中国是世界产铅大国，但却是名副其实的炼铅技术矮子。虽然近年来我国铅冶炼技术装备水平有了很大提高，吨铅冶炼能耗从2000年的721kg标准煤下降到65416kg，但仍存在诸多不足:(1)铅锌冶炼企业规模小。中国建成的铅冶炼厂有400多家，但产量超过5万吨的只有十多家。铅总产量的60%约200万吨，仍采用烧结-高炉冶炼生产；(2)技术装备相对落后。除了几家大型和在建的铅冶炼厂采用了先进的氧气底吹技术外，大多数铅冶炼厂仍采用烧结机技术，甚至是被明令淘汰的烧结锅技术。同时，由于自动化程度低、管理不到位，几家大型铅冶炼厂的装备水平和技术指标落后于国外同类企业，人均劳动生产率仅为发达国家的1/10。(3)环境污染严重。铅主要由火法冶金生产，其污染主要是低浓度SO2和含铅烟尘。目前，我国矿山铅年产量约为210万吨。除部分厂家用于制酸的SO2烟气外，每年仍有约20万吨低浓度SO2排入大气，约占我国有色金属工业SO2年排放量的25%。(4)技术经济指标低，能耗高。世界先进铅冶炼的能耗水平是每吨铅300千克标准煤。2005年我国铅冶炼综合能耗为650kg标准煤，国内先进水平仅达到470kg标准煤，且存在炉渣“热-冷-热”工艺重复能耗、原料适应性差等重要弊端。因此，研究开发符合我国资源特点、具有完全自主知识产权的铅冶炼新技术，对于提高我国国民经济发展关键时期金属矿产资源的节能减排水平，促进社会和谐可持续发展具有重要意义。

一、国内外铅冶炼技术现状

铅的冶炼方法可以简单地归纳为两大类:传统法和直接炼铅法。传统的方法是烧结-高炉冶炼法(包括烧结机、烧结锅、烧结托盘等。);直接炼铅法是指取消硫化铅精矿的烧结过程，直接在炉内熔炼生精矿。多年来，传统的烧结-鼓风炉熔炼法一直是铅的主要生产方法，即使到现在，其产量仍占世界铅产量的60%以上。然而，随着人类环保节能意识和要求的不断提高，烧结-鼓风炉熔炼法的缺点日益突出，大多数新建铅冶炼厂都采用了直接炼铅技术进行生产。直接熔炼法可概括为一段炉法，主要有前苏联开发的基夫塞特法和瓦纽科夫法，德国鲁奇公司开发的QSL法，瑞典波利顿公司开发的卡尔多法等。，可一炉完成粗铅的冶炼过程。两段炉法包括澳大利亚开发的氧气顶吹浸没熔炼法(也叫Ausmelt法和Essar法)，以及我国80年代开发的水口山法(也叫氧气底吹熔炼法——SKS)，在两个炉内完成粗铅生产过程。

(1)烧结-高炉冶炼法

烧结-高炉冶炼法使用寿命长，技术成熟可靠，生产稳定，建设投资少，回收率高。近年来，对鼓风烧结机和烧结操作系统进行了许多改进，如烧结机采用刚性滑道减少漏风；通过反烟烧结-不稳定制酸等增加SO2浓度。但就整体工艺而言，在环保要求日益严格的现状下，烧结-高炉冶炼法仍存在一些难以继续接受的弊端:

1.无论如何改进，烧结烟气中SO2浓度仍然较低，难以满足常规制酸工艺的要求；

2.无论采用何种烧结方式，烧结块中仍含有2% ~ 3%的残留硫，高炉烟气中SO2浓度通常高达4g/m3，经济上难以控制，造成严重的环境污染。

3.烧结返料量大(~ 80%)、设备庞大、烟气逸出大量粉尘是导致铅污染事件的主要原因。

4.烧结过程中大量氧化反应热无法回收，烧结块冷却后在高炉中冶炼消耗大量冶金焦，导致能耗高；

5.作业环境差，劳动和工业卫生条件差，对员工健康危害大。

(2) Kifset方法

福塞特过程是在前苏联发展起来的。1986年，每天处理400 ~ 500吨炉料的乌斯蒂-卡梅诺戈德斯克铅冶炼厂在哈萨克斯坦建成。1987年，意大利恩利索斯公司建成了日处理炉料600吨的威斯梅尔港铅冶炼厂，年产粗铅8万吨。1994年，加拿大Kemenko公司放弃原有的QSL炉，开始建设规模为10万吨/年的Kifset法铅冶炼厂，并于1996年12月投产。

