铅基固废协同熔炼过程在线智能优化控制

铅基固废是生产端和消费端产生的常见固体废物,具有很强的污染性,其绿色处理技术是实现含铅废物污染防治的关键环节。双底吹炼铅工艺协同处理铅基固废是一种经济合理的铅基固废处理方式,相对于传统矿铅冶炼生产操作更为复杂,为确保生产状况处于稳定、经济的状态,对工艺控制系统有了更高要求。中国恩菲工程技术有限公司研发了一套铅基固废协同熔炼过程在线智能优化控制系统,整个系统由在线优化控制系统、智能预警与高效监控系统和系统数据库集成,主要实现以下功能:(1)针对铅基固废协同熔炼过程自动化水平不高的问题,基于冶炼过程机理与生产运行大数据,应用计算机建模和神经网络方法建立了冶炼过程关键参数预测模型,开发了一套铅基固废协同熔炼在线优化控制系统;(2)以车间实景模型为载体,建立了铅基固废协同熔炼智能预警与高效监控系统,实现了工业信号、场景及流程的数字化与可视化;(3)控制系统集成了现场相关软硬件,详细展示各模块间的数据交互与协同运行情况,形成了智能、高效、安全的协同熔炼车间。

我国铅基固废现状、趋势及建议

有色金属是国民经济发展的重要物质基础,其生产过程产生的铅基固废既是资源又是污染物,处置得当可为经济发展提供资源,反之则会对环境造成一定污染。本文分析了铅基固废的来源、资源及环境属性、产量、区域分布及未来产量变化等,结果表明:2022年我国有色金属冶炼的铅基固废产量为1152万t,预计2024年铅基固废产量达峰值1216万t,2030年降至1110万t,铅基固废主要分布在河南、安徽、云南、湖南和广西(五省区合计占比近60%)。结合铅基固废的技术特点对铅基固废处置和产业布局提出了完善政策法规、提高技术研发水平、协同处置等建议。

铅基固废资源区域分布及环境属性分析

铅基固废是含铅的固体废物,主要来源于锌、铅、铜冶炼过程和废旧铅酸蓄电池回收,含有大量有价金属,同时对环境有一定的污染,因此摸清铅基固废的来源结构、产量及区域分布显得尤为重要。本文在实地企业调研的基础上分析了锌、铅、铜主要冶炼技术及其产生的铅基固废,根据单吨精炼金属的固废产出比及精炼金属产量测算了铅基固废产量,基于锌、铅、铜产量分布描绘铅基固废的区域分布,依照铅基固废污染元素含量和铅基固废产量测算有价元素的产量,以期为铅基固废处置技术开发研究及产业布局提供基础支撑。

原生矿协同多形态铅基固废冶炼技术与大型化装备的应用

本文通过对铅基固废物料的特点、成分、物性进行分析,阐述了在底吹氧化熔炼、底吹喷粉煤直接还原、烟化工艺条件下原生矿协同铅基固废冶炼的反应机理,列出了原生矿协同多形态铅基固废强化底吹冶炼热态试验时的工艺指标,总结了示范工程应用后的工艺运行指标,在耐火材料寿命、还原渣含铅、生产成本、废渣、废气、废水等方面的工程应用效果。示范工程年处理铅基固废量可达27万t,体现了原生矿协同多形态铅基固废冶炼技术与大型化装备的优越性。

侧-顶吹熔炼技术在处理铅基固废等物料的生产实践

介绍了河南金利金铅集团有限公司新建铅基多金属固废协同强化冶炼产业化示范及锌资源综合利用项目,特别是侧-顶吹熔炼技术处理铅基固废等物料的生产实践。总结了生产情况,阐述了主要生产工艺,列举了主要的生产数据和技术经济指标。国内锌冶炼多以湿法冶炼为主,在其生产过程中会产出含铅的锌渣。以前由于技术落后,该渣多以堆存为主,近些年由于环保问题亟需对该固废进行处理,由此出现各种小型化处理该固废渣的方法。但因该固废渣有价金属较少,处理成本较高,单独处理不经济。本文侧-顶吹熔炼技术的应用,解决了以往锌湿法冶炼产出的含铅锌渣长期堆存造成环境污染和小型化处理且成本普遍较高、不经济的问题。实践证明,侧-顶吹熔炼技术在处理含铅基固废、锌冶炼渣等物料方面是可行的,优势明显,实现了固废资源化综合利用,并且该技术工艺先进、成本较低,可实现规模化、大型化生产。

