(河南豫光金铅股份有限公司 陈会成)
摘 要: 简述了国内外铅冶炼的生产技术现状及其存在的不足，并介绍了铅冶炼新技术的研发状况。重点介绍了豫光炼铅法的研发历程、工艺装备特点及工艺的优越性，豫光炼铅法对提升我国铅冶炼水平、实现绿色冶炼的深远意义。
关键词:豫光炼铅法;绿色冶炼;液态高铅渣;直接还原
1、国内铅生产技术现状
我国是世界第一铅生产和消费大国，据统计2009年全国粗铅产量达314万吨，消费量为287万吨，我国也是铅矿资源贫乏的国家，2009年原生铅选铅量仅120万吨，远不能满足我国铅冶炼的生产需要，大部分铅原料需要进口。我国现行铅冶炼工艺主要有：烧结----鼓风炉还原工艺，氧气底吹氧化----鼓风炉还原工艺(SKS炼铅法)，云南曲靖的YMG炼铅法，QSL炼铅法，闪速熔炼炼铅法等，但应用最广的先进工艺是氧气底吹氧化----鼓风炉还原工艺，但它的生产过程能源消耗还大有潜力可挖。资源的短缺、产能的过剩，以及环保要求的日益提高，越来越要求更好的绿色冶炼工艺出现并应用。
2、国外铅生产技术现状
国外铅冶炼也采用传统的烧结-鼓风炉还原熔炼工艺，并在上世纪占主导生产工艺。由于存在能耗高、环保效果差等原因，已不再新建。直到上世纪80年代，先进的闪速熔炼和熔池熔炼技术在工业化生产中逐步应用，铅冶炼技术有了较大进步。主要代表技术有基夫赛特直接炼铅法、QSL炼铅法、富氧顶吹浸没熔炼法、卡尔多炼铅法等。
2．1 基夫赛特直接炼铅法
基夫赛特直接炼铅法属于一种闪速熔炼工艺，其核心装备是基夫赛特炉，它主要由氧化反应塔、贫化段和电炉区组成。炉料和焦粒通过反应塔顶的喷嘴和加料口加入，硫化物在下落过程中快速氧化放热、熔化、造渣。焦粒漂浮在熔池表面形成炽热的焦炭层，在熔体落入熔池的过程中部分氧化铅被还原成铅并沉入熔池底部。部分氧化铅熔渣从隔墙下部进入电炉区贫化，进一步完成氧化铅熔渣的还原。该工艺的优点是生产环境较好，对原料成分适用范围较广。但其主要缺点是投资大、能耗高、对原料粒度水分要求高、不太适合处理块状物料等，其中应用此工艺的生产厂家“哈萨克斯坦和乌斯季—卡缅诺戈尔斯克”因为使用效果没有达到预期目标，已停止生产。
2．2 QSL炼铅法
QSL炼铅法是一种熔池熔炼炼铅工艺，它通过底吹氧气作搅拌动力，使硫化物精矿及其它含铅物料与熔剂等原料在氧化段剧烈搅拌，完成熔化、氧化、交互反应，然后在还原段发生还原反应，生成粗铅和还原终渣。其反应器由氧化段和还原段构成，中间由隔墙隔开。氧化段主要进行的是硫铅矿的氧化反应，氧化熔炼产生的高铅渣通过隔墙下部的孔道(或溢流)流入还原段;在还原段喷入粉煤维持适当的还原气氛，完成氧化铅的还原，还原后的铅液沉积于熔池底部并流入氧化段，然后由铅虹吸道排出。该法应用于德国斯托贝格厂、韩国温山冶炼厂、中国西北铅锌厂。其中我国西北铅锌厂引进的该套装备由于炉衬寿命短及其它问题至今没有成功运行，但他为我国铅冶炼的发展提供了经验教训。国外也有一些厂家使用该技术，但也存在还原反应进行得不太彻底等问题，还原后的终渣含铅还有约5%。
2．3富氧顶吹浸没熔炼法
顶吹浸没熔炼是澳大利亚联邦科学工业研究组织由炼铜装置衍生的技术，其核心装置是赛罗喷枪，顶吹炉为一圆柱形竖炉，靠喷枪供气进行强烈搅动，这样会导致耐火材料容易受熔体及烟气浸蚀、冲刷，为保护炉墙使用企业也采用了一系列保护措施：如严格控制炉温，防止炉温波动大而造成炉衬剥离;炉壳外表面用淋水冷却;在炉砖与炉壳间镶嵌铜水套等。通过以上措施炉墙寿命也可达到一年之久。该技术的应用厂家有：纳米比亚舒迈伯铅冶炼厂、澳大利亚MIM公司铅冶炼厂、德国诺尔登汉铅冶炼厂、印度洪都斯坦锌有限公司。其中纳米比亚舒迈伯铅冶炼厂据报道因公司的经营失败导致破产;澳大利亚MIM公司铅冶炼厂的富氧顶吹浸没熔炼炉持续了四年生产，因资源问题停止了生产;德国诺尔登汉铅冶炼厂氧化熔炼阶段进行得较好，但高铅渣的还原熔炼一直未进行;印度洪都斯坦锌有限公司厂已于2005年后期投入生产，由于设计一台炉完成三段作业，而且操作中还有存在一些技术问题，该厂不断完善解决这些问题。
