[发明专利]一种氢基冶炼含铅精矿和处理铅基固废的方法

说明书

本申请提出一种氢基冶炼含铅精矿和处理铅基固废的方法，采用该方法进行炼铅或处理铅基固废，无碳排放。氢气能量密度高、热效率高，可实现冶炼或处理铅基固废过程的低能耗与高热效率；氢气作为还原剂代替碳质还原剂，大大减少了还原冶炼过程中的碳排放。采用该工艺可以实现温室气体二氧化碳零排放；可提高处理能力并提高铅的回收率，降低尾渣含铅量。同时，回收铁、锌、锡、铟、锗等有价金属并保证较高的回收率；所产烟气中的水蒸气可经洗涤净化后用于工业制氢系统生产氢气和氧气，实现循环利用；可以利用现有火法炼铅工艺及设备，对其进行简单改造，投资成本低；该设备操作简单，金属回收率高，单系列产能适应多种规模。

技术领域

本申请涉及金属冶炼技术领域，尤其涉及一种氢基冶炼含铅精矿和处理铅基固废的方法。

背景技术

铅是人类最早利用的金属之一。金属铅具有良好的延展性、抗腐蚀性，易与其他金属制成性能优良的合金。金属铅、铅合金和其化合物广泛应用于蓄电池、电缆护套、机械制造业、船舶制造、轻工、氧化铅、射线防护等行业。随着环保压力的增加，同时最新发布的《铅锌行业规范条件》对于铅冶炼行业能耗要求的进一步提高，我国需要不断改进现有生产工艺，降低环境污染与生产能耗，增加铅的产量。

目前，铅的生产主要为火法工艺，铅的湿法生产工艺尚在试验阶段无法大规模工业化。铅的火法冶炼工艺包括烧结焙烧-鼓风炉还原熔炼工艺和铅冶炼直接熔炼工艺，前者由于能耗高、环境污染严重等问题已经逐步淘汰，后者已经成为现代铅冶炼的主流工艺。基夫赛特法、氧气顶吹熔炼(包括ISA法和Ausmelt法)、氧气底吹熔炼(包括QSL法和SKS法)、氧气侧吹熔炼、卡尔多法等都属于铅冶炼直接熔炼工艺。这些工艺无一例外都需要消耗大量的碳质物料，在冶炼过程前后会直接或间接将大量碳质物料中的碳以温室气体CO₂的形式释放出来，加剧温室效应。

从发展清洁能源的角度来看，氢是最理想的载能体，氢本身是可再生的，且燃烧只生成水，可以实现真正的“二氧化碳零排放”。氢与其他能源相比，还具有能量密度高、热效率高等一系列突出的优点。因此，将氢气作为能源和还原物质应用于冶金领域，可以显著减少CO₂的排放，具有很大的潜力。

铅精矿经过氧化脱硫过程形成铅的氧化物，铅的氧化物在H₂的还原作用下进行还原形成金属铅。目前工业制氢工艺已经非常成熟，传统制氢工艺有热化学工艺和电解水工艺等，其中热化学工艺包括甲烷蒸气重整制氢、部分氧化工艺制氢和生物质、煤气化制氢等，电解水工艺中利用太阳能和核能进行制氢工艺有很大发展潜力，该工艺工业化后成本可控。利用氢气进行铅精矿的还原过程会产生大量的水，在烟气处理过程中可以首先处理并回收烟气中的水。

现有湿法炼铅技术尚处在试验研究阶段无法大规模应用。而现有的火法炼铅技术存在碳排放量大、能耗高、热效率低等问题。

目前，国内火法炼铅技术有的使用大量的还原煤作为还原剂。还原煤的使用会使其中贮存的大量碳释放出来，通过还原反应形成CO、CO₂等含碳气体，而CO的利用无论是作为还原剂或者是燃料，最终都会形成温室气体CO₂，排放到环境中，加剧温室效应。

有的采用大量粉煤、天然气或碎焦等碳质物料提供热量或作为还原剂。粉煤、碎焦等主要成分就是C，其在高温下燃烧或发生还原反应最终都会形成温室气体CO₂，而天然气虽然较为清洁，但其中C含量依然很高，高温下燃烧或裂解最终也会形成大量温室气体CO₂，最终加剧温室效应。

有的仍是使用焦炭和石墨等碳质还原剂进行还原，同样会导致其中贮存的大量碳以温室气体CO₂的形式释放到环境中，从而加剧温室效应。

另外，我国每年产生的含铅废物以铅银渣、再生铅泥、铅栅、铅烟尘、铅玻璃等复杂铅基固废为主，产量达数百万吨。铅属于重金属之一，极易造成水-土-气复合污染，铅污染是危及我国生态安全和人民健康的重大环境问题。