粗铅冶炼生产工艺过程中铅元素流分析

杨建国 耿继安

前言

针对粗铅冶炼生产过程中的铅金属环境污染的问题，应该采用元素流分析的方法，建立粗铅冶炼过程铅元素流分析的框架，以液态高铅渣直接还原工艺作为研究的对象，通过监测以及分析配料，对生产过程中铅元素流的全过程进行识别和追踪分析，针对粗铅冶炼生产过程中存在的一些列的问题，提出了优先提高铅直收率，降低烟尘率，减少无组织粉尘散逸等建议。

一、铅元素流分析进展研究以及主要冶炼工艺

铅具有环境毒性以及重要的战略资源型，金属铅是应该重点跟踪的最重要的一种元素之一，铅元素流的研究也因此受到了国内外同行的广泛關注，铅元素流分析目前来看的研究尺度有四个尺度，分别是从世界的角度，国家的角度，地区的角度，以及生产企业的角度，当前的研究一般是将铅冶炼的过程作为黑箱，研究系统的输入和输出，本文就是根据元素流分析的方法，识别铅冶炼过程物料流失和污染严重的关键节点和重点的污染物，有效的分析控制和缓解相应的环境的问题。铅冶炼是指通过将铅精矿氧化还原为金属铅的过程，一般是由粗铅冶炼和精铅冶炼两个步骤构成的，粗铅冶炼指的是硫化铅精矿经过氧化脱硫以及还原熔炼铅渣分离的技术工艺，制造出粗铅，粗铅含铅量大约在95%到到98%之间，精铅冶炼是将粗铅中的含有铜铬砷等元素进一步分离，去除杂质进而得到精铅，精铅含铅到达99%以上。

二、我国的粗铅冶炼过程铅元素流技术概况

近几年的陕西以及河南地区的发生了比较严重的血铅事件，引起了社会的广泛关注，在这些重金属污染的案件中，有相当多的就是和铅有关的污染，铅的制造工艺是比较复杂的，粗铅的生产就更加难以把握，所使用的原料的成分具有很强的不稳定性，所排放的方式也有很大的差异性，元素流分析本质上来讲是一种工具，可以帮助并理解特定的元素以及化合物在某一系统的流动情况，可以帮助研究人员熟悉所研究的对象在系统里面的各个环节的产生的数量，有助于实现物料流失和发现污染比较严重的关节点，研究人员据此采取相应的措施对相应的污染进行防治，做到了有的放矢，由于铅是一种对人体有毒的金属元素以及它的战略用途，铅元素流分析也受到了非常广泛的关注，在和铅相关的生产企业里面，不同冶炼工艺下的重金属排放系数也都存在比较大的区别，也正是这样，如果我们把元素流细分到企业生产的每一个细节上，我国在此项技术上也取得了不错的成就，在提高生产率的同时，使得在环境上的污染有所降低，是值得研究推广的。

三、粗铅冶炼生产工艺过程分析

1.分析方法

在运用元素流分析的相关理论的指导下，充分结合液态高铅的直接还原工艺的生产技术，从原来输入开始一直到生产完成工业制成品，研究的边界定为向周边环境排放的污染废弃物，粗铅的生产过程主要是铅元素流在铅的排放流（污染物经过加工处理的）以及可以实现重复利用的铅循环流。图1对以上情况进行展示。

如果是液态高铅渣直接还原的技术生产的冶炼，在对过程中铅元素的流动方向、流量进行计算分析的时候，我们这样规定，定义Ui是物质i中的铅量，Wi是物质i中的质量，Pi是单位物质i中的铅量，所以我们得到的关系就是：

Ui=Wi×Pi

根据简单的化学知识的质量守恒的相关原理，我们可以推出这样的关系式：

2.对于样品的收集和处理

通常情况下我们对此领域的相关研究对象有两大类，一种是典型的企业，一种是生产的过程工艺，通过对含铅工艺在冶炼的生产过程中含铅物质以及铅等污染物的排放的情况进行深入的研究，在冶炼的生产线上进行取样调查，样品应该是覆盖到在原料输入以及成品输出的各个环节的含铅物质，每一个的样品的测试数量也不是越多越好，一般我们认为三到六次是比较适合的，在这个时候要充分的参考企业的样品的数据，取其中的平均值，含铅的物料量应该取企业在取样时候的年月日的生产报表。

四、结果与分析

液态高铅渣直接还原工艺的比较大的一个特点是由氧化炉和还原炉组成的一个整体，这两个部分是由连接巢构成的，这样做的目的是充分利用到了液态高铅渣的潜热的特性，通过取消铸渣机有效的减少高铅渣块冷却过程中所产生的大量的烟尘，目前根据掌握的调查的数据和现场的勘察情况来看，在对粗铅冶炼系统各工序的物料量和含铅量进行平衡计算的时候，如果选定以1.000t作为产品的最终代谢情况还是比较合适的。

我们在粗铅冶炼系统里所投入的铅主要是铅精矿等等，在冶炼的过程中，铅的主要去向以及用途肯定是铅的生产品，这就包括底吹炉粗铅以及还原炉粗铅，另一个铅的去向就是烟尘，主要是底吹炉烟尘以及还原路烟尘，剩下的就是污泥脱硫石膏渣氧化碳损失及无组织的排放，这里面生产的粗铅1.000t占输出铅量的大多数，另外一小部分是烟尘污泥石膏渣等大约能占到三分之一左右，这些是循环物质中的铅的输出量，剩下的还有非常小的一部分，大约占三个点左右的量的是外排物质，具体的是排放的废气，这些都是无组织的排放损失的铅输出，在根据质量守恒定律可以推出粗铅冶炼系统的平衡系数约是百分之九十八，误差只要在百分之一二都是在可控的范围内的。

企业在生产效率提升的同时，不能忽视给环境可能带来的伤害，现在很多企业在国家节能减排的强制措施下，都陆续采取了很多的措施，在粗铅冶炼的过程中保证铅元素流失的同时，也一定要保护环境不受污染和破坏。

（作者单位：青海西豫有色金属有限公司）