我国铅锌冶炼现状与技术发展方向

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我国铅锌冶炼现状与技术发展方向1、铅冶炼现状    在过去的十年里，我国的铅冶炼行业发展迅速。2005年全国生产精铅237.8万吨，较1996年的70.62万吨，增加了167.18万吨。同期世界铅的年产量，由1996年的578.5万吨至2005年达746.88万吨，仅增加了168.38万吨,可见在此期间世界铅产量的增长99%以上是由我国完成的。我国铅产量近10年间年均递增14.9%，增长速度为世界之最。     根据资料统计，目前全国建成铅冶炼厂400多家，其中2005年精铅产量在10万吨以上的冶炼厂有3家，年产5～10万吨的8家，3万t/a以上的18家，其总产量约为133万吨，占全国精铅总产量的56%。见表1。    我国传统的铅冶炼工艺所产铅量占总产量的85%，除株洲冶炼厂、河南豫光、金利、豫北、万洋、焦作东方、内蒙林东等冶炼厂采用烧结机外，其余均采用烧结锅或烧结盘进行烧结。  采用烧结－鼓风炉炼铅锌的ISP工艺，在国内有4家，五条生产线在生产，其中韶关冶炼厂两条、白银、葫芦岛锌厂、青海煌中县各有一条。    烧结机－鼓风炉炼铅工艺应用比较成熟，但低浓度二氧化硫烟气回收难度较大，株洲冶炼厂引进托普索制酸技术，河南豫光金铅集团、豫北金属冶炼厂和济源万洋冶炼集团等均采用非稳定态制酸技术。但受工艺条件和设备的限制，SO2无组织排放和铅尘污染仍未得到有效控制。至于尚在生产的烧结锅－鼓风炉炼铅工艺(国家2000年起明令禁止生产)SO2及铅尘污染尤为严重。表1   2005年我国年产精铅3万t以上企业名录序号企业名称精铅产量(t)1豫光金铅集团2305002徐州春兴合金有限公司1051593豫北金属冶炼1029454水口山有色金属有限公司982885株州冶炼集团960386万洋冶炼集团有限公司870017中金岭南83408 8云南冶金集团729509金城江成源冶炼厂7254410济源金利冶铁有限公司5500011河池市南方有色冶炼公司5432912保定风帆有色金属有限公司4497713湖北金洋合金股份公司4489114红河州振兴铅业有限公司4150015个旧沙甸电冶厂4066316安徽池州有色金属集团3708717太和县宏达集团3114018宁夏天马冶化公司31006总       计1329426     近几年，随着国家对环保要求日趋严格，新的炼铅方法在我国逐步得到推广应用，如云南曲靖引进的艾萨法(ISA)、西北矿业公司引进的卡尔多(Kaldo)法等炼铅工艺都已投产。    特别是我国自主开发的氧气底吹－鼓风炉还原炼铅新工艺推广速度很快，除河南豫光金铅集团、安徽池州、湖南水口山等4套装置已成功投产外，河南灵宝凌冶股份有限公司已于今年8月份点火烤炉，云南祥云飞龙实业有限公司已于9月20日投产。    目前采用该工艺新建或改造原有铅系统，已进入施工图设计阶段的有赤峰兴业、白音诺尔铅锌矿、济源金利等三家。进行可研设计的有郴州、戈阳、贵溪、沙甸等4家。     氧气底吹－鼓风炉还原炼铅工艺(SKS)是我国经过近20年的试验研究获得成功的熔池熔炼技术，具有投资省、环保好、硫及伴生金属回收率高，适宜处理高砷物料，对于现有铅厂改造，具有很强的竞争力，是国家重点推广的环保项目之一。上述13个项目建成投产后，我国矿产精铅将有一半以上由该工艺生产。加上引进的几项技术的推广，我国铅冶炼环保状况将获得根本改善。总体水平将处于世界领先位置。    目前，在铅冶炼的研究方面，中南大学在河南新乡的氧气侧吹熔池熔炼直接炼铅技术已取得一定进展。河南豫光金铅集团在进行液态高铅渣直接还原试验，碰到一些工程难题，但已证明工艺机理可行。    