基夫赛特工艺的改进和优化.pdf

铜业工程 COPPER ENGINEERINGTotal 181No.3 2023总第181期2023年第3期引文格式引文格式：李样人,荆旭冬.基夫赛特工艺的改进和优化 J.铜业工程,2023(3):147-151.基夫赛特工艺的改进和优化李样人，荆旭冬（江西铜业铅锌金属有限公司，江西 九江 332500）摘要：基夫赛特（Kivcet）工艺是一种现代炼铅技术，适用于规模较大的铅锌联合冶炼厂。文中概述了国内首座基夫赛特炉的工艺流程，并介绍了对此工艺在精矿干燥、物料输送、投料设备、自动化控制、炉体优化等方面的改进和优化措施，该工艺从国外引进到国内后，初步实现了绿色化、智能化、集成化的现代化工业目标。同时，通过对投运情况进行简要分析，对生产技术指标进行对比，证明基夫赛特工艺具有原料适应性强、运行稳定、金属回收率高、处理锌浸出渣成本低、生产安全环保等优点。关键词：基夫赛特工艺；现代炼铅；锌浸出渣；生产技术指标；铅锌联合冶炼doi：10.3969/j.issn.1009-3842.2023.03.021中图分类号：TF812 文献标识码：A 文章编号：1009-3842（2023）03-0147-051 引言铅冶金历史悠久，规模化生产从 16 世纪开始，采用鼓风炉炼铅工艺1-2，由于生产、运行稳定以及可观的经济效益，该技术被广泛应用于铅冶炼行业3。但随着冶炼过程中环保指标以及生产效率受到高度关注，鼓风炉炼铅工艺因其生产流程长、余热利用率低、劳动环境条件差、含硫烟气回收难等缺点而面临严峻挑战。如今，传统炼铅工艺已逐步被现代炼铅工艺所取代4。基夫赛特（Kivcet）炼铅工艺是一种现代直接炼铅的方法，采用的是闪速熔炼技术。该法由前苏联于20世纪60年代研发，现已在Kazakhstan（乌斯季卡缅诺哥尔斯克铅厂）、Italy（维斯麦港铅厂）和Canada（特雷尔铅厂）等实现工业应用5。但因前期投资成本高、操作控制要求高等限制，该工艺一直未在中国推广。近年来，随着国家对能耗和环保要求日益提高，基夫赛特工艺由于其能耗低和环境污染小的优点而被国内铅锌冶炼企业关注。此外，基夫赛特工艺对处理锌浸出渣具有成本低、处理量大、综合回收能力高等优势。21世纪初，作为特大型有色金属联合企业的江西铜业集团有限公司实施“相关多元”战略，于2009年在江西省九江市湖口县组建铅锌联合冶炼厂（简称江铜铅锌），建设20万t/a铅锌联合冶炼及含铅锌物料资源综合利用项目，其中铅厂采用基夫塞特直接炼铅工艺，锌厂采用常规湿法炼锌工艺6-8和一些先进的自动化技术9-12。铅锌联合冶炼工艺通过基夫赛特炉处理锌厂的浸出渣，而锌厂处理铅厂产出的含锌烟灰13，实现铅、锌系统物料的闭路循环。该闭路循环系统提高了有价金属的综合回收效率，实现了资源利用最大化，契合清洁生产的时代发展要求。该工艺的应用，对推动中国铅锌行业的“节能减排”工作具有重大意义。2 江铜铅锌基夫赛特工艺流程如图1所示，基夫赛特工艺主要包括：物料及熔剂的混合配料（配料系统），炉料干燥球磨，炉料、焦炭和氧气混合投料（投料系统），以及基夫赛特闪速熔炼、炉渣烟化吹炼、收尘和返尘系统、余热回收、连续脱铜精炼等工序。基夫赛特工艺对原料有广泛的适应性，能处理多种复杂物料，如：铅精矿、复杂矿、复杂铅锌物料、含铅危废物料等。2.1混合配料工序在基夫赛特工艺中，为了实现对物料成分精细化控制，采用仓式配料法，使用计算机软件辅助人工操作来完成配料过程。配比适合的炉料经初收稿日期：2023-03-07；修订日期：2023-05-11 ；通信作者：荆旭冬，冶金高级工程师，E-mail：410616223qq.