福塞特法是一步闪速熔炼法。福塞特炉由两个反应区组成，炉内有隔墙，一侧为氧化反应区，另一侧为还原区。氧化区配有方形反应塔，粒度

1.原料适应性强。含有20% ~ 70%铅、13.15% ~ 28%硫和100 ~ 8000g/t银的原料可以用Kifset法处理，也可以处理含锌炉料和炼锌渣。

2.炉子连续稳定运行，炉龄长，维护费用低；

3.主要金属回收率高，原料中铅回收率可达98%，金银回收率可达99%，锌回收率可达60%以上；

4.烟气量小，烟气中SO2浓度高(30% ~ 40%)，余热锅炉和电收尘器小，热损失小；

5.冒烟率低，只有5% ~ 6%；

6.氧化还原在一炉内完成，反应热得到充分利用，热损失小，所以能耗很低；

7.炉体密封，易于实现自动化和机械化，炉体逸出的烟尘少，操作条件好，劳动安全，工业卫生条件好；

8.基夫塞特炉可以处理湿法炼锌渣，回收铅、锌、银、铟。小厨房炉生产的氧化锌可送锌冶炼系统处理，使铅锌互补，对铅锌联合企业更有利。Kifset法的优点很多，但Kifset炉隔墙两侧受热，炉衬腐蚀快，经常发生事故。此外，在处理高锌物料时，烟道经常因氧化锌粉尘的堆积而堵塞。

(3) QSL方法

QSL法为富氧底吹熔池熔炼，其QSL炉为可旋转的卧式长圆筒炉，向出铅口倾斜。

分为氧化区和还原区。氧化区和还原区分别设有液氧喷嘴和煤粉喷嘴。铅精矿造球后从顶部加入氧化区，在熔池中与氧枪喷入的氧气反应生成氧化铅和SO2，实现自热熔炼。氧化铅在氧化区与硫化铅反应生成原生铅，从底部排出。炉渣从氧化区进入还原区，在其中PbO被从煤粉喷嘴喷入的煤粉还原，炉渣中的铅含量逐渐降低，同时还产生铅锌氧化物粉尘和二次粗铅。二次粗铅和一次粗铅一起排出，炉渣逆向移动，从反应器的另一端排出。为解决铅渣混流，在氧化段和还原段之间增加隔墙，耐火材料为浇注铬镁砖。

QSL工艺已在德国斯托尔贝格、韩国元山、中国西北冶炼厂和加拿大特雷尔使用。西北冶炼厂由于炉内氧化还原气氛难以控制，操作难度大，炉衬侵蚀快，氧枪寿命短，结渣堵塞，烟尘率高(25%左右)，1992年投产，十几年间三次试运行，停产不到12个月。特雷尔冶炼厂建于1989年，投产后出现了一系列工艺和设备问题。喷枪寿命只有2 ~ 4天，内衬腐蚀严重。生产3个月后被迫停产，之后又转型为Kifset工艺。韩国文山经过试运行改造，氧化还原分两室，至今生产正常。德国斯托尔贝格公司在过去10年间进行了多次技术改造，至今生产正常。朝鲜和德国的生产实践证明，QSL仍是一种成功的直接炼铅法。特点如下:

1、设备简单，粗铅生产在一台设备中完成；

2.原料适应性好，可用于处理含铅高的二次物料，如电池膏、铅银渣等。

(4)卡尔多炼铅法

卡尔炼铅法是瑞典波利顿公司开发的一种炼铅技术。1979年，第一台用于处理含铅烟气的有色金属卡尔多熔炼炉在瑞典伦斯卡冶炼厂诞生。1992年，伊朗增江铅锌公司利用卡尔多炉处理氧化铅精矿生产铅，年生产能力411万吨。迄今为止，世界上已有12座卡尔多炉投入生产。中国西部矿业公司引进的卡尔多炉于2006年在青海建成投产，设计能力为60kt/a粗铅。