在铅精炼方面，中国和日本基本上全部采用电解精炼工艺，其产品品质稳定，中间物料产出量小，伴生元素容易回收，尤其适合处理高铋粗铅。而俄罗斯和欧美等国普遍采用的火法精炼，其优点是投资较低，中间积存铅量少，资金周转快。    值得关注的是云南冶金集团总公司2005年在云南曲靖建成投产的10万t/a电铅项目，采用了大熔铅锅、大电解槽、大极板、低电流密度、长周期等具有国际先进的生产工艺技术和装备，并从国外引进了先进的铅阳极立模浇铸生产线、铅阴极自动排距机组、铅阴极制造机和始极板DM铸造机等。该项目的建成投产，进一步缩小了我国铅精炼工业在技术装备、工艺控制等方面与世界先进水平的差距，为我国铅精炼生产起到了重要的示范作用。 2、铅冶炼技术发展方向    2.1基于我国已引进了QSL、ISA、Kaldo工艺，新近云锡集团又引进了Ausmelt等国外炼铅工艺，凡采用高铅渣热态直接喷粉煤还原的工艺，由于铅、氧化铅、硫化铅其沸点均较低，都存在烟尘率高、返料量大的问题。中南大学研究的氧气侧吹熔炼工艺，也存在同样的问题。为降低铅还原阶段的烟尘率，我国自主开发的底吹熔炼和引进的ISA法均采用液态高铅渣铸块，鼓风炉还原熔炼，有效降低了还原熔炼的烟尘率，且铅、银、硫回收率高，操作平稳，易于掌握，故底吹熔炼获得快速推广。但鼓风炉还原高铅渣铸块，其液态渣的潜热被浪费，随着焦炭价格的提升，炼铅成本也上升，因此开发液态高铅渣电热焦直接还原技术，替代鼓风炉，可以充分利用高铅渣的潜热，并将焦耗和烟气量降至理论值，从而大幅度降低其烟尘率，降低熔炼成本，这应是我国铅冶炼技术今后重要的研发课题与发展方向。     2.2铅冶炼技术与国外相比，我国铅冶炼厂绝大部分规模小、装备水平低，劳动生产率低，综合利用水平差，今后的发展方向应该加大集中度，扩大企业规模，提高装备水平，并建成铅锌联合企业，发挥铅锌冶炼互补优势，走循环经济道路，提高资源综合利用水平。 3、我国锌冶炼现状    近15年来我国锌产量迅速增长，1995年为107.67万吨，2000年195.7万吨2005年达到271.1万吨。1995至2005年，年均递增9.7%；2000至2005年，年均递增6.7%。随锌产量基数增大，年均递增率已逐年递减。但从2002年起，我国锌产量，消费量均居世界第一，是名符其实的锌的生产和消费大国。    我国锌冶炼工艺，以湿法冶炼为主，火法冶炼其次。湿法冶炼工艺的标准流程是锌精矿焙烧→浸出→净液→电积→电锌产品。其中因浸出作业的条件不同又分为低温常规浸出和高温高酸浸出两种。常规浸出工艺以株冶较为典型浸出渣多用回转窑挥发其残锌。高温高酸浸出渣则直接送渣场堆存，其浸出液除铁在我国又有四种不同工艺，如白银锌冶炼厂等采用的黄钾铁矾法、赤峰库博红烨锌厂等采用的氨矾铁渣法，由于铁渣中锌含量低，又称为低污染黄钾铁矾法、祥云飞龙实业有限公司等采用针铁矿法、温州冶炼厂等采用喷淋法除铁、称为仲针铁矿法。基于这些区别，使湿法炼锌工艺流程呈现出多样性。    湿法炼锌单系列10万t/a电锌的现代化冶炼厂分别在白银、株冶、曲靖、济源、巴彦淖尔等地建成投产，尚有两家在建。其装备和自控水平已达世界先进水准，在工艺操作方面，劳动生产率及净液深度与发达国家相比仍有较大差距。 火法炼锌：    我国现存的火法冶炼锌工艺有三种，即竖罐炼锌、ISP鼓风炉炼锌、电炉炼锌。几年前在边远地区采用原始的马槽炉、马鞍炉、四方炉或略正规一点的平罐炉炼锌，由于其能耗高、回收率低、浪费资源、污染环境，已被国家明令禁止生产和兴建，现已基本关停或改造。     竖罐炼锌国外早已于1980年关闭了最后一条生产线。我国竖罐炼锌以葫芦岛锌厂为典型，该厂经多年努力，开发了高温沸腾焙烧、自热焦结炉、大型蒸馏炉、精馏炉、双层煤气发生炉、罐渣旋涡熔炼挥发炉等新技术，将竖罐炼锌提高到一个新水平，先后建成了20万t/a竖罐炼锌产能。但因单系列产能难以大型化，加上能耗和环保难与湿法工艺媲美而没有获得大规模推广应用。    