作者简介：李样人（1972），男，江西鹰潭人，本科，冶金高级工程师，研究方向：铜铅锌金属冶炼及综合回收，E-mail：jxliyancom147总第181期铜业工程Total 181筛后，通过皮带输送机送至干磨工序处理。焦炭经过干燥筛分后，一部分由计量皮带加入喷嘴进入反应区，形成热焦滤层，而另一部分则投入基夫赛特炉电热区。2.2干燥球磨工序炉料经过配料后，采用蒸汽干燥机进行干燥，使炉料水分1%。干燥后的炉料进入球磨工序，再通过筛分得到粒度在12 mm的炉料，然后采用正压气体输送到基夫赛特炉炉顶料仓或大储料仓存储。2.3基夫赛特炉熔炼工序基夫赛特炉熔炼工艺设备如图2所示，按冶炼功能分为熔炼区和电热区两部分。熔炼区主要由反应塔、沉淀池、竖烟道等组成；电热区主要由炉顶、炉墙、沉淀池和电极系统等组成。熔炼区沉淀池和电热区沉淀池一体连通，运行时渣层淹没隔墙水套，使二者炉膛空间隔离。经精准计量的炉料和氧气由文丘里型喷嘴投入反应塔，完成熔化、氧化脱硫、分解、交互、造渣等反应。焦炭颗粒大，下落速度快，且外表发生氧化放热反应，落入沉淀池表面形成灼热的焦滤层。焦滤层的形成是基夫赛特工艺的重要技术特点之一，其中 80%85%的氧化铅在焦滤层被还原，剩余的则在电炉区被还原。而反应塔区烟气会被隔墙分开，熔体则在液面势能差的作用下自发进入电热区。在电热区，存在渣中未还原的氧化铅被焦炭再次还原、渣铅重力分离、渣中的部分氧化锌被还原挥发等过程。电热区分层的上浮渣和炉底铅，将从渣口和铅口间断排出。在基夫赛特炉的反应塔区，会产生含有SO2的烟气，这些烟气被引入废热锅炉，通过回收余热来产生中压蒸汽进行发电。再将经电除尘器收尘后的烟气通往硫酸车间制酸，回收的烟尘则直接返回到基夫赛特炉的反应塔区。电热区还原产生的锌蒸汽需要通过鼓入空气使其氧化成氧化锌烟尘，再经过收尘、净化系统捕集后运往锌厂。这些经过降温、净化后的烟气已达到国家排放标准，最后被放空处理。2.4粗铅连续脱铜精炼工序基夫赛特炉炉底的粗铅采用打孔方式从铅口排出，以熔融态进入连续脱铜炉。铅液在连续脱图1基夫赛特工艺流程图Fig.1Kivcet process flow diagram铜炉内循环流动15，通过向炉内加入硫磺使粗铅中的铜转化为冰铜达到除铜目的。脱铜后粗铅含铜一般控制在低于0.1%的范围，然后加入熔铅锅并用铅泵泵入阳极浇铸锅，再通过立模浇铸机铸成大阳极板，大阳极板每块重约370 kg。冷却后的阳极板通过自动输送线送至铅电解工序。电解后的残阳极通过自动输送线返入熔铅锅中重铸阳极。2.5烟化炉吹炼工序烟化炉的主要作用是贫化基夫赛特炉中富含金属的热渣，这些热渣会通过溜槽间歇排入烟化炉中进行吹炼。烟化炉的吹炼过程就是有价金属的还原挥发过程，还原剂主要采用粉煤。生产时粉煤通过环状天平计量后，由输送载体一次空气送入喷嘴混合室内与二次空气混合。粉煤输送气流压力一般在0.60.8 MPa。鼓入烟化炉载煤的一次空气和二次空气压力约为0.1 MPa，能很好地分散粉煤，鼓动炉内的渣熔体，完成金属氧化物的还原挥发过程。烟化炉吹炼产生的高温烟气，先经余热回收，再经净化系统处理，余热回收和净化系统收集的次氧化锌烟尘将送往锌厂处理。而烟化炉产生的水淬渣，则通过皮带输送机送往堆场堆存或出售。3 基夫赛特工艺的改进和优化（1）在干燥球磨工序采用蒸汽干燥机，其干燥热源来自余热蒸汽发电后的低压蒸汽，取代传统热风炉通过消耗燃料产生的热源，有效降低了能耗。同时，蒸汽干燥机为间接干燥过程，安全性及可靠性高16，产出的烟气不含SO2，采用袋式除尘器经过除尘净化即可排放，节省了传统烟气脱硫工序的建设投入和运行费用。（2）经球磨工序处理后的炉料采用正压吹风系统进行远距离密闭输送，操作环境清洁，避免了粉尘外逸。