云南锡业铅冶炼改造为锡冶炼的实践及效果

宋兴诚

（云南锡业集团（控股）有限责任公司，云南昆明 650200）

云南锡业公司100 kt/a铅冶炼项目，设计规模为电铅100 kt/a、副产品硫酸86 kt/a，计划生产初期所用铅精矿30%来自于自产，其余由省内其它地区及周边国家进口，3～5年后自产率达到50%以上。然而，该项目建成投产以来，云南锡业公司矿山及选厂一直没有自产铅原料供应，铅原料只能全部从国内采购。云锡铅冶炼厂处于云南内地，外购铅精矿运输成本高，铅金属又属普通金属，加工费低，原料供应无法保障，故项目建成后一直未能满负荷生产，生产经营效果不佳。

原云南锡业公司锡冶炼厂1954年建设于云南个旧。建厂时，当地属个旧市郊区，随后逐渐成为个旧工业区。随着个旧市城市化建设不断推进，居民住宅建设位置也在不断向冶炼厂靠近，导致该厂东南北三方均被新建居民楼紧密围绕，特别是常年处于下风向的一居民小区距冶炼厂烟囱位置不足600 m，且楼层高度接近烟囱高度，与烟羽主轴水平。尽管，冶炼厂已实现了工业污染物的达标排放，但周边环境质量与居住环境质量标准相比，仍有差别，存在较大的环境安全隐患。根据国家有关规定，云南锡业公司主动承担社会责任，决定对该冶炼厂进行异地搬迁、升级改造。

经过认真分析比较，云南锡业公司认为，可以通过对铅冶炼系统进行技术改造，实现锡冶炼异地搬迁升级改造项目的功能。这样不仅技术上可行，而且政策上也符合国家去产能和污染物排放减量化的要求，同时还能实现铅冶炼系统资产解困、盘活，加速锡冶炼搬迁项目的推进，减少项目的投资。基于此，2017年7月，云南锡业正式决定将铅冶炼系统改造为锡冶炼系统的异地搬迁升级改造项目。本文拟对此项目的实践及效果进行详细介绍与分析。

1 利旧、改造及新增的主要内容

1.1 利旧的设备设施

通过论证，原铅冶炼项目占地面积能满足锡冶炼异地搬迁项目的主要功能要求：1）原铅冶炼系统的供电、供风、供水系统，氧气站，余热发电系统，以及浴室、办公楼、食堂、化验室等公辅设施均能利用。2）以顶吹炉熔炼系统为主的火法冶炼系统及配套设施与锡异地搬迁项目的设计能力匹配，可以利用。3）其他系统通过优化配置、适当改造和增加锡冶炼必须的相关设施后，也能够满足锡冶炼异地搬迁项目的相关功能。

1.2 改造升级的设备设施

按照锡冶炼工艺技术的要求，将原铅冶炼系统改为锡冶炼系统，需要改造升级的主要设施为：粉煤制备系统、污酸污水处理系统、除盐水系统、炉前脱杂系统、火法精炼系统、电解精炼系统、制酸系统、部分管网，以及安全、环保、信息化自动化设备设施等。

1.3 新增建设的设备设施

按照锡冶炼工艺技术的要求，将原铅冶炼系统为锡冶炼系统，需要增加锡冶炼必须的主要工艺设施有：沸腾炉系统、回转窑系统、烟化炉系统及烟尘制粒系统；沸腾炉、回转窑、烟化炉矿仓及进料系统；处理铝渣的电炉及电炉烟气处理系统；铟回收系统，硫渣存储、筛分系统等。

2 改造后各系统的主要功能及特点

2.1 新建炼前处理系统

项目根据各原料的成分和特点不同，结合实际生产经验，为了防止含有S和As的锡精矿和含锡中间物料对粗锡冶炼过程产生危害，利用原场地空地新建1套炼前处理系统。

该系统采用两种炼前处理工艺：1）使用1台20 m2的流态化焙烧炉富氧焙烧高硫锡精矿，配套高效冷却圆筒等系统设备，产品自动密封输送，达到高硫锡精矿脱硫和部分脱砷的目的。该系统是目前锡冶炼行业内规模最大、自动化程度最高、效率最高的炼前流态化处理系统，也是行业内唯一采用富氧锡精矿炼前流态化处理的系统。2）使用1台Φ2.2 m×30 m的回转窑，对烟化炉烟尘、离心析渣等高砷中间物料进行焙烧，达到脱砷的目的。整个系统产出的高砷烟灰密闭运送到云锡红河砷业公司处理。