ISP鼓风炉炼锌又称帝国熔炼法，炉子上部产锌、下部产铅。我国建有5套装置，去年产锌总量20～21万t。该工艺对铅锌难以分选的混合精矿处理具有独特优点。60～70年代获得快速发展。随着铅锌混合矿分选技术的提高，加上铅锌精矿烧结过程的烟气和返粉破碎的粉尘污染等环保问题难以解决、ISP工艺已是夕阳西下，全世界先后共建设了19套ISP装置，在发达国家，因环保原因有多家已经关闭，2004年澳大利亚的柯克、克里克的ISP厂亦已关闭。    电炉炼锌，由于投资相对较低，属短流程、操作简易、环保没有突出问题，因此在云、贵、川、陕、甘、宁、青海等边远省区，有锌矿资源、电力充足的地方，近十多年来在不断发展。目前全国已有35个工厂建成投产了58台电炉，电炉装机总功率112k·kW，年产锌总量15～16万t。目前还有8个厂家，近40台电炉在建，总功率近120K·KW。其中较具规模的有云南文山电炉炼锌厂，拟建6台4000kVA电炉、贵州赫章拟建10台2000kVA电炉、六盘水拟建14台3500kVA电炉。已投产的电炉单机功率在1000～6300kVA之间，产品电耗视精矿品位高低而波动在3500～4300kW·H/t粗锌之间。    另外柳州锌品厂、水口山有色公司等多个厂家将锌焙砂压团、用维氏炉还原挥发直接生产商品氧化锌，也有相当规模，氧化锌年产量波动在30～40万t之间。这也应归属于火法炼锌范围。近十年我国锌产量列于表2：表2  我国锌产量                                                  单位：万t       年份项目名称199519981999200020012002200320042005锌精矿含锌量101.07127.3147.6178.03169.32162.4202.9239.1 锌金属107.67148.6170.32195.7203.76215.5231.85271.9271.1 其中：电 锌44.370.8681.89100.5117.8124.6143.7195.1      精馏锌32.139.1439.7955.945.959.756.270.37      蒸馏锌5.56.527.714.427.21.71.791.82      锌 品25.732.0240.9334.832.829.430.240.7      表2中除电锌外,均为火法炼锌产品,以2004年计,电锌195.1万t，占当年锌总产量的71.8%，ISP鼓风炉产锌21万t，占7.7%，电炉产锌16万t，占5.9%，其余为竖罐产锌约35～36万t，占13%。从表2看，1995年电锌产量仅占当年总产量41%，到2004年已提高到近72%，表明湿法炼锌的发展速度，远大于火法炼锌。    2005年我国年产锌3万t以上的企业列于表3：  表3  2005年我国锌年产量3万吨以上的企业                                                  单位：万吨排序企业名称锌产量1株冶火炬金属股份公司32.682葫芦岛有色金属集团24.563中金岭南18.144白银有色金属公司13.115云南冶金集团10.376汉中八一锌业公司7.247水口山有色金属公司6.948四川宏达集团8.699陕西东岭锌业公司6.6910祥云飞龙实业公司5.0911豫光金铅集团5.0012赤峰库博红烨锌业公司4.9713柳州华锡集团4.51 14云冶锌业公司4.1115云南金鼎锌业4.6116四川会东铅锌矿4.5317湖南三立集团4.0518山西襄汾有色金属公司3.9119陕西锌业公司3.4120西部矿业3.3021锡矿山闪星梯业公司3.2322甘肃成州矿业3.10 上述合计182.2 全国合计271.1 上述企业占全国产量合计67.2%资料来源：国家统计局，中国有色金属工业协会近年来锌冶炼的技术进展   上世纪90年代随着单系列10万t/a电锌业冶炼厂的建设，采用和研制了109m2的大型沸腾炉焙烧炉、余热锅炉、焙砂沸腾冷却器、高效冷却筒、150m3高效节能搅拌槽、全塑大型电解槽、机械化剥锌片机、40t大型低频熔锌感应电炉、自动浇铸－码垛－打包机等先进设备和锑盐三段深度净液等技术，致使我国湿法炼锌技术水平进入世界先进行列。