同时，将干燥球磨工序单独隔离并远离熔炼主厂区，有效隔离球磨机运行产生的噪声，降低噪声对操作人员的影响。（3）在基夫赛特炉投料系统中采用环状天平秤取代传统的皮带计量秤，计量精准性得以大幅提升，可实现稳定给料，确保基夫赛特炉反应的连续稳定，保证焦滤层的温度，抑制炉结的产生，减轻炉结对炉体耐火材料及废热锅炉管壁的侵蚀。（4）自主开发基夫赛特工艺的分布式控制系统（DCS）和全面预算管理系统，实现生产过程集中监视和控制，对生产过程参数和设备的运行进行显示、累计、记录、调节、联锁、报警，并自动生成各种所需报表17。减少了工艺参数的波动和人为因图2基夫赛特炉工艺设备图14Fig.2Kivcet furnace process equipment drawing148李样人等 基夫赛特工艺的改进和优化2023年第3期铜炉内循环流动15，通过向炉内加入硫磺使粗铅中的铜转化为冰铜达到除铜目的。脱铜后粗铅含铜一般控制在低于0.1%的范围，然后加入熔铅锅并用铅泵泵入阳极浇铸锅，再通过立模浇铸机铸成大阳极板，大阳极板每块重约370 kg。冷却后的阳极板通过自动输送线送至铅电解工序。电解后的残阳极通过自动输送线返入熔铅锅中重铸阳极。2.5烟化炉吹炼工序烟化炉的主要作用是贫化基夫赛特炉中富含金属的热渣，这些热渣会通过溜槽间歇排入烟化炉中进行吹炼。烟化炉的吹炼过程就是有价金属的还原挥发过程，还原剂主要采用粉煤。生产时粉煤通过环状天平计量后，由输送载体一次空气送入喷嘴混合室内与二次空气混合。粉煤输送气流压力一般在0.60.8 MPa。鼓入烟化炉载煤的一次空气和二次空气压力约为0.1 MPa，能很好地分散粉煤，鼓动炉内的渣熔体，完成金属氧化物的还原挥发过程。烟化炉吹炼产生的高温烟气，先经余热回收，再经净化系统处理，余热回收和净化系统收集的次氧化锌烟尘将送往锌厂处理。而烟化炉产生的水淬渣，则通过皮带输送机送往堆场堆存或出售。3 基夫赛特工艺的改进和优化（1）在干燥球磨工序采用蒸汽干燥机，其干燥热源来自余热蒸汽发电后的低压蒸汽，取代传统热风炉通过消耗燃料产生的热源，有效降低了能耗。同时，蒸汽干燥机为间接干燥过程，安全性及可靠性高16，产出的烟气不含SO2，采用袋式除尘器经过除尘净化即可排放，节省了传统烟气脱硫工序的建设投入和运行费用。（2）经球磨工序处理后的炉料采用正压吹风系统进行远距离密闭输送，操作环境清洁，避免了粉尘外逸。同时，将干燥球磨工序单独隔离并远离熔炼主厂区，有效隔离球磨机运行产生的噪声，降低噪声对操作人员的影响。（3）在基夫赛特炉投料系统中采用环状天平秤取代传统的皮带计量秤，计量精准性得以大幅提升，可实现稳定给料，确保基夫赛特炉反应的连续稳定，保证焦滤层的温度，抑制炉结的产生，减轻炉结对炉体耐火材料及废热锅炉管壁的侵蚀。（4）自主开发基夫赛特工艺的分布式控制系统（DCS）和全面预算管理系统，实现生产过程集中监视和控制，对生产过程参数和设备的运行进行显示、累计、记录、调节、联锁、报警，并自动生成各种所需报表17。减少了工艺参数的波动和人为因图2基夫赛特炉工艺设备图14Fig.2Kivcet furnace process equipment drawing149总第181期铜业工程Total 181素对生产的影响，保证了生产过程的安全可靠，并且可减轻操作人员的工作负荷。（5）国际首创在打孔放铅的基夫赛特炉设置冰铜口，进一步提升基夫赛特工艺对复杂原料的适应性，入炉配料含铅在20%70%。基夫赛特炉不仅可处理锌厂产出的所有浸出渣，而且还可以处理厂内所有含铅物料，例如铅渣、硫酸铅泥、中和渣、铜浮渣等，实现厂内物料的循环利用，有效回收了各种金属，减少了重金属对厂区周边土壤及水体的污染。