2．4卡尔多炼铅法
卡尔多炼铅法是瑞典波立顿金属公司最先应用的一种炼铅技术，我国西部矿冶铅厂于2005年引用该技术并投产，据了解该工艺存在的主要问题有：采用间断操作，过程繁杂，温度变化，过程控制管理不方便;而且炉衬耐火材料寿命短，隆斯卡尔铅厂及伊朗炼铅厂引用的该技术均存在炉衬寿命问题，我国西部矿冶公司同样存在炉衬寿命较短这一重大问题。此外该项工艺也由于烟尘率及能耗也较高等原因，一直未被推广应用。
3、我国近年来铅冶炼新技术的改进及研发状况
3．1 富氧在传统炼铅技术中的应用
从富氧烧结到富氧鼓风炉还原、再到富氧烟化提锌，均不同程度的引入了富氧作业，使生产能力和能耗均有较大程度的改进，能源消耗降低10%左右，污染物的排放减少了15%左右。
3．2 加大环保投入
传统烧结----鼓风炉还原炼铅过程中产生的低浓度SO2是一件较难处理的事情，以前不少炼铅企业未经处理直接排放，严重污染了生产环境。近几年来国家加大了环保力度，不少厂家采用制酸并用石灰或氧化锌吸收法对这些低浓度的SO2进行了治理排放。同时为减少扬尘，不断加强卫生除尘设施投入，使铅冶炼环境有了较大改善。
3．3成功推广应用氧气底吹氧化----鼓风炉还原炼铅新工艺
2002年河南豫光金铅股份有限公司首次在我国应用氧气底吹氧化----鼓风炉还原炼铅新工艺(SKS炼铅法)，使铅冶炼生产环境有了明显改善，能耗也有了较大降低，特别是有效解决了SO2污染问题，现已在我国成功推广。目前我国已应用该技术的铅生产能力达100万吨/年，加上正建或拟建的共约200万吨/年。但该技术仍保留鼓风炉，国内不少科研单位和生产企业越来越认识到这一问题的严重性，并探求改进措施。
3．4液态高铅渣直接还原一步炼铅新工艺【简称“豫光炼铅法（YGL）】
3.4.1豫光集团概况及豫光炼铅法简述
河南豫光金铅集团有限责任公司是一家以有色金属冶炼为主，兼多元化经营的大型企业集团，现有员工近7000名，其中专业技术人员1200多名，设博士后科研工作站1个。豫光集团以上市公司河南豫光金铅股份有限公司、中外合资企业河南豫光锌业有限公司为核心。主业经营范围涉及有色金属、贵金属、化工、煤机产品等多个领域。主要产品的年生产能力为：电解铅30万吨，电锌25万吨，硫酸60万吨，黄金3000千克，白银600吨，蓄电池20万KVAH。
河南豫光金铅股份有限公司是亚洲最大的铅冶炼企业, 中国最大的白银生产企业，中国有色金属行业铅锌领域大型骨干企业。公司于2002年7月在上海证券交易所上市，是国家首批循环经济试点单位，全国废旧金属再生利用领域试点企业。
2009年公司综合经济指标位居中国企业500强第477位，中国制造业500强第277位，一般有色及压延加工业第20位。
河南豫光金铅集团有限责任公司始终坚持“绿色冶炼”的发展理念，致力于新技术、新工艺的开发与运用，努力实现公司的可持续发展。公司通过坚持不懈的技术创新，不断推动污染减排技术发展和技术进步，主要污染物减排效果明显，环境效益显著，主要研发应用的四大核心技术有：非稳态二氧化硫转化制酸技术、废旧铅酸蓄电池自动分离-底吹熔炼再生铅新工艺、氧气底吹氧化----鼓风炉还原炼铅技术(SKS炼铅法)、液态高铅渣直接还原一步炼铅技术(豫光炼铅法[YGL])。
