自上世纪70年代以来，世界各国致力于研究开发各种新的含铅物料冶炼生产工艺，并取得了丰硕的成果.目前，已实现工业化生产的有基夫赛特(kivcet)法、氧气底吹(QSL)法、顶吹浸没式熔池熔炼(ISA或Ausmelt)法、卡尔多(Kaldo)法、氧气双底吹熔炼法、氧气底吹氧化熔炼—氧气侧吹还原熔炼法等.

这些方法的共同特点是^[1-4]：充分利用氧气强化熔炼技术，实现含硫物料的自热氧化和热态氧化渣直接还原的熔炼生产过程.氧化过程中产出部分金属、氧化渣及高浓度SO₂烟气；热态氧化渣直接进入还原熔炼阶段，产出二次金属和还原炉渣，高浓度SO₂烟气采用二转二吸制酸工艺生产硫酸.除Kaldo法外，熔炼过程中氧化段和还原段产出的高温烟气均采用余热锅炉回收余热生产蒸汽.

以国内某公司铅冶炼项目工程设计为实例，着重介绍了“富氧侧吹氧化熔炼—富氧侧吹还原熔炼”生产工艺(国内首台双侧吹直接炼铅工艺)，此工艺即实现了氧化炉、还原炉的连续熔炼、连续排渣作业，为烟气的余热利用、系统稳定生产，能源的综合回收提供了保障，又结合了侧吹炉供氧喷嘴不接触高温熔体，无需惰性气体及软化水保护，氧气的有效利用率高，炉体及喷嘴使用寿命长等优势，为有色金属物料的综合回收提供了可行的技术依托；此外对富氧侧吹氧化熔炼炉出口烟气的特性进行了分析归纳，同时对配套的烟气净化除尘工艺的设计、设备选型、生产运行状况等进行了阐述和总结.

1 富氧侧吹炼铅工艺

富氧侧吹熔池熔炼技术起源于前苏联的瓦纽科夫熔池熔炼技术，最初用于铜冶炼.长沙院、新乡中联公司、中南大学联合俄罗斯专家于2000年共同研究开发了富氧侧吹炼铅技术，其在工业化生产过程中取得了良好的效果^[5-7].

侧吹炉在炼铅还原段的熔炼过程已有实际的生产应用，而在炼铅氧化段的熔炼过程尚未实现工业化应用.项目设计针对某公司原有处理含铅物料生产系统技术装备落后，能源消耗高，生产工艺环保差等问题进行技术升级改造.为了实现节能减排与清洁生产，消除生产过程中SO₂和重金属的污染隐患，改善周边环境，降低能源消耗，遵循工艺技术先进、环境保护好、能耗低、投资省的原则，同时结合某公司自身工程性质、设计规模、建设条件和长远发展规划，最终选用“富氧侧吹氧化熔炼—富氧侧吹还原熔炼”作为技术升级改造的主要生产工艺，使得侧吹炉在炼铅氧化段的熔炼过程成为国内首例.

1.1 富氧侧吹炼铅工艺过程

富氧侧吹炼铅工艺包括氧化熔炼和还原熔炼两个过程^[8-11]，如图 1所示.含铅物料、熔剂、返尘和适量碎煤经配料后，从顶部加料口加入氧化炉内，富氧空气从炉体两侧鼓入，反应得到部分金属铅和高铅氧化渣.渣、铅在炉缸区沉淀分离，铅由虹吸口放出，送火法精炼，高铅渣由渣口排除，经溜槽注入还原炉熔炼.碎煤和适量熔剂从还原炉顶部加料口加入，富氧空气从炉体两侧鼓入，反应得到粗铅和还原渣.渣、铅在炉缸区沉淀分离，铅由虹吸口放出，送火法精炼，还原渣由渣口排出，经溜槽注入烟化炉吹炼.氧化炉烟气经余热锅炉回收热量、收尘系统除尘后，送制酸系统生产硫酸；还原炉烟气经余热锅炉回收热量、收尘系统除尘后，或与氧化炉烟气一并送入制酸系统生产硫酸，或与氧化炉制酸尾气合并，经尾气处理后达标排放.氧化炉与还原炉回收的烟尘返回熔炼配料系统.