（6）建设极板自动输送线，替代传统的通过叉车或行车转运极板的模式，使生产线布局更为紧凑，不仅减少了占地面积，提高了土地使用效率，同时还可减少岗位用工数量并降低极板转运成本。（7）将铜水套、废热锅炉、电极系统、泥炮开口机、蒸汽干燥机等基夫赛特工艺设备进行国产化，既有利于减少工程建设投资，也有利于备件的采购和设备的维护保养。4 基夫赛特工艺生产实践江铜铅锌基夫赛特炉于2012年2月完成初期建设工作，随后在3月份进行投料试运行，并初步检验基夫赛特工艺实际生产运行情况。自2012年起，该炉已经运行了11 a。仅分别在2014年、2018年、2021年进行3次停炉检修。经过多年的生产实践，充分证明了基夫赛特工艺具备能源利用率高、原料适应性强、锌浸出渣处理能力高、运行成本低、整体综合回收能力高等优势。2020年 11月，江铜铅锌荣获“国家第五批绿色工厂”称号。2021年，江铜铅锌凭借“铅冶炼能耗”指标入选工信部重点用能行业能效“领跑者”企业。表 1对比了基夫赛特工艺和鼓风炉炼铅工艺的生产技术指标。5 结语随着社会和经济的发展，铅锌精矿的供应日益紧缩，环保要求日趋严格。因此，寻找一种合适的炼铅方法成为了铅锌冶炼企业必须面对和解决的问题18。基夫赛特工艺既能够最大限度地利用资源，又能够实现节能和清洁生产，提高技术创新能力，降低生产成本，同时满足环保要求。江铜铅锌冶炼厂经过11 a的生产实践，已证明基夫赛特工艺不仅在炼铅的同时能实现处理锌厂产出的所有浸出渣，而且还可以处理厂内所有含铅物料，从根本上解决了铅锌冶炼企业的环境污染问题。这样，锌冶炼系统不用建设单独的浸出渣回转窑处理工序，并且还可以高效回收锌浸出渣中的金、银等有价金属。基夫赛特工艺在江铜铅锌的成功应用，展示了该工艺在铅锌联合冶炼及资源综合利用方面的优势与潜力。参考文献：1 中国有色金属工业协会.铅锌密闭鼓风炉冶炼 M.长沙：中南大学出版社，2010.2 高长春.水口山三厂粗铅系统工艺改进研究与实践J.湖南有色金属，2001（4）：24.3 张乐如.现代铅冶金 M.长沙：中南大学出版社，2013：65.4 彭容秋.铅冶金 M.长沙：中南大学出版社，2004：64.5 窦明民.基夫赛特（Kivcet）直接熔炼工艺的发展及现状 J.云南冶金，1998，27（2）：37.6 魏昶，A J，简单，邓志敢，杨馥衔，孙朴，李兴彬，李旻廷.湿法炼锌浸出渣减量化浸出工艺 J.有色金属（冶炼部分），2022（5）：1.7 邱文庭.湿法炼锌净化渣中锌金属回收的工艺研究表1基夫塞特工艺和鼓风炉炼铅工艺的生产技术指标Table 1Production technical indicators of Kivcet process and blast furnace lead smelting process项目混合炉料含Pb品位/%投料量/（t/d）燃料率/%烟尘率/%脱硫率/%竖炉烟气SO2浓度/%渣含Pb/%炉料氧气单耗/（m3/t）电热区电能单耗/（kW h/t）电极单耗/（kg/t）焦炭单耗/%铅直收率/%银回收率/%基夫塞特工艺2130120048789520251602009012013239598鼓风炉炼铅工艺4050480600813253070281481380909596备注对炉料对炉料O298%对炉料对炉料炉料粗铅炉料粗铅150李样人等 基夫赛特工艺的改进和优化2023年第3期J.世界有色金属，2021（16）：175.8 刘玉芹，畅永锋.湿法炼锌二次物料综合利用绿色冶金工艺探讨 J.有色矿冶，2020，36（5）：51.9 黄玉永.锌电积用铅基阳极的研究现状及发展 J.湖南有色金属，2012，28（5）：37.10 张玉萍.