该公司自主研发的豫光炼铅法其核心技术即液态高铅渣直接还原工艺，该工艺充分利用熔体潜热，引入高效能的清洁能源氧气天然气，使用煤粒作还原剂。它摆脱了我国百年来鼓风炉炼铅的历史，在我国铅冶炼发展史中具有里程碑的意义。
3.4.2液态高铅渣直接还原技术的研发历程
2003年进行试验室静态小试，验证了进行液态高铅渣直接还原的可行性。
2004----2007年，进行半工业试验，确定了核心工艺装备，即“直接还原炉”和以“氧气+天然气+煤粒”为组合的热还原工艺。
“液态高铅渣直接还原工程”，2007年在河南省发改委立项备案，于2008年6月开始建设，2008年11月份第一套直接还原炉建成投产。投产以来各项技术指标均达到理想的设计值，主要表现为能耗显著降低(吨铅能耗不超过280kg标准煤)、终渣含铅能够稳定地降到3%以下，并大范围的使用自动化技术，第一次在我国实现了铅冶炼领域上的绿色冶炼和低碳经济， 2008年该项目被列入本年度国家资源节约和环境保护项目。
“8万吨熔池熔炼直接炼铅环保治理工程”，已于2010年4月份投产，绝大部分技经指标达到设计要求。2008年该项目被列入河南省重点工程。
3.4.3取得的成果与获奖情况
“液态高铅渣直接还原技术”的研究成功并应用于工业化生产，有效地解决了熔炼过程中潜热能浪费、SO2排放不稳定和转运过程中的粉尘飞扬等问题，提高了资源利用率，真正实现铅的直接熔炼;在进一步提高回收率的同时，极大降低了能耗，实现了真正意义上的清洁生产，使我国铅冶炼技术水平达到国际先进水平，是我国炼铅工业又一次大的飞跃，可以完全替代鼓风炉，为实现节能减排、保护环境，发展循环经济，具有重要的指导意义和示范作用。各项工艺指标均明显优于国内现行生产工艺指标。该工艺被中国工程院院士邱定蕃等专家组成的专家委员会鉴定为“工艺技术国内领先，国际先进，实用性强，节能效果明显，总体技术达到了国际先进水平”。经测算，该工艺能耗指标只有传统鼓风炉的50%，SO2排放量只有鼓风炉的10%，不产生污水，污染物排放水平得到进一步优化，实现零排放，该技术将进一步推动铅冶炼工业的产业升级。
“液态高铅渣直接还原新工艺研究”正准备申报国家科技进步奖。
3.4.4豫光炼铅法的优越性
(一)整体工艺采用短流程作业，省去铸渣机，淘汰鼓风炉，减少二次污染和烟尘率(国际同类熔池熔炼还原炼铅技术的烟尘率一般在15%左右，而豫光炼铅法的烟尘率仅为7~8%);
(二)豫光炼铅法采用天然气、煤粒替代焦炭，达到清洁生产和低碳排放目标，实现了真正意义上的绿色冶炼和低碳经济。SO2排放浓度和远低于国家标准，且不足SKS工艺中鼓风炉排放量的10%。同时CO2排放量仅为SKS工艺的22%左右。
(三)充分利用氧化熔炼高铅渣的潜热，使能耗显著降低。粗铅能耗指标比正在推广的“氧气底吹氧化——鼓风炉还原炼铅工艺”(简称SKS法)低25%左右，比传统烧结----鼓风炉吨铅能耗降低约50%。
(四)由于能耗降低，使得加工成本也明显降低，粗铅加工成本较SKS降低15%左右。
3.4.5豫光炼铅法配套环保措施
豫光炼铅法主要从减少废气排放、采用密闭输灰装置并减少烟气逸出点和扬尘点、通过烟气余热回收利用等节能减排措施，并对尾气中的SO2及废水中的重金属离子进行科学处理等多种环保措施实现绿色冶炼。
(一)从工艺角度出发，减少SO2和CO2的排放
豫光炼铅法的核心技术就是引入高效能的氧气天然气清洁能源，抵制了SO2的生成，减少了煤碳用量，进而减少CO2的生成和排放。同时充分利用熔体潜热(包括液态高铅渣的直接还原、所产铅液直接送去火法精炼)，减少煤碳等能源的使用，从而减少CO2的生成和排放。