1.2 富氧侧吹炼铅工艺主要技术指标

富氧侧吹炼铅工艺主要技术指标^[12]见表 1.

1.3 富氧侧吹炼铅工艺的主要特点

富氧侧吹炼铅工艺充分利用氧气强化熔炼技术，生产效率高、能耗低、自动化水平高、劳动强度低；系统配置紧凑、节约用地；设备密闭性好、炉子出口烟气SO₂浓度高，便于制酸，较好地解决了环境污染等问题.此外，富氧侧吹炉还具有以下特点^[12-16]：

(1) 物料制备简单，适应性强.对入炉物料的粒度与水分没有严格的要求，可适应各种含铅杂料冶炼的需要.

(2) 可实现连续排渣，氧化炉、还原炉的连续熔炼作业，为烟气的余热利用、系统稳定生产，能源的综合回收提供了保障；

(3) 固定炉型结构，无转动、活动联接件，结构简单、故障少、漏风率低、烟气余热损失少；

(4) 熔池区采用铜水套，以内壁挂渣为保护层，熔炼温度不受耐火材料限制, 生产维护、设备维修成本低，水套残值高；

(5) 侧吹方式，供氧喷嘴不接触高温熔体，无需惰性气体及软化水保护，氧气的有效利用率高，炉体及喷嘴使用寿命长；

(6) 冶炼效率高，渣铅分离效果好，一次粗铅产出率高，质量好，还原渣含铅低.

2 富氧侧吹氧化炉烟气特性及净化除尘

由于氧化段的富氧侧吹炉设计为国内首例，因此仅对侧吹氧化炉的烟气特性及净化除尘做以重点分析和阐述.

2.1 设计基础依据

根据工程项目建设规模要求及原料成分冶金计算，氧化炉余热锅炉出口烟气参数如下：

烟气量：32000~38000 m³/h(标况)；

烟气温度：350~380℃；

烟气含尘：120~160 g/m³(标况)；

当地大气压97300 Pa；

烟气主要成分见表 2，烟尘主要成分见表 3；

2.2 除尘工艺的确定

根据以上烟气、烟尘参数可知，氧化炉余热锅炉出口烟气、烟尘具有以下特性：

(1) 烟气量大.氧化炉余热锅炉出口烟气量高达32000 m³/h(标况)左右，

(2) 烟气温度高.氧化炉炉膛内烟气温度高达1100~1300℃，炉体出口烟气先进入余热锅炉进行余热回收利用，将烟气温度降到400℃以下，再进入后续的除尘系统.

(3) 烟气含尘浓度高.氧化炉余热锅炉出口烟气含尘浓度高达120 g/m³(标况)，因此后续需要高效的除尘设备对烟尘进行捕集.

(4) 烟气中SO₃、SO₂浓度高.富氧侧吹氧化炉可以将原料中的大部分的硫与金属物料分离，硫以气态的的形式进入到烟气中.

(5) 烟尘比电阻在适宜范围内.比电阻是烟尘的一个重要特性，也是选择除尘器的关键因素，由于烟尘中PbO含量较高，因此烟尘的比电阻也较高；但由于烟气中同时含有较高的SO₃、SO₂、H₂O等介质，在一定程度上降低了烟尘的比电阻，使其维持在10⁴~10¹³Ω·cm的范围内.

收尘工艺宜采用干法收尘，即可实现有价金属的回收利用，又可避免湿法收尘带来的废水废渣难处理、环境污染等问题；由于烟气量大、含尘浓度高，工艺应选用电除尘器或袋式除尘器等高效除尘器^[17]；此外烟气温度高，烟气含硫浓度高，为了避免温度高引起的烧袋现象和露点温度高引起的烟尘粘结糊袋现象，应选用电除尘器；虽然烟尘中PbO的含量高，但SO₃、SO₂、H₂O等介质的存在使得烟尘比电阻仍然在电除尘器的适用范围内，因此电除尘器的选用合理.

