吹熔煉—鼓風(fēng)爐還原工藝相比，三爐通過溜槽直接相連，液態(tài)高鉛渣直接流入側(cè)吹還原爐內(nèi)，充分利用了高鉛渣的潛熱，取消了鑄渣機(jī)，避免了高鉛渣塊產(chǎn)生的煙塵飛揚(yáng)現(xiàn)象；還原爐熱渣直接流入煙化爐內(nèi)，潛熱也得到了充分利用，進(jìn)入煙化爐內(nèi)不需要提溫期，可以直接噴入粉煤還原提鋅，降低了煤耗，縮短了煙化提鋅時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率；同時(shí)取消了電熱前床和熱渣吊運(yùn)過程，既節(jié)省了設(shè)備投資，也降低了生產(chǎn)電耗以及避免了渣包運(yùn)輸帶來的環(huán)境問題。
萬洋公司氧氣側(cè)吹爐在新鄉(xiāng)中聯(lián)公司多次試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，于2011年3月10日一次性開爐成功，運(yùn)行半年來，生產(chǎn)穩(wěn)定連續(xù)，各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)值。前期氧化段底吹爐為Φ3.8m×11.5m，110～120min放一次渣，產(chǎn)出液態(tài)高鉛渣量為28～35t/爐，渣含鉛43～50%，此次設(shè)計(jì)的氧氣側(cè)吹爐為8.4m2，高鉛渣在一個(gè)還原周期內(nèi)完全可以降至1%以下。為了考慮后面煙化爐的生產(chǎn)，使熔池內(nèi)的鋅盡可能的保留在渣中，生產(chǎn)中控制渣含鉛不大于2%。
萬洋、豫北“三連爐”工藝特點(diǎn)
與氧氣底吹熔煉—鼓風(fēng)爐還原法和浸沒式頂吹（ISA或Ausmelt）熔煉—鼓風(fēng)爐還原法相比，“三連爐”工藝具有以下的優(yōu)勢(shì)：
（1）取消了鑄渣機(jī)，避免了高鉛渣冷卻鑄塊過程中水汽迷漫、碎沫飛揚(yáng)的現(xiàn)象，生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)一步改善，也省下了鑄渣機(jī)的設(shè)備投資。
（2）高鉛渣在熔融液態(tài)下直接還原，充分利用了高鉛渣熔體的潛熱，節(jié)省了大量的燃料，使噸鉛生產(chǎn)能耗下降。
（3）側(cè)吹還原爐的高溫爐渣直接流入煙化爐，不需要電熱前床保溫，煙化爐省略提溫階段，充分利用了熔渣的熱能，可直接進(jìn)入還原提鋅，節(jié)省了粉煤，也提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)氧化鋅品質(zhì)更好。
（4）高鉛渣還原只采用單一的煤作為燃料和還原劑，起到加熱和還原的作用。與鼓風(fēng)爐相比煤比焦炭?jī)r(jià)格低廉，與國(guó)內(nèi)其他的還原爐相比不需要天然氣或煤氣作為燃料，使不具有天然氣或煤氣的廠家也可采用此種工藝，對(duì)建廠條件的適應(yīng)性更好，推廣前景更廣。
（5）側(cè)吹還原爐床能率很高，時(shí)間上可以與底吹爐、煙化爐相匹配，取消了電熱前床，節(jié)省大量的電能及石墨電極，使能耗降低。
（6）側(cè)吹還原爐熔池熔煉反應(yīng)激烈，還原程度徹底，為了保證鋅的回收，渣含鉛控制不大于2%。
（7）煙化爐采用滲鉛改進(jìn)，既增加了鉛的回收率，也提高了氧化鋅的品位。
（8）三爐相連，熱渣直流，占地很少，節(jié)省投資。
（9）生產(chǎn)操作簡(jiǎn)單，指標(biāo)易于控制，工人勞動(dòng)強(qiáng)度小，生產(chǎn)操作環(huán)境好。
四、幾種工藝技術(shù)參數(shù)的比較：
表1 幾種工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比
注：以上技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均來自相關(guān)廠的報(bào)道。
五、結(jié)論：
1、液態(tài)高鉛渣直接還原技術(shù)具有成熟可靠、實(shí)用性強(qiáng)、節(jié)能效果明顯等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了直接煉鉛，節(jié)約能源消耗，減少CO2、SO2排放，其經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
2、以上三種工藝技術(shù)相比較，其氧化熔煉均采用了底吹爐工藝，則還原爐采用的爐型和還原劑不同。“豫光法”底吹還原爐投資高，設(shè)備龐大，必須要有天然氣來參加還原，而“金利法”采用的爐型與萬洋基本相同，但其1：還原爐爐體采用內(nèi)耐火材料，外用水淋降溫，爐內(nèi)的耐火材料壽命為3-6個(gè)月，（最近正在改為銅水套）。其2：風(fēng)口采用底吹爐上用的多孔風(fēng)口，不但風(fēng)口易損，而在緊急情況下（如設(shè)備事故，突然停電、停風(fēng)、停氣），風(fēng)口無法關(guān)閉，只有任其燒損或堵塞，重新開車起動(dòng)困難。其3：鉛的還原劑采用的是焦?fàn)t煤氣，因而不適宜用于沒有煤氣的地區(qū)。因此，由新鄉(xiāng)中聯(lián)公司開發(fā)的氧氣側(cè)吹爐應(yīng)為無天然氣地區(qū)建設(shè)的工廠首選方案。
3、“氧氣側(cè)吹爐熔池熔煉技術(shù)”已被國(guó)家發(fā)改委列入“十一五”國(guó)家重點(diǎn)（第三批）節(jié)能技術(shù)推廣項(xiàng)目，公告文號(hào)，2010年第33號(hào)。