锌电积用阳极的研究与发展 J.湿法冶金，2001（4）：169.11 伍文丙.锌电积大极板和自动化剥锌的应用实践 J.中国有色冶金，2013，42（6）：3.12 仝一喆.大极板锌电积工艺及其生产自动化 J.矿冶，2018，27（3）：93.13 赵红梅，张殿彬，张得伟，范科彪.降低烟化炉炉渣含锌 J.世界有色金属，2021（24）：14.14 荆旭冬.基夫赛特直接炼铅技术在国内首次应用实践 J.铜业工程，2015（4）：58.15 周蓉.连续脱铜炉在粗铅火法精炼的应用 J 山西冶金，2015，157（5）：98.16 谢斌.江铜首台国产蒸汽干燥机的应用与实践 J 铜业工程，2016（2）：81.17 荆旭冬.基夫赛特炉离线仿真数学模型的开发与应用 J.冶金自动化，2017，41（1）：49.18 贺菊香.基夫赛特直接炼铅技术的应用前景 J.湖南有色金属，2011，27（6）：20.Improvement and Optimization of Kivcet Lead Smelting ProcessLI Yangren，JING Xudong（Jiangxi Copper Lead and Zinc Metal Co.，Ltd.，Jiujiang 332500，China）Abstract：The Kivcet process is a modern lead smelting technology suitable for large-scale lead-zinc smelting plants.The process flow of the first domestic Kivcet furnace is summarized and the improvement and optimization of this process in terms of ore drying,material transportation,feeding equipment,automation control and furnace body optimization are introduced,to achieve the goal of introducing this technology from abroad into a green,intelligent and integrated modern industry in China.At the same time,the operation status is briefly analyzed,and through comparison of production technical indicators,it is proved that the Kivcet process has the advantages of strong adaptability to raw materials,stable operation,high metal recovery rate,low cost of treating zinc leaching residue,production safety and environmental protection.Key words：Kivcet process；modern lead smelting；zinc leaching residue；production technical indicator；lead-zinc combined smeltingdoi：10.3969/j.issn.1009-3842.2023.03.021151