根据工程项目烟气、烟尘的特性、环保法律法规的要求、项目投资建设的实际情况，参考以往类似工程经验，最终确定氧化炉烟气净化除尘工艺如下：

富氧侧吹氧化炉出口烟气→余热锅炉→重力除尘器→电除尘器→风机→制酸；

富氧侧吹氧化炉出口烟气先经过余热锅炉降温回收余热，后经重力除尘器预除尘，电除尘器高效除尘，净化后的烟气含硫浓度高，可通过管道由风机送往制酸系统处理；重力除尘器、电除尘器捕集的烟尘经埋刮板输送机集中后返回配料系统，重新进入侧吹氧化炉循环利用.

2.3 主要工艺设备选型 2.3.1 重力除尘器

重力除尘是利用尘粒与气体的密度不同，通过重力作用使尘粒从气流中自然沉降分离的方法.当含尘气体由烟气输送管道进入重力除尘器后，由于除尘器横断面扩大而使气体流速显著降低，在流经除尘器的过程中，大而重的尘粒在重力的作用下，缓慢的沉落至除尘器底部的灰斗中，净化后的烟气从除尘器出口流出，进入下一步除尘工序.重力除尘器结构简单、造价低、维护管理容易、压力损失小、体积庞大、除尘效率低，在多级除尘系统中常作为高效除尘器的预除尘^[18].

为了提高收尘效率，项目工程的重力除尘器采用长8.2m，宽2.4m，高3.6m两灰斗的方形结构，内部设置挡板，使粗颗粒最大限度的在除尘器内沉降下来.外部采用型钢加固，并采用复合硅酸盐毡作保温处理，防止烟尘凝结粘黏.除尘器设置清灰孔，下部灰斗配置仓壁振动器，方便定期清灰使用.此外，重力除尘器侧面开设直径1100mm的管口，将富氧侧吹氧化炉开炉烟气通过管道送至尾气处理工段.

2.3.2 电除尘器

电除尘器主要由高压供电系统和电除尘器本体两部分构成^[19].电除尘器本体包括电晕极和收尘极，电晕极和收尘极与高压电源相连接，当含尘气体通过两极间的非均匀高压电场时，在电晕极周围强电场力的作用下，气体首先被电离，并使颗粒荷电，荷电颗粒在电场力作用下向收尘极迁移并沉积在收尘极上，得以从气体中分离并被收集，从而达到除尘的目的.颗粒层累积到一定厚度，需要通过振打、声波清灰等手段清除收尘极表面上的颗粒层.

电除尘器耐高温、耐腐蚀、处理烟气量大，对0.01~50um的粉尘具有较高的捕集效果，能分类富集有价金属，劳动条件好、自动化程度高、运行可靠，压力损失小、能耗低、运行费用低；但应用范围受比电阻的限制(粉尘比电阻在10⁴~10¹³Ω·cm范围以外，除尘效果显著下降)，设备结构复杂、钢材消耗量大、造价高、一次投资较大，管理水平要求较高，处理可燃性或含有易爆粉尘烟气需加强防保措施.

根据烟气参数计算，项目选用板卧式高温电除尘器1台，型号LD65m²-5-8.设备的结构形式及特点如下：

(1) 电除尘器为单室五电场，断面面积65m²，总集尘面积6660m²，电场有效长度20m，有效宽度7.2m，通道数18个，同极间距400mm.多级电场有利于供电电压、电晕电流、除尘效率的提高；宽极距对提高击穿电压、驱进速度、二次电流、反电晕能力、除尘效率均能起到良好的作用.

(2) 电场内烟气流速0.43m/s，烟气停留时间46.5s.长期生产实践证明，合理的烟气流速和停留时间，能保证除尘器的稳定运行，进而获得高效的除尘效率，达到最佳综合技术经济指标.

