我国废铅酸蓄电池火法冶炼污染防治最佳可行技术研究
2012-09-14陈曦祁国恕惠怀胜张正洁沈阳环境科学研究院
□文/陈曦 祁国恕 惠怀胜 张正洁沈阳环境科学研究院
我国废铅酸蓄电池火法冶炼污染防治最佳可行技术研究
□文/陈曦 祁国恕 惠怀胜 张正洁
沈阳环境科学研究院
Waste Lead Accumulator Pyrometallurgy as Best Available Technology for Pollution Control in China
当前国内铅污染事故频发，污染防治尤显必要。本文从铅回收火法冶炼工艺最佳可行工艺流程、最佳可行工艺参数、处置系统集成控制、污染物消减及污染防治措施及技术经济适用性等五方面入手，对铅回收火法冶炼污染控制最佳可行技术进行了充分的论证，对于推进废铅蓄电池铅回收处置设施建设中技术选择、工程设计、工程施工、设施运营、监督管理等方面工作具有重要的指导意义。
我国的废蓄电池再生铅生产技术研究起步较晚，无论从技术水平还是装备水平来看与发达国家相比还有较大的差距。废铅酸蓄电池铅回收的主要工艺可分为火法、湿法和火湿联用法三大类别。其中火法冶炼工艺可分为无预处理混炼、无预处理单独冶炼和预处理单独冶炼工艺。
无预处理混炼就是将废铅酸蓄电池经去壳倒酸简单处理后，进行火法混合冶炼，得到铅锑合金。该工艺金属回收率平均为85%～90%，废酸、塑料及锑等元素未合理利用，污染严重。
无预处理单独冶炼就是废蓄电池经破碎分选后分出金属部分和铅膏部分，二者分别进行火法冶炼，得到铅锑合金和精铅，该工艺回收率平均水平为90%～95%，污染控制较第一类工艺有较大改善。
预处理单独冶炼工艺就是将废蓄电池经破碎分选后分出金属部分和铅膏部分，铅膏部分脱硫转化，然后二者再分别进行火法冶炼，得到铅锑合金和软铅，该工艺金属回收率平均为95%以上。
目前，关于最佳污染控制技术和最佳环境实践较多，某些环境保护领域、某些行业也已实施最佳污染控制技术和最佳环境实践，以实现经济建设与环境保护协调发展，取得了一定成效和经验。但是，在废铅酸蓄电池铅回收领域，本研究是国内首次针对废铅蓄电池铅回收污染控制最佳可行技术和最佳环境管理实践进行研究，从铅回收预防控制技术、末端污染治理技术以及环境管理实践，开展环境有益的尝试性系统研究，对废铅酸蓄电池铅回收行业环境保护和经济效益的协调发展，以及循环经济领域有关技术政策的制定，都具有重要的支持作用。
一、自动破碎分选-富氧底吹炉熔炼技术
1. 富氧底吹熔炼最佳可行工艺流程
富氧底吹熔炼炉熔炼最佳可行技术一般包括自动破碎分选单元、配料单元、富氧底吹炉熔炼单元、余热利用单元、气体净化单元、水处理单元、自动控制单元及其他辅助单元等功能单元。具体工艺流程如图1所示。
2. 最佳可行工艺参数
（1）利用重力分选和筛选技术，确保分选的物料洁净，铅屑含铅膏和其他非金属物质: ≤ 5%，铅膏的水含量小于12%。（2）脱硫后铅膏含硫率小于0.5%。（3）制粒含水：7%～8%。（4）精矿品位。（5）35%～65%。（6）渣含铅：2%～5%。（7）烟尘返回率：5%～10%。（8）SO2浓度：7.5%～10%。（9）废气净化装置过滤器的过滤尺寸不应大于0.2um，耐温不低于140℃。过滤器应设置进出气阀、压力表和排水阀，设计流量应与处理规模相适应，过滤效率应在99.999%以上，以便确保废气和二恶英等达标排放。（10）铅回收率：98%～99%；（11）回收率：＞95%；（12）吨粗铅能耗: 300kgce/t。