2.2 充分利用旧火法熔炼系统

项目对原铅冶炼系统的富氧顶吹浸没喷枪熔池熔炼设备全部利旧，作为粗锡冶炼系统的熔炼设备，继续使用原内径Φ5 000 mm、熔池深度为2 000 mm的大型富氧顶吹炉。同时，配套建设配料系统、粉煤制备及供应系统、余热锅炉系统、收尘系统、尾气处理系统、液态炉渣转运系统、液态粗锡预处理及转运系统、环集烟气收集系统、炉体水冷却系统等全套设备、设施。其中，内径Φ5 000 mm的富氧顶吹炉是目前全球最大的锡冶炼富氧顶吹炉。

火法熔炼系统完成锡精矿和各中间物料的熔炼过程，产出粗锡和乙锡流入前床。前床析出的硬头送硬头炉处理；前床分离出的粗锡通过溜槽流入受锡锅，再通过捞渣机将锅中乙锡捞出；乙锡送离心机除铁砷作业，产出的离心析渣送回转窑系统处理。经离心机分离出的粗锡以及受锡锅中分离出的甲锡进行凝析除铁、砷以及加硫磺除铜作业，产出的炭渣交离心机处理，硫渣送烟化炉处理。除铜后的粗锡进行加铝除砷锑作业，产出的铝渣送铝渣处理车间进行电炉熔炼。甲粗锡和离心机粗锡送火法精炼，炉渣送烟化炉处理，烟气送余热回收和尾气处理系统处理。

2.3 改造建设精炼系统

2.3.1 利用铅电解厂房新建锡火法精炼系统

锡的精炼以火法精炼为主。本次改造中将原铅电解车间改造为锡精炼车间，把铅电解槽拆除，相关设备设施移位，按照锡火法精炼的要求布置建设锡火法精炼系统。整个系统采用“全自动电热连续机械结晶机+大型真空炉”的云锡火法精炼联合精炼流程。顶吹炉熔炼系统除砷锑后，粗锡在线计量并通过保温溜槽送入精炼系统。粗锡先被送入全自动电热连续结晶机除铅铋，然后送全自动直线浇铸机系统。自动浇铸生成的锡锭经激光打码、打包、检斤后送锡库智能仓储系统堆存。结晶机产出的一部分焊锡经阳极铸锭机铸成阳极板后送湿法焊锡电解处理；另一部分焊锡则泵至真空炉实现锡与铅、铋的进一步分离。真空炉产出的真空锡返回结晶机处理，真空铅外卖。湿法电解车间运来的焊锡经合锡锅熔化及配料后生产各种规格的焊料及锡合金产品。

本次锡火法精炼系统升级改造的重点是：1）电热连续机械结晶机实现密封智能化控制和操作；2）真空炉实现50 t/d的大型化和智能化升级；3）产品浇铸系统实现直线自动浇铸、激光打码、打包、检斤后，送锡库智能仓储；4）捞渣作业实现机械化。上述大型化、智能化、自动化装备均属首次在锡行业精炼系统应用。

2.3.2 把铅电解设备设施改造为焊锡电解精炼系统

焊锡电解精炼系统使用焊锡双金属硅氟酸电解液电解工艺生产精焊锡配制焊料，主要处理火法精炼过程中产出的粗焊锡。本次改造主要对原铅电解系统中除电解槽外的其他设备设施进行试验和改造，经重新设计配置后，全部用于焊锡双金属电解系统。该系统还配置了从电解液中回收铟的萃取、反萃取工艺，铟置换、粗铟生产及精铟生产等工艺技术及装备，配备了锡阳极泥综合处理和回收有价金属工艺设施和相应装备。