(3) 阳极板采用C-480型极板，SPCC优质冷轧板轧制，厚度1.5mm；刚性好、质量轻，便于振打清灰，设有防风沟，可较好的防止烟尘二次飞扬.阴极采用框架式、改进型全不锈钢RS线，电晕线总长6480m.芒刺线能降低起晕电压，提高放电性能，解决电晕电流不均匀问题，缓解烟气含尘浓度高所带来的不利影响(限制电晕电流).选用不锈钢材质，可提高机械强度、耐高温、耐腐蚀.

(4) 阳极采用底侧挠臂锤振打清灰，结构简单、运转可靠、无卡死现象；阴极采用侧向双面机械旋转振打清灰，传动效率高，清灰效果良好；95瓷轴绝缘联接传动，阴极振打绝缘箱配有热风吹扫装置，热风吹扫使电除尘器内的烟尘无法逃逸至绝缘子内壁，可避免因烟尘粘附在绝缘子表面上导致放电电压下降或绝缘子裂纹、炸纹等现象的发生.

(5) 高压供电装置：分电场供电，第一电厂采用高频电源，80KV/60mA，户外式1台；其余电场采用工频高压硅整流变压器，恒流源控制，72KV/60mA，户外式4台；置于本体顶部，控制柜在室内.高频电源可提高电除尘器内烟尘的和电量，增加烟尘的电驱动力.有实验证明，高频电源能减少30%~60%的烟尘，从而提高除尘效率^[20].低压控制：PLC自动控制和报警，可切换成手动，低压和高压控制柜一起安装在控制室内.

(6) 电除尘器壳体、灰斗、进出气箱采用6mm厚钢板制作，并用型钢加强.外壳采用保温结构，保温物料为复合硅酸盐毡，双层顶盖内填250mm，本体外包150mm厚，外设0.5mm厚海蓝色铝板防水，电除尘器进出口温差≤45℃.由于烟气含水、含硫浓度较高，壳体设置外保温，可防止温度降低导致的烟尘结露粘黏、设备腐蚀、除尘效率降低等问题.

(7) 分电场灰斗共5个，每个灰斗配一组电加热器(4面都有)，配4台仓壁振动器；进气箱设落灰斗1个，配2台仓壁振动器；由于粉尘粘性大、流动性差，因此设置灰斗角度≥70°，且四角设滑流板，避免粉尘粘结搭桥堵塞灰斗.

2.4 生产运行状况

工程项目已经于2016年11月正式投产运行，到目前生产运行状况良好.富氧侧吹氧化炉收尘系统整体运行正常，排放的烟气满足制酸要求，电除尘器设备具体测试数据见表 4.

3 结论

项目针对某公司原有处理含铅物料落后的生产系统进行技术升级改造.借鉴国内现有的新型炼铅技术、参考以往类似的工程经验，依据工业试验炉的实际测试数据、综合考虑某公司自身建设条件和长远发展规划，选用“富氧侧吹氧化熔炼—富氧侧吹还原熔炼”技术作为升级改造的主要生产工艺，所得结论如下：

1) 氧化炉采用富氧侧吹的型式，成为国内处理含铅物料生产工艺的首创；

2) 项目建设的氧化炉，是目前国内用于铅冶炼最大的侧吹炉；

3)“富氧侧吹氧化熔炼—富氧侧吹还原熔炼”双侧吹工艺，可实现连续工作，特别是其连续排渣的操作方式，可实现氧化、还原、烟化三炉连续熔炼作业，从而为烟气余热利用和烟气处理系统稳定生产，综合回收能源，确保烟气达标排放、消除熔炼过程中因开堵渣口而产生的低空污染提供工艺保证.

4) 侧吹氧化炉出口烟气量、烟气含尘浓度、烟气硫浓度均波动较小，保证了后续的烟气除尘系统净化系统、制酸系统的连续稳定运行.

5) 双侧吹工艺连续熔炼作业的实施及其成功的工程经验、可靠的生产运行工艺参数为其它有价金属的冶炼以及有色金属废料的综合回收提供了可行的技术依托.