卡尔多炉有很多种，但基本结构都差不多。其炉体与炼钢氧气顶吹转炉相似。它由桶形下炉膛和喇叭形炉口组成，内衬铬镁砖。炉体可在电机和减速电机的驱动下沿炉膛的轴旋转。正常运行的倾斜位置，有烟罩和烟道，炉气引入收尘系统。输送燃油和氧气的燃烧喷枪和输送精矿的加料喷枪从炉口通过烟罩插入炉内。卡尔多炉是一种倾斜氧气顶吹转炉。装料、氧化、还原、出渣/出铅四个冶炼步骤在一炉内完成，操作是周期性的。还原炉烟气中的SO2很少，所以一部分SO2必须在氧化阶段被吸收、压缩、冷凝成液体，然后在还原阶段被再气化，再加入烟气中维持烟气硫酸系统的连续运行，操作起来比较麻烦。

(5)氧气顶吹浸没熔炼法(奥斯麦特法、埃萨尔法)

氧气顶吹浸没熔炼是20世纪70年代在澳大利亚发展起来的一种成功的炼铜技术，后被移植到铅冶炼中。冶炼工艺是将空气体冷却的钢喷枪通过炉顶倾斜烟道的开口插入桶形炉内。喷枪位于衬有耐火材料的炉子的中心，其头部埋在熔体中。燃料和空气体通过喷枪直接喷入高温熔渣层，引起燃烧反应和熔体的剧烈搅动，从而进行物料的氧化脱硫，产生部分粗铅和富铅渣。这样，在一个小空的房间里加入的电荷被迅速加热熔化，完成化学反应。调节喷枪插入深度可以控制熔体的搅拌强度，操作灵活，使炉子能长时间保持热稳定性。熔炼产生的富铅渣用铸渣机铸成渣块，然后送入高炉还原熔炼生产粗铅和炉渣。喷枪是炉子的核心部件。它具有双层套筒结构。上段采用45#钢，下段喷嘴采用不锈钢。内管通过燃料，即定量空气体携带的油或煤粉。内外管之间设有螺旋导流叶片，助燃空气体(或富氧空气体)以大于两倍音速的速度从这个通道中螺旋流出，增加了枪体与气体之间的传热，从而在喷枪外表面形成一层冷却的渣壳，保护喷枪，延长其使用寿命。顶吹熔池熔炼炉对入炉物料要求低。无论是颗粒物料、粉状精矿、粉尘返料等。，只要水分含量小于10%，就可以直接入炉。如果是粉状物料，配料造粒后有利于降低烟尘率。由于该方法的主要设备结构简单，辅助和辅助设备不复杂，与基夫塞特法和QSL法相比，该方法的资金投入较低。氧气顶吹浸没熔炼法属于两段炉炼铅法，用氧化炉熔炼代替传统炼铅工艺的烧结。氧化炉烟气量少，SO2浓度高，解决了烧结过程中低浓度SO2污染的问题。90%以上的硫磺得到回收，对环境污染小，劳动卫生条件比传统方法大大改善。而氧化阶段只有约40%的铅以粗铅的形式产生，富铅渣不能直接还原而必须浇注成渣块。高温富铅渣的显热无法利用，高炉还原熔炼需要加入大量焦炭，因此其能耗很高。

氧气顶吹浸没熔炼基本上是一种熔池熔炼法。熔池内气、固、液被剧烈搅动，严重冲刷炉体，炉龄短。另外艾萨炉的喷枪很贵。

两段式直接炼铅并不是一种彻底、完美的直接炼铅工艺。如果进一步改进奥斯麦特工艺，实现熔融物料的转移和第二竖炉还原，代替高炉还原，可以进一步改善劳动条件，减少污染，节约能耗。但直到现在，仍有部分澳斯麦特炼铅厂家不认同竖炉还原，仍采用高炉还原。因此，综合考虑炉龄、能耗、生产操作条件，目前的氧气顶吹浸没熔炼法并不是理想的直接炼铅方案。