3. 处置系统集成控制
（1）自动化系统应采用控制技术成熟、可靠性高、性能价格比适宜的设备和元件，保证能在中央控制室通过分散控制系统实现对废铅蓄电池铅回收设施各系统集中监视和分散控制。
（2）对贮存库房、物料传输过程以及富氧底吹熔炼过程的重要环节，应设置现场工业电视监视系统。应设置独立于分散控制系统的紧急停车系统。对重要参数的报警和显示，可设光字牌报警器和数字显示仪。
（3）废铅蓄电池铅回收设施的监控系统设计应包括主体设备工艺系统在各种工况下安全、经济运行的参数；仪表和控制用电源、气源、液动源及其他必要条件的供给状态和运行参数；电动、气动和液动阀门的启闭状态及调节阀的开度；辅机运行状态以及必需的环境参数。
（4）废铅蓄电池处理系统的测量数据、数据处理结果和设施运行状态，应能在监控系统的显示器上得到显示。并应对熔炼烟气中的烟尘、硫氧化物、氮氧化物、氧或一氧化碳、二氧化碳污染物实现在线监测。
（5）应配置自我检测和热工报警系统，其设计应包括工艺系统主要工况参数偏离正常运行范围以及电源、气源、热工监控系统主要辅机设备发生故障等报警内容，全部报警项目应能在显示器上显示并打印输出。
图1 自动破碎分选-富氧底吹炉熔炼最佳可行技术
4. 污染物消减及污染防治措施
（1）尾气系统由冷却塔、活性炭喷射和布袋除尘器等组成，烟气经过尾气处理系统净化处理达标后，由引风机抽出经烟囱排入大气，其中二恶英的排放限值为0.5 ngTEQ/Nm3。
（2）布袋卸灰装置排出的飞灰采用水泥固化处理，固化后送危险废物填埋场填埋处理。残渣属于生活垃圾，运送到生活垃圾填埋场填埋。
（3）工艺设备产生的噪声采取消声、隔音、减震等措施进行防治。
5. 技术经济适用性
自动破碎分选-富氧底吹炉熔炼工艺适合大型规模的废铅蓄电池集中处理处置，且对含铅原料的适应性较强。
在尾气处理及二恶英减排方面，“急冷+布袋除尘+SCR”工艺减排效果最好，二恶英可控制在0.002～0.05 ngTEQ/Nm3，运行成本也低，但前期工程投资比较高；“急冷+活性炭注入+布袋除尘”工艺减排效果也很好，二恶英可控制在0.1ng TEQ/Nm3，运行成本中等，但前期工程投资较低。
二、自动破碎分选-短回转窑熔炼技术
1. 自动破碎分选-短回转窑熔炼最佳可行工艺流程
自动破碎分选-短回转窑熔炼最佳可行技术一般包括自动破碎分选单元、预脱硫单元、配料单元、短回转窑熔炼单元、余热利用单元、气体净化单元、水处理单元、自动控制单元及其他辅助单元等功能单元。具体工艺流程如图2所示。
2. 最佳可行工艺参数
（1）利用重力分选和筛选技术，确保分选的物料洁净，铅屑含铅膏和其他非金属物质: ≤5%，铅膏的水含量小于12%。
（2）脱硫后铅膏含硫率小于0.5%。
（3）采用热效率更高的转炉，熔化温度低，一种铅屑转炉的出料系统装置可实现连续作业，
实现液态铅和固体粉状铅渣自动分离，无需人工去渣。该技术使用主要设备为屑连续熔炼转炉，生产能力：3-5t/h，能耗：30kgce/t铅，一次出铅率：80%～85%，产渣率：15%，烟尘率：1.5%，渣含铅：85%～90%（进入下道工序冶炼）。
（4）生产能力：氧化段10t/h，氧化段炉床能力取16 t/ m2·d，，还原段4t/h，还原段炉床能力取5 t/m2·d，能耗：180kgce/t铅，综合回收率：99%以上，产渣率：5%，烟尘率：8%，渣含铅：2%。同时，采用氧燃技术废气量减少60%以上，火焰短、温度高，以辐射传热为主，热效率提高40%，节能70%以上，炉内冶炼气氛更容易控制。