原生铅精矿与铅基固废协同处理生产实践

通过分析典型铅基固废的元素组成与物相组成,提出了原生铅精矿与铅基固废协同处理的工艺方案。通过工业化试验确定原生铅精矿与铅基固废协同处理过程中的比例,在配入铅膏9.47%、铅烟尘16.93%、浸出渣8.4%、铅玻璃0.93%时,生产系统可以实现自热,还原炉渣含铅小于2%。基于此技术投产的大型氧气底吹熔炼-底吹还原-还原渣烟化挥发生产系统,年处理含铅物料75万t,铅基固废最大配入量可达到35.73%。

复杂铅基多金属固废协同熔炼高效监控与智能预警

复杂铅基多金属固废协同熔炼对实现铅基固废的绿色处理和高效回收,避免环境污染,促进“双碳”目标有着重要意义。高效监控与智能预警系统采用数字机理建模与数字仿真建模相融合的技术,不仅构建了入料分解、元素分配和产物凝合的复杂机理模型,而且搭建了铅基固废双底吹连续熔炼过程的三维生产场景,直观、真实地展示了熔炼车间建筑结构、生产设备属性信息和动态生产过程,实现了整个熔炼过程的数字化、可视化,并且通过生产数据监控与机理模型的耦合分析、设备关键参数预警分析和现场人员安全预警分析,使工艺人员能够实时了解任意生产细节,作出更加科学高效的决策,保证生产过程的安全稳定运行。

基于数据模型的铅冶炼氧化炉原料配比优化

底吹连续处理铅基固废工艺具有多变量、非线性、强耦合、大滞后等特点,基于机理方法进行建模与优化存在困难。对此本文提出了基于数据驱动的熔炼炉原料配料模型,实现关键运行参数的优化控制。首先,基于化验与过程历史数据,使用神经网络建立原料成分与熔炼炉关键工艺指标间的关系模型;在此基础上,,应用粒子群搜索算法,由熔炼炉理想工况指标搜索确定原料中各成分的最优配比;最后,将配料问题建模为含非线性约束的多目标优化问题,并使用SLSQP求解。集成上述建模优化算法,开发了相应的熔炼炉原料管理系统。

废铅酸蓄电池侧吹浸没燃烧处理技术与装备

在铅供需两端的双重压力下,当前再生铅企业亟需先进成熟的技术与装备。富氧侧吹熔池熔炼工艺处理铅膏,已被我国大部分的新建再生铅厂采用,其中侧吹浸没燃烧熔池熔炼技术相继在锌、铅、锑、铜等金属的冶炼和固体废物处置领域获得成功应用。通过对侧吹浸没燃烧技术处理铅膏的反应机理、作业制度、炉内分区、炉体结构、喷枪、DCS系统的全面研究分析,并与瓦纽科夫炉技术对比,指出了该技术和装备具有熔炼强度高、能耗低、安全可靠、环保效果好等优点,其应用前景乐观,对我国再生铅冶炼技术水平的提高起到积极的推动作用。

中国铅冶炼工业技术创新与应用实践

我国铅储量占世界铅资源总量的17.8%,约1580万t,却提供了全世界50%以上的铅产能,其中80%左右的铅被应用于蓄电池行业。铅生产和消费过程中会产生大量的铅基固废,而且锂电池技术的发展也给铅冶炼行业带来了巨大的危机和挑战。在当前铅矿过度开发、铅资源保证年限不足、铅矿资源依赖进口的环境下,研究开发出新的铅冶炼技术与铅基固废处理工艺,已经成为相关行业和企业亟需解决的难题。本文对近几年来我国铅冶炼工业技术创新与应用实践进行了阐述,指明现阶段原生矿铅冶炼与铅基固废等二次资源冶炼以直接熔池熔炼为主,未来一体化连续高效炼铅工艺、铅基固废等二次铅资源的回收利用工艺将成为趋势,全湿法炼铅技术期待得到进一步的发展。