(二)采用密闭输灰装置，减少烟气逸出点和扬尘点
豫光集团在“液态高铅渣直接还原技术”的设计应用中，全面从工艺装备入手，实现各烟气扬尘点的集约化、密闭性作业。首先采用短流程作业，省去铸渣机，淘汰鼓风炉，有效解决了SKS工艺存在的高铅渣铸块储运过程中的碎沫飞扬的现象。其次在铅冶炼行业首次采用管式皮带，解决了普通皮带不易转弯及其容易造成的污染性气体、粉尘等问题。第三所采用的核心装备----直接还原炉，本身就是一种密闭性极好的炉窑装置，从根本上改善了传统鼓风炉密闭性的欠缺。第四采用烟尘气体密闭输送技术，减少烟灰的扬尘现象。第五强化通风除尘措施，在各个扬尘点科学设计，有效解决了烟气尘的外逸现象。
(三)通过烟气余热回收利用，实现节能减排
传统的鼓风炉炼铅，由于受鼓风炉这种工艺装置的制约，烟气量较大，烟气温度较低，不易进行烟气余热回收。而豫光炼铅法引用的是高效能的氧气、天然气，降低了烟气量，能够产出高温烟气，便于使用余热锅炉进行烟气余热的回收。
(四)尾气中的SO2及废水中的重金属离子的吸收治理
传统的烧结----鼓风炉炼铅，由于烧结烟气中SO2浓度不高，通常采用一转一吸非稳态制酸，制酸后尾气中的SO2含量仍高于国家排放标准。同时又由于烧结系统脱硫不太彻底，烧结块中仍含有2.5%左右的硫，这种烧结块进入鼓风炉中又会有大量的SO2生成并能随烟气排出。即便是现在国家推行的SKS炼铅工艺，虽然氧化段脱硫比较彻底，采用两转两吸制酸后的尾气中SO2浓度也较低，能够达标排放，但其还原段仍采用鼓风炉还原，由于各种原因仍然会产生不少的SO2产出，因而还有必要对这种尾气进行吸收治理。而豫光炼铅法采用了“氧气+天然气+煤粒”为组合的液态高铅渣直接还原工艺，有效减弱了SO2的生成，使得烟气中的SO2含量极低，不到鼓风炉排放量的10%，远低于其它炼铅工艺水平和国家排放标准，完全实现达标排放。虽然豫光炼铅法烟气中SO2含量较低，但仍然对其烟气进行了碱液吸收治理，彻底实现了真正意义的绿色冶炼，治理后的尾气中几乎不含SO2。
在废水治理方面。豫光集团与荷兰帕克公司结合，成功使用生物法处理废水中的重金属、硫酸根和砷等有害杂质。并就地取材，利用铅冶炼烟灰作中和剂，所得有价铅锌物料返回冶炼系统，处理后的水溶液返回到生产系统使水循环利用。
3.5国内其它新型炼铅法概况
在我国近几年有多家企业和科研单位进行了新型炼铅工艺装备的研发工作，但大都没有收到理想效果。储如河南新乡中联公司开发的侧吹炼铅技术，进行了多年的半工业试验，但讫今还没有进行应用。河南华宝产业有限公司与北京矿冶院开发的闪速炼铅法，虽然这两年不断进行试产改进，但还没有长时间连续稳定运行，还正做进一步的完善。长沙有色设计院与株洲冶炼厂引进设计的基夫赛特炼铅法还处于设计建设阶段。云南曲靖采用的YGM炼铅法也仅解决了氧化熔炼作业，其还原作业也仍采用传统的鼓风炉还原技术，同样具有SKS炼铅法鼓风炉还原的弊病。中国恩菲公司与金利冶炼集团联合开发的液态高铅渣直接还原工艺已取得阶段性成果，还需要进行深一步的研究改进。
4、实现清洁炼铅的发展思路及建议
纵观我国铅冶炼发展历程，由当初的土法炼铅发展为目前的现代规模化炼铅，为使铅冶炼技术进一步全面提高、不断前进，笔者认为未来的铅冶炼发展思路及建议如下：
一)落实科学发展观，依靠科技进步，不断研发应用新技术，淘汰落后高能耗重污染生产工艺。
二)实现铅冶炼的集约化管理，控制产能，改善我国铅冶炼企业星罗棋布的局面。
三)加强新建铅冶炼企业立项审批制度，特别是要严把环保审批程序，提倡人文和谐的企业发展模式。
四)倡导循环经济发展模式，注重再生资源利用。