本次改造首创了全流程自动化大阳极焊锡电解精炼技术：阳极采用立模自动浇铸，自动排距；阴极采用自动拉卷浇铸、自动剪裁、压型、穿铜杆、焊接、运输、排距；阴阳极机械组装后同时吊装入电解槽；阴极产品自动抽杆浇铸；残极自动脱阳极泥并洗涤。上述自动控制电解精炼工艺流程及装备属首次在锡行业焊锡电解精炼系统使用。

2.4 新建烟化挥发系统

本次改造利用原铅熔炼厂房旁的空地巧妙地建设了锡烟化挥发系统，采用烟化炉硫化挥发法工艺技术处理含锡渣、次精矿、中矿等。该系统设置2台8 m2的烟化炉，使用粉煤作为燃料，辅以富氧空气助燃，对顶吹炉熔炼渣、铝渣电炉熔炼渣、锡次精矿、锡中矿等含有锡的有价金属物料加以烟化挥发回收。熔融的顶吹炉渣由热料加入口加入烟化炉内；电炉渣、锡次精矿、锡中矿、外购炉渣和熔剂、少量硫化剂按重量配料后，由冷料加入口加入烟化炉内。

烟化挥发系统主要是含锡渣、次精矿、中矿的回收处理系统。烟化炉产出的富锡烟尘，送炼前处理后进顶吹炉熔炼；烟化炉抛渣品位达到全球最低经济含锡品位后，外售给水泥和钢铁企业作为原料资源化利用。

云锡本次技术升级改造首次使用了8 m2的大型锡烟化炉替代4 m2传统锡烟化炉，并配套使用了富氧熔化物料，使用双钩桥式冶金起重机将顶吹炉液态渣包炉渣吊运倒入烟化炉内，同时配备了烟化炉炉缸和沉降电炉用于处理含铜的锡物料副产冰铜，配备了余热锅炉回收余热，大幅提高了作业效率和综合回收能力。

2.5 新建中间产品处理工艺流程

在锡冶炼过程中，尤其是火法精炼工序，会产生大量的中间物料，富含锡、铜等有价金属，必须进行处理。本次升级改造采取了针对硬头、离心析渣、炭渣、硫渣、铝渣等的几种处理工艺技术：1）硬头。本项目配套建设了硬头炉及相应配套设施，用以处理锡冶炼系统产出的硬头，其熔析分离出粗锡和熔析渣，粗锡返顶吹炉炉前精炼锅，熔析渣送回转窑处理。2）离心析渣。火法精炼系统采用离心机处理乙锡时产出的离心析渣，送回砖窑处理，脱除砷后，再返回顶吹炉熔炼系统熔炼。3）炭渣。在火法精炼除砷、铁过程中产生的炭渣，送离心机处理，产出离心析渣和甲锡，分别进入回转窑和火法精炼系统。4）硫渣。在火法精炼系统脱铜过程中产出的硫渣，经筛分后，大块锡返回精炼系统，小块硫渣每年集中一段时间搭配入烟化炉处理，回收锡，同时生产冰铜。5）铝渣。项目配套建设了完善的铝渣电炉处理系统。在火法精炼系统脱锑过程中产出的铝渣，送铝渣电炉处理，产出高杂锡和电炉渣。电炉渣送烟化炉处理，高杂锡送真空炉处理，得到焊锡和高锑真空铅。其中，焊锡返回火法精炼系统，高锑真空铅作为产品外售。

2.6 改造完善环保和安全系统

2.6.1 改造升级烟气处理系统

本次改造对项目产生的烟气全部进行规范科学处理：1）对于环集烟气，新建或完善了烟气收集处理系统，经过除尘、脱硫后超清洁达标排放。2）对于流态化焙烧炉烟气、回转窑烟气、顶吹炉烟气、烟化炉烟气、铝渣电炉烟气和硬头炉烟气等工艺烟气，则经过各冶金炉窑烟气处理系统降温回收余热、脱硝、收尘回收烟尘后，进入脱硫系统脱硫和制取硫酸。

本项目新建了顶吹炉烟气和烟化炉烟气脱硝设施，采用SNCR工艺和臭氧氧化法两种脱硝工艺技术，是全球首个对锡冶炼工艺烟气采取脱硝处理，实现氮氧化物达标排放的项目。该项目尾气氮氧化物排放质量浓度低于200 mg/m3（在t＝0℃、p＝100 kPa的标准状态下，下同）的国家排放标准。