最新进展有：1)云南冶金集团和昆明理工大学，联合开发了高铁锌精矿铁自动催化加压浸出新工艺，处理含Zn 42.17%、Fe 14.38%、S 29.28%的精矿，工业性连续试验指标达到：锌浸出率98.05%，铁浸出率仅29.22%，元素硫转化率92.2%。该技术已建成投产了10000t/a电锌的生产线，进入了产业化阶段。该工艺具有流程短，将常规湿法炼锌的焙烧、余热锅炉、收尘、制酸、浸出、渣处理等多道工序合并为一段或两段加压浸出，流程简洁。另外，该工艺直接产出元素硫，避免了焙烧烟气制酸后尾气排放，残余SO2及酸雾对环境的污染，是一项清洁工艺，尤其对硫酸没有销路的地区建厂具有更大优越性。 2)高硅氧化锌矿的处理，近年有突破性进展，云南祥云飞龙实业有限公司，将高硅氧化锌矿与硫化矿焙砂的中温中酸浸出渣，按适当配比混合，再经高温高酸浸出、用针铁矿法沉铁、脱硅、净液、电解生产电锌，已取得国家专利。该厂采用上述工艺已生产多年，锌的总回收率达94%±。2005年该厂电锌产量已突破5万t/a，证明该工艺成熟可靠，为我国难处理的高硅氧化锌矿经济有效地利用开创了新途径。3)由于铟价突破1000万元/t，一公斤铟的产值等同于一吨锌，锌矿中伴生金属铟的有效回收引起锌冶炼同行的高度重视，有两项研究成果引入了产业化设计。一是湿法冶炼高温高酸黄钾铁矾工艺中，中浸渣不直接送去高酸浸出，而用烟尘和高酸浸出液进行预中和、预中和上清液沉矾、预中和底流再送高酸浸出。沉矾上清液返回中性浸出，铁矾渣则富集了绝大部分铟，用以作为提铟的原料。改进后的浸出工艺，铟的总回收率达70%以上，正在国内用此工艺建设50t/a铟、5万t/a锌的铟锌冶炼厂。4)另一研究成果属火法炼锌工艺，即铟锌精矿脱硫焙烧后，焙砂送电炉还原挥发，挥发物经锌雨冷凝获得粗锌，粗锌精馏得到精锌，铟则残留在精馏残渣硬锌中，硬锌经真空冶炼回收铟。该工艺铟在电炉中的挥发率>90%，铟的总回收率达80%，正在国内建设年产锌3万t/a、铟20t/a的示范工厂。 4、发展探讨    我国是一个锌冶炼的生产与消费大国，但不是强国。与其他有色金属一样，存在一些共性的问题，如不采取有效对策，发展难以为继。1)随着国内锌消费量的迅速增长，必须重视对国外锌资源的开发利用。我国原本是一个锌资源大国，上世纪有大量的锌精矿、金属锌、合金出口。从表4可以看出，从2001年起，锌精矿进口量超过了出口量，从2003年起，锌的外贸额由顺差转为逆差。从2004年起，锌及锌合金的进口量超过了出口量。2005年底，包括锌品在内的综合冶炼能力已达400万t/a±，而该年锌产量仅维持在2004年水平，且略有下降(见表2)，主要受进口精矿的限制。表4  我国锌的表观消费量及外贸状况              年200020012002200320042005 份项目表观消费量（万t）128.5151.2187.1214.6288.5321.9锌精矿（万t）进口7.7965.2978.4774.5661.6156.78出口13.891.340.35000锌、锌材锌合金（万t）进口18.1322.2621.231.14762.1出口61.157.5249.648.428.014.7外贸额(万美元)进口额23200.137878.249191.257816.683252.0119222.5出口额73439.361575.649276.251013.938962.234309.9顺差50239.223697.485-6802.7-44289.8-84912.6 国内锌冶炼厂的建设热情未减，今年又有超过20万t/a的冶炼产能投产。