（5）采用碱法脱除铅液中金属氧化物和非金属杂质，提高铅液纯净度，改善铅及铅合金的使用性能。
3. 处置系统集成控制
（1）自动化系统应采用控制技术成熟、可靠性高、性能价格比适宜的设备和元件，保证能在中央控制室通过分散控制系统实现对废铅蓄电池铅回收设施各系统集中监视和分散控制。
（2）对贮存库房、物料传输过程以及短回转窑熔炼过程的重要环节，应设置现场工业电视监视系统。应设置独立于分散控制系统的紧急停车系统。对重要参数的报警和显示，可设光字牌报警器和数字显示仪。
（3）废铅蓄电池铅回收设施的监控系统设计应包括主体设备工艺系统在各种工况下安全、经济运行的参数；仪表和控制用电源、气源、液动源及其他必要条件的供给状态和运行参数；电动、气动和液动阀门的启闭状态及调节阀的开度；辅机运行状态以及必需的环境参数。
（4）废铅蓄电池短窑熔炼系统的测量数据、数据处理结果和设施运行状态，应能在监控系统的显示器上得到显示。并应对熔炼烟气中的烟尘、硫氧化物、氮氧化物、氧或一氧化碳、二氧化碳污染物实现在线监测。
（5）应配置自我检测和热工报警系统，其设计应包括工艺系统主要工况参数偏离正常运行范围以及电源、气源、热工监控系统主要辅机设备发生故障等报警内容，全部报警项目应能在显示器上显示并打印输出。
4. 污染物消减及污染防治措施
（1）尾气系统由冷却塔、活性炭喷射和布袋除尘器等组成，烟气经过尾气处理系统净化处理达标后，由引风机抽出经烟囱排入大气，其中二恶英的排放限值为0.5 ngTEQ/Nm3。
（2）布袋卸灰装置排出的飞灰采用水泥固化处理，固化后送危险废物填埋场填埋处理。残渣属于生活垃圾，运送到生活垃圾填埋场填埋。
（3）工艺设备产生的噪声采取消声、隔音、减震等措施进行防治。
5. 技术经济适用性
自动破碎分选-短回转窑熔炼工艺适合大中型规模的废铅蓄电池集中处理处置，且对含铅原料的适应性较强。
在尾气处理及二恶英减排方面，“急冷+布袋除尘+SCR”工艺减排效果最好，二恶英可控制在0.002-0.05 ngTEQ/Nm3，运行成本也低，但前期工程投资比较高；“急冷+活性炭注入+布袋除尘”工艺减排效果也很好，二恶英可控制在0.1ng TEQ/ Nm3，运行成本中等，但前期工程投资较低。
三、建议
废铅蓄电池铅回收污染防治最佳可行技术是随着社会的不断进步废铅蓄电池铅回收的管理和处理也将不断的取得进步和发展的必然选择。废铅蓄电池铅回收污染防治最佳可行技术应围绕如何更好的实现废铅蓄电池铅回收污染控制而展开。针对我国废铅蓄电池火法冶炼污控制最佳可行技术实施提出如下建议：
（1）中国应充分结合废铅蓄电池的特性以及地方的特点，围绕最佳可行技术和最佳环境实践要求，选择切实可行的处置技术，用于解决区域性的废铅蓄电池铅回收管理和处置问题。
（2）废铅蓄电池铅回收处理技术和管理模式的优化要将生命周期管理作为废铅蓄电池铅回收管理的基本因素，并将全过程管理理念纳入到废铅蓄电池铅回收处理技术应用过程，切实解决废铅蓄电池铅回收污染控制问题，并将其纳入废铅蓄电池铅回收管理和处置实践。
（3）废铅蓄电池铅回收处理技术和管理模式优化需要建立切实可行的技术优化评价方法。应进一步落实性能评价方法的应用，推进实现废铅蓄电池铅回收安全化和无害化管理和处置。
略
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国家环保公益项目-废铅酸蓄电池收集、处理和处置管理技术体系研究，项目编号：200909082