根据烟气性质不同，本项目设有两套烟气脱硫系统。焙烧炉、回转窑、顶吹炉、烟化炉等几种烟气合并后送CANSOLV再生胺吸收解吸法脱硫，解吸出的SO2烟气送制酸系统制取质量分数为98%的工业硫酸，制酸尾气经双氧水深度脱硫系统脱硫后，使尾气中的SO2质量浓度低于50 mg/m3排放，远优于400 mg/m3的国家排放标准，实现超低、超净排放。这一脱硫和制酸工艺系统由原铅系统改造完善而来，是全球锡冶炼行业首个大规模使用该低浓度SO2烟气处理技术的项目，解决了锡冶炼各种低浓度SO2烟气治理和资源化利用问题。另，铝渣电炉和硬头炉烟气共用一套烟气脱硫系统，采用石灰法脱硫工艺，尾气达标排放。

2.6.2 改造完善水处理系统

改造完成后，全厂生产废水全部收集处理后回用，实现零排放。硫酸车间等产生的酸性污水，经处理达标后，排入生产排水管道，再经深度处理，作为厂区生产回水使用。初期雨水处理后并入生产用水系统回用。生活废水进生活污水处理站，经地埋式生活污水处理设备生物法二级处理达标后，作为绿化用水回用。另外，噪声按规范进行降噪处理，实现厂界、厂内噪音全面达标。

2.6.3 提升完善安全系统

项目按照国家一级安全标准化企业标准要求提升和完善建设安全设备设施及相应系统，全面落实国家安全法律法规和云锡安全文化要求，从工艺设备设施的选择和建设，到管理制度的建立，均采取行业最新、最高标准，并对标国内外其他冶金行业先进案例，全面按照全球最安全的锡冶炼项目进行要求组织实施。所有关键工序均实现了系统自动安全联锁，达到本质安全化要求。

2.7 改造完善节能系统

该项目所采用的主要锡冶炼工艺技术是当前节能效果最好的富氧强化冶炼技术，因此从本质上保证了节能效果。同时，项目还对原铅冶炼节能系统进行了改造。

1）顶吹炉、烟化炉等冶金炉的冶炼烟气余热经过余热锅炉产生了饱和蒸汽，再通过原铅冶炼饱和蒸汽发电系统实现了余热的充分利用，减少了烟气废热对环境的污染。这也是全球锡冶炼烟气余热首次使用饱和蒸汽技术发电。

2）通过特殊创新设计，充分利用冶炼显热，使顶吹炉产生的冶炼炉渣能够利用大型渣包以高温液态方式转运到烟化炉，顶吹炉生产的粗锡也能以高温液态的形式直接输送至精炼系统，减少了能量损失，避免了炉渣和粗锡的二次熔化，节能效果显著。

3）另外，项目全面采用变频调速、低压蒸汽和乏汽回收利用等先进节能技术。通过全面综合节能措施，使项目综合能耗指标优于国家新建锡冶炼项目先进值标准。

2.8 新建和升级完善数字化管控系统

项目在原铅冶炼系统基础上，新建和升级完善了数字化管控系统。首先，该项目从物料验收、配料、熔炼、精炼及副产品回收、烟气治理等环节到锡产品入库，全面实现工艺过程DCS自动控制，并与公司MES系统和ERP系统实现了对接。其次，顶吹炉、烟化炉、流态化焙烧炉等关键冶炼工序的工艺参数实现了智能控制，机器可自动学习和修正；精炼电热机械结晶机、真空炉、电解系统等均实现了智能化控制；沸腾炉、余热锅炉和余热发电、氧气站等基本实现了无人化操作；主要设备供配电采取微机自动保护。再次，项目在精炼脱杂、浇铸、脱模、堆垛、产品计量、喷码产品标识、包装、运输入库等方面也全面实现了智能化、自动化，彻底改变了锡冶炼自动化水平长期落后于其他金属冶炼项目自动化水平的状况。

