1.1 铅的生产发展概述
铅(Pb)在公元前7000—前5000年被人们发现, 其原因是由于氧化铅矿石易被还原成金属铅, 灼烧也容易使铅析出, 故铅是有史以来人类使用最早的六种金属之一。
由于铅的性质柔软, 强度不大, 在当时既不适合于制造生产工具, 又不适合于制造防御和进攻性武器, 并且铅在潮湿空气中表面极容易氧化而失去金属光泽, 故它也不适合制作各种装饰品, 所以铅在世界各民族的文化发展史上, 没有起到像铜、 铁那样大的作用。直到16世纪, 铅的生产才开始具有工业规模。
古时候, 铅的生产是以木柴为燃料的, 炉底用灰筑成的灰窑或是有倾斜炉底的闭式窑, 以后才逐渐发展成烧煤的反射炉和膛式炉。到19世纪中叶以后, 人们发现了铅的抗酸、 抗碱、 防潮、 密度大以及能够吸收放射性射线等性能, 并且还很容易与其他金属组成合金、 制造蓄电池等新性质和新用途, 从此炼铅工业才获得重大的发展。
在我国, 铅的生产虽然也有2000余年的历史, 但过去一直没有什么发展。新中国成立以前, 当时除极少数几处极端落后的手工开采和土法炼铅外, 根本没有工业化的炼铅工厂。新中国成立以后, 我国的铅冶炼工业得到了发展。特别是在改革开放以后, 新技术的开发、 利用, 壮大了铅冶炼工业规模, 使我国铅冶炼工业走向一个全新的时代。
我国在建国初期大多数铅冶炼厂均采用传统的烧结-鼓风炉还原冶炼工艺从硫化铅精矿中生产粗铅, 如株洲冶炼厂、 沈阳冶炼厂。该工艺虽然具有产能大、 渣含铅低、 铅直收率高、 烟尘率低等优点, 但由于在硫化铅精矿的烧结过程中产生大量的低浓度SO2烟气(SO2含量仅为0.8%~2%), 需要采用返烟鼓风烧结工艺、 非稳态制酸等措施治理SO2环境污染, 且整个冶炼过程还存在能源消耗高、 操作条件差、 资源综合利用程度低等问题, 故该炼铅工艺被国家列为限期淘汰的生产工艺。因此, 采用节能、 环保的炼铅新工艺对我国炼铅企业进行技术改造成为当务之急。
1985年西北铅锌冶炼厂引进QSL炼铅技术, 建成了一套5.2万t/a的QSL炉。由于引进过早, 技术不完善, 存在许多缺陷。1990年12月投料后, 暴露出喷枪寿命短, 虹吸口过长, 隔墙、 挡圈位置及渣口高度不当等问题, 仅运行了35天就只好停炉。1994年依照韩国温山冶炼厂的经验改造后取得了初步成功, 运行了135天, 产出粗铅1万t左右。尽管有关技术指标与第一次试车生产相比有了长足的进步, 但仍未完全达到设计指标, 运行费用太高, 造成亏损, 目前处于停产状态。
另一方面, 我国在引进QSL法的同时, 经过消化改造自己又开发出氧气底吹氧化-鼓风炉还原炼铅技术。该种方法采用QSL炉的氧化段代替传统的烧结工序, 基本解决了二氧化硫的污染问题。该法自2002年在豫光金铅股份有限公司一次试产成功后, 直至目前, 我国采用此方法的有二十多家企业, 整体运行效果较好。
云南冶金集团总公司从澳大利亚XSTRATA技术公司引进艾萨法炼铅工艺的氧化熔炼部分, 与本公司自主开发的富铅渣鼓风炉还原熔炼新技术进行整合创新, 形成一种高效、 节能、 环保的炼铅新技术, 即富氧顶吹氧化熔炼-鼓风炉还原炼铅新工艺(ISA-YMG法), 于2005年6月建成并投产, 一直连续运行, 经过对工艺和装备的改进, 整体运行情况良好。
此外, 还有西部矿业股份有限公司引进投产的卡尔多炼铅法, 中南大学在河南新乡完成的半工业性试验氧气侧吹炼铅法都属于最近发展起来的炼铅新工艺。
目前, 中国铅冶炼对于矿产铅而言, 烧结-还原熔炼工艺占60%左右, 新工艺只占20%左右, 普遍存在企业规模较小、 技术装备落后、 再生资源利用率低、 环境污染严重、 技术经济指标低的缺点。
我国成功运用的炼铅新技术主要是氧气底吹氧化-鼓风炉还原炼铅技术和富氧顶吹氧化熔炼-鼓风炉还原炼铅新工艺。新工艺取消了硫化铅的烧结脱硫过程, 采用富氧熔炼, 有利于回收冶炼烟气中的二氧化硫, 可以处理再生物料, 容易实现自动化。由于以上的这些优点, 这两种炼铅新技术在我国推广使用势在必行。