国内锌的采选能力增长,赶不上冶炼能力的增长,进口精矿的量也受到国际市场限制。原料供应不足已成为我国锌冶炼产能增长的瓶颈。要改变这种局面，有关部门和企业必须把重点放在开发国外锌的矿山资源上。国内锌资源储量据2005年统计仅2095万t，基础储量也只有3250万t。照现有生产和开发速度，国内锌资源只能再维持7～8年的用量。现在若再不重视，不久就会出现锌的战略性资源危机。2)重视再生资源的回收利用是解决我国锌资源短缺的有效途径。在我国，铜、铅、铝、锡等金属的废杂金属的回收利用，已受到有关部门和企业一定程度的重视，唯有锌的二次资源回收利用，仍重视不够，处于自流状态，没有形成产业。据《有色金属资料汇编》统计，我国近5年来再生锌产量列于表5。 表5   2000～2005年我国再生锌产量及比例年份产量200020012002200320042005再生锌产量(万t)7.006.972.093.244.488.5占当年总产量%3.53.420.971.401.653.14  由于统计难度大,表5的统计数不一定准确,但可看出再生资源利用程度相当低.。2004～2005年我国锌的表观消费量年均已达300万t。其消费行业所占比例列于表6。其中镀锌及干电池行业用锌量已超过50%，其废杂金属均未进行有效回收。 表6  各消费行业用锌比例％用锌行业占锌总消费量%镀锌行业40压铸行业16.9铜锌合金行业15.2干电池行业13.2氧化锌化工涂料行业11.4锌材加工行业1.5其它行业1.7 发达国家锌的二次资源回收率已达到锌产量的30%。美国有80多家电炉炼钢厂，集中处理废旧镀锌钢材，产出含Zn、Pb、Cd的烟尘，经进一部富集分离，作为生产这些金属的原料，有效地提高了锌等二次金属的回收比率。目前世界上约有50家再生锌回收厂，其产量占世界锌总产量的10％。干电池回收锌在我国仍处于研究阶段，据报导，日本和韩国均已建设了年产锌5000t以上干电池回收利用工厂。二次锌资源回收，国家有关部门必须引起高度重视。首先是对用锌量最大的镀锌钢材的废杂料需要集中收集，集中在能有效回收锌的专门炼钢厂处理。其次要加快研究步伐，尽快突破废干电池经济有效的回收工艺。其他除氧化锌涂料难以回收外，锌材、压铸合金，铜锌合金等只要注意收集，均能较易回收其有价金属。如果锌的二次金属回收率达到消费量的30%，意味着我国每年可回收90万t锌，将在很大程度上缓解锌资源的压力。3)扩大企业规模才能提高资源综合利用整体水平 我国锌冶炼企业，前几年统计有几百家，单电炼锌厂就有近40家，企业平均产锌量不足万t。全国年产锌10万t以上的有五家，株冶最大，年产锌30～33万t。大厂，如株冶，资源综合利用水平就比较高。小锌厂要经济有效地全面回收锌资源中的伴生金属很困难，存在着浪费资源的问题。国外锌公司规模相对较大，世界十大铅锌公司，控制着世界铅精矿总产量的48.7%，锌精矿总产量的43%。嘉能公司控股的锌产能达64万t/a；优美利公司锌产量达到65万t/a；高丽亚铅公司铅锌产能达到90万t/a，是世界最大的精锌生产公司。这些公司，锌资源的综合利用程度都高于我国现有水平。我国锌冶炼的发展方向也应该适度减少锌企业数量，扩大企业规模，提高劳动生产率，提高资源综合利用水平，才能在国际竞争中处于有利地位，成为锌生产的强国。   4)技术角度看，推广常压氧浸工艺值得重视。常压氧浸具有加压氧的特点，可生产元素硫，锌的浸出率高达98%以上，又克服了加压氧浸因单体硫影响易在釜内及矿浆管道内产生物料粘结的缺点，投资也低于同等规模加压氧浸技术，号称是第三代炼锌新技术。或者可成为我国今后锌冶炼推广应用的首选技术。