项目建设了高度集成化、自动化的生产控制和调度指挥系统，利用现代信息监控技术，集智能制造、工艺数据和趋势、电话系统、视频监控系统、智能消防系统、安全仪表系统、环保在线监控系统、生产报表、财务报表等各项管理职能于一体，控制和指挥全厂各个生产工序。完善的数字化管控系统实现了操作者的便捷精确操作、管理者的实时远程监控与指挥。不同层级人员均能实时获取权限范围内的所有信息，真正实现更高效、安全、便捷的生产和管理。通过高水平管理平台的有效应用，实现了低成本、高效益的生产运营目标。

3 升级改造后的效果

通过对原铅冶炼系统的全面升级改造，并结合现代锡冶炼的要求，项目新建了大量设备设施，使整个锡冶炼项目具有了锡冶炼所需的全部先进工艺设备设施，形成了全球配套最为完善、技术先进独有的锡冶炼工艺流程。项目还创新性配置了锡原料自动检验、锡精矿回转窑和流态化焙烧炉富氧炼前处理、富氧顶吹熔炼、电热机械结晶机和大型真空炉联合火法精炼、电解精炼、锡产品自动浇铸和检验打包入库、炉渣和低品位锡原料富氧烟化、锅渣离心机处理、离心析渣回转窑处理、电炉铝渣处理、硬头炉、余热锅炉、余热发电、烟气脱硝、电收尘、布袋收尘、烧结板除尘、尾气低浓度二氧化硫制取硫酸、污酸污水处理、粉煤制备、氧气制备、多种有价金属综合回收、环集烟气收集处理、初期雨水收集与处理、环保自动监测、安全自动监控、工艺控制自动化等一系列完整的配套工艺技术体系，以及分析检查、化验检验、现代办公、后勤保障等生产辅助系统。

项目通过集成大型顶吹炉还原熔炼技术，自主创新地发展为锡顶吹炉富氧强化还原熔炼技术，融合自主研发的大型锡冶炼烟化炉富氧烟化挥发、全自动电热机械结晶机和大型真空炉联合精炼、自动化焊锡电解精炼、自主研发的富氧强化流态化焙烧炼前处理、铝渣无害化资源化熔炼等目前世界锡冶炼顶尖技术为一体，形成了世界锡冶炼最高技术水平的技术和装备组合，是全球唯一实现锡还原熔炼、烟化挥发和沸腾炉炼前处理均采用富氧强化冶炼技术的项目，也是全球首家研发和产业化应用焊锡大阳极立模浇铸、焊锡阴极自动制造和自动排距智能生产线的企业，代表了当今世界锡冶炼最高技术和装备水平。

该项目于2020年10月完成建设和设备安装调试，2020年11月完成带负荷试车，2021年第一季度实现达产达标。投产以来，工艺设备运行高效稳定，各项技术经济指标达到设计要求。项目工艺技术装备齐全，各种冶炼技术手段齐备，既能处理各种高、低品级的锡物料，又能全部处理冶炼过程中产生的中间品、返回品，原料适应性强，锡冶炼综合回收率大于98%，伴生有价金属回收率高、资源综合利用效率和利用价值均较高。且该项目具备最先进的尾气余热发电和低浓度SO2制酸工艺装备，余热及SO2利用率高，加之产能规模大，信息化、自动化程度高，劳动生产率高，生产作业成本低等因素，使该项目实现了产值突破百亿元、利润突破10亿元的优异成绩，创造了世界单个锡冶炼厂历史最高水平。

4 结论

云锡把原铅冶炼系统改造为锡冶炼异地搬迁升级改造项目，不仅有效盘活了原铅冶炼系统土地、设备设施等资产，解决了原铅冶炼系统原料不足、生产经营的长期困难的困局；还加快了锡冶炼异地搬迁升级改造项目的推进速度，降低了项目的总投资，去化了原铅冶炼系统过剩产能，减少了污染物排放总量，符合国家去产能和污染物排放减量化的绿色发展要求。该项目实现了锡冶炼工艺技术的大幅度创新突破和发展，建成了全球锡冶炼史上“产能规模最大、技术装备最强、节能环保最优、数字程度最高、综合效益最好”的五个“全球之最”锡冶炼项目，树起世界锡冶炼新标杆，是集成创新与自主创新相结合的典范性项目。