值得注意的是，Ausmet公司已将印度锌公司的Ausmet炉用于氧化熔炼、还原熔炼和炉渣烟化处理，一炉三用，粗铅产能50kt/a，实现了成功的产业化，并已开始实践最初的研发目的。这种一炉多用的奥斯麦特炉是一种原料适应性广、备料简单、工序少、投资低的好工艺技术。但美中不足的是必须在还原期和烟化期向烟气中加入SO2才能连续制酸。

(6)水口山炼铅法

水山炼铅法又称氧气底吹熔炼法，是我国80年代在QSL法基础上发展起来的。所用反应器保留了QSL法的氧化段，但取消了还原段。从熔池底部吹氧，产生富铅渣和部分粗铅。富铅渣还需要用铸渣机铸成渣块，然后送入高炉还原熔炼，生产粗铅和炉渣。但与氧气顶吹浸没熔炼法不同，氧气底吹熔炼法炉型结构简单，建设投资小。

与烧结-高炉还原熔炼工艺相比，氧气底吹熔炼可以更好地解决氧化段烟气中SO2污染的问题，但由于氧气底吹熔炼技术本身的缺陷，大部分铅只能以氧化铅的形式与应时、石灰石等熔剂一起渣化，铅的一次还原率不到40%。由于高铅液态渣的直接还原技术尚未成熟，需要将1200℃左右的高温熔渣冷却成熔渣块，然后送入高炉用焦炭加热到1250℃左右进行高温还原熔炼，热能利用极不合理。同时，氧气底吹熔炼只适用于处理含铅50%以上的高铅精矿，而对于含铅40%左右或以下的低品位铅精矿，由于氧气底吹炉无法自热熔炼和直接生产粗铅，炉衬腐蚀严重，炉体使用寿命大大缩短。此外，与QSL类似，氧气底吹冶炼的烟尘率也很高，通常为25%。

二、华氏闪速炼铅法

2009年9月24日，北京矿冶研究总院与灵宝市华宝实业有限公司合作开发的10万t/a铅富氧闪速熔炼项目投产。9月25日，闪速熔炼炉开始出铅，经过6天的满负荷连续运行，进行了第一次抽查，这标志着我国第一个具有完全自主知识产权的铅富氧闪速熔炼项目——华斯闪速熔炼法取得圆满成功。华斯闪速炼铅工艺是在借鉴现代铜闪速熔炼的基础上，充分吸收基夫塞特炼铅工艺的优点而开发的一种新型闪速炼铅炉。主要设备由闪速熔炼炉和矿石热稀释电炉组成。闪速熔炼炉由三部分组成:圆形反应塔、带热焦过滤层的矩形沉淀池和直上升烟道。圆形反应塔顶部装有燃料燃烧器和焦炭管保温，塔中心装有中心扩散精矿喷嘴。粉状炉料通过下料管从喷枪喉部送出，氧气高速喷入喉部，炉料通过喇叭口引入并分散成雾状送入反应塔。5 ~ 20 mm的碎焦炭通过焦炭管加入反应塔。炉料和氧气的混合物在1450℃左右的高温下悬浮氧化，约10%的焦炭参与燃烧反应，补充反应热。反应后，熔融物先落到焦层，80% ~ 90%的PbO与热焦层产生的CO、C反应，还原成金属铅，从沉淀池排铅口虹吸出来。少量铅进入炉渣，通过流槽流向矿石热稀释电炉进行深度还原。从反应塔出来的烟气进入沉淀池，以5 ~ 7m/s的速度流向直升机烟道，为了减少熔融粉尘的粘附，上升烟道垂直向上，直接与余热锅炉辐射冷却段相连。

流入贫化电炉的温度在1200℃左右的闪渣，通过自焙电极加热，维持在1250℃以上的还原温度。碎焦炭在炉渣入口处加入，并引入压缩空气体以搅拌熔体。通过控制适当的还原强度，大部分铅和锌被还原。还原产生的锌蒸气和电炉烟气经水冷烟道冷却，二次抽吸燃烧，表面冷却，再经布袋除尘器回收。从排铅口虹吸出贫化电炉的粗铅。与闪速熔炼炉不同，华斯闪速熔炼炉在熔池上保持150 ~ 200 mm厚的焦炭层。熔融物料先被焦炭层过滤，PbO与C反应后再进入沉淀池。其次，华斯闪速熔炼炉上升烟道是垂直的，与锅炉辐射区垂直相连，与铜冶炼闪速熔炼炉倾斜上升烟道的辐射冷却室相连。与基夫塞特炉不同，华斯闪速炼铅炉只有反应塔、沉淀池和上升烟道，反应塔有中心扩散精矿喷嘴；小厨房炉的反应塔、沉淀池、电炉融为一体，有两个上升烟道。沉淀池的氧化段和还原段有隔墙，反应塔顶部有四个精矿喷嘴，炉体结构复杂。在操作控制条件上，华斯闪速炼铅法也与Kifset有着本质的区别，如氧势控制、渣型控制、脱硫率控制、锍层控制、底铅温度控制等。正是由于上述操作和控制条件的改变，保证了铅精矿中伴生铜的高效回收(当原料含铜0.14%时，可产出含铜8%左右的冰铜，铜回收率大于85%。从以上描述可以看出，华斯闪速炼铅工艺在保留了基弗塞特炼铅工艺优点的基础上，具有以下特点:

1.炉子结构简单，投资低。在同等生产规模下，投资比Kifset少30%以上，而且华斯闪速炼铅的操作和运行条件更稳定；

2.材料适应性更强。不仅适用于铅精矿的处理，也适用于湿法炼锌渣、湿法炼铜渣和铅贵金属系渣的处理，使铅、锌、铜三者相辅相成，对铅锌铜联合企业更有利。

3.铅和伴生有价金属如铜、锌和贵金属的回收率更高。渣中铅含量可降至2%以下，渣锌含量可降至3%以下。炉渣中的铜含量可降至0.11%以下；约99.15%的金银富集在粗铅中；闪速炉灰含锌2%左右，铅65%以上，避免了锌在物料中的无效循环。

4.低烟量、低烟率、低热损、高SO2浓度(>:20%)，配套小型电除尘；

5.炉体密封性好，负压运行时烟气逸出少，运行条件好；

6.与氧气底吹熔炼法相比，不仅原料适应性好，而且实现了高温熔渣的直接还原，充分利用了反应热，能耗很低，热能利用效率高，废渣无需烟化炉处理回收锌和铅。

7.可以用廉价的兰炭代替冶金焦作为焦炭过滤层，生产成本低。

在试生产期间，处理了含40%铅、6%锌和0.14%铜(由四种杂质组成)的低品位矿石。为了降低燃料消耗，添加3% ~ 5%的煤粉。闪速熔炼每天可处理炉料600 ~ 720吨。闪速熔炼渣中的铅含量通常保持在10% ~ 15%(最低为6%)。电炉废渣经稀释还原后，含铅量115% ~ 3%，含锌不到3%，含银4 ~ 6g/t，含金0.11g/t，含铜不到0.11%。冰铜含铜8%，铅32%，硫16%；粗铅品位大于98%；闪速熔炼粉尘含铅量大于65%，含锌小于3%，烟尘小于6%，全部返回闭路熔炼；电炉粉尘含有超过45%的锌和低于30%的铅。

正常生产条件下，闪速熔炼可以不消耗柴油，但为了保证生产稳定运行，塔顶油枪保持30L/h供油，由于建设资金短缺，灵宝10万t/a铅富氧闪速熔炼项目余热锅炉产生的蒸汽除部分用于干燥物料的蒸汽外，直接排放到空，造成热能的极大浪费。在能耗方面，如果不考虑余热锅炉的蒸汽利用，按照目前日处理600吨含铅40%左右的物料，按旧标准(1kW & # 8226H =01404kg标准煤)来计算约443kg标准煤/t，按新标准(1kW & # 8226H =011229kg标准煤)来计算约317kg标准煤。如果考虑蒸汽的利用，按老标准约362kg标准煤，按新标准约236kg标准煤。

三。结论。

在北京矿冶研究院冶金研究设计院和灵宝市华宝实业有限公司两年多的努力下，我国首个铅的富氧闪速熔炼项目——华斯闪速熔炼法终于取得圆满成功。试生产期间获得的多项技术经济指标表明，我国铅冶炼技术已进入世界先进水平。