सीसा-युक्त ऑक्सीजन-आधारित साइड-ब्लो फर्नेस का उत्पादन हेत

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ऑक्सीजन-समृद्ध साइड-ब्लो फर्नेस के उत्पादन संबंधी अनुभव – हू वेईवेन, शू शुडोंग, ओयांग कुन (हुनान शुइकोउशान नॉन-फेरस मेटल्स ग्रुप कंपनी लिमिटेड, हुनान हेंगयांग 421500)
सारांश: इस लेख में, चीन में अब तक निर्मित, धूम्रहीन कोयले को रिड्यूसेंट के रूप में उपयोग करने वाले सबसे बड़े ऑक्सीजन-समृद्ध साइड-ब्लो रिड्यूसन फर्नेसों के उत्पादन संबंधी विवरण एवं तकनीकी मापदंडों का विस्तार से वर्णन किया गया है। औद्योगिक उत्पादन प्रक्रियाओं से पता चलता है कि यह “साइड-ब्लो रिडक्शन फर्नेस” तकनीक अत्यधिक उन्नत है; इसमें निवेश कम होता है, प्रक्रिया स्थिर रहती है, सीसे उत्पादन हेतु आवश्यक ऊर्जा की मात्रा कम होती है, एवं कार्य करने का वातावरण कीवर्ड: सीसा ； साइड-ब्लो फर्नेस ； उत्पादन प्रक्रिया ； ऑक्सीजन-समृद्ध विधि से धातु निर्माण हेतु, किसी कारखाने में प्रयोग में आने वाले “साइड-ब्लो फर्नेस” का डिज़ाइन शियान रंगीन धातुकर्म डिज़ाइन इंस्टीट्यूट द्वारा किया गया। इस फर्नेस का क्षेत्रफल 12.15 वर्ग मीटर है। यह देश में अब तक निर्मित सबसे बड़ा ऐसा फर्नेस है, जिसमें अपचयन हेतु कोयले का उपयोग किया जाता है। इस फर्नेस की डिज़ाइन क्षमता वर्ष में 1 लाख टन कच्चा सीसा उत्पन्न करने की है। इसका निर्माण कार्य नवंबर 2013 में शुरू हुआ, एवं अक्टूबर 2014 में इसका परीक्षणात्मक उत्पादन शुरू हो गया। कार्य ठीक तरह से आगे बढ़ रहा है। तरल उच्च-सीसा अपशिष्टों के अपचयन हेतु परियोजना की मुख्य सामग्रियों में निम्नलिखित शामिल हैं: 1) वार्षिक रूप से 2.3 लाख टन तरल उच्च-सीसा अपशिष्टों को संसाधित करने हेतु साइड-ब्लो रिडक्शन फर्नेस ； 2) वार्षिक रूप से 12.9 हजार टन साइड-ब्लो रिडक्शन फर्नेस के अवशेषों को प्रसंस्कृत करने हेतु उपयोग में आने वाला स ； 3) अवशिष्ट ऊष्मा से बिजली उत्पादन प्रण ； 4) डीसल्फराइजेशन सिस्टम। चित्र 1 में किसी कारखाने में प्रयोग होने वाले साइड-ब्लो रिडक्शन फर्नेस की प्रक्रिया-आरेख दर्शाया गया है। साइड-ब्लो रिडक्शन फर्नेस में अतिरिक्त ऊष्मा संग्रहण हेतु बॉयलर, सतही शीतलक, धूल संग्रहण हेतु बैग, अतिरिक्त ऊष्मा से बिजली उत्पादन हेतु प्रणालियाँ, एवं डीसल्फराइज ऑक्सीजन-समृद्ध वातावरण में होने वाले अपचयनीय गलन प्रक्रिया का मुख्य उद्देश्य, बेस-ब्लो भट्टियों में उत्पन्न होने वाले तरल, उच्च-सीसा युक्त अपशिष्टों का अपचयन करके कच्चा सीसा, जिंक युक्त अपशिष्ट, एवं सल्फर युक्त धुआँ प्राप्त करना है। जिंक युक्त अपशिष्टों को आगे प्रसंस्करण हेतु स्मोकिंग भट्टियों में भेजा जाता है, जबकि सल्फर युक्त धुएँ को धूल हटाने की प्रक्रिया के बाद डीसल्फराइजेशन प्र 1. भट्ठी निर्माण एवं उसे गर्म करने संबंधी कार्यों में, वर्तमान में ऑक्सीजन-युक्त वातावरण में उपयोग होने वाली भट्ठियों के निर्माण हेतु अवक्षयक के रूप में बिना धुएँ वाला कोयला ही उपयोग में आता है; ऐसी भट्ठियों के इस निर्माण सामग्री के उपयोग से निम्नलिखित कमियाँ हैं: 1) रिडक्शन फर्नेस का मुख्य भाग वॉटर जैकेट से बना होता है; यदि वॉटर जैकेट से पानी लीक हो जाए, तो मैग्नीशियम-क्रोमियम ईंटें पानी के संपर्क में आकर नष्ट हो जाती हैं। ； 2) मैग्नीशियम-क्रोमियम ईंटों को लगाते समय ईंटों के बीच छेद रह जाते हैं। सीसा की प्रवेश करने की क्षमता बहुत अधिक होती है; इसलिए उत्पादन प्रक्रिया के दौरान सीसा उन छेदों में घुस जाता है, जिससे भट्ठी के तल की ईंटें क्षतिग्रस्त हो जाती हैं। यहाँ तक कि भट्ठी के तल की ईंटें ऊपर उठ भी सकती हैं, जिससे भट्ठी की उम्र पर प्रभाव ； 3) मैग्नीशियम-क्रोमियम ईंटों से भवन बनाने में लंबा समय लगता है; पूरी निर्माण प्रक्रिया में 2 से 3 सप्ताह का समय आवश्यक होता एक कारखाने ने मूल भट्ठी-आधार के डिज़ाइन में पूर्ण परिवर्तन किया। भट्ठी-आधार के लिए उपयोग होने वाली अग्निरोधक सामग्री के रूप में एल्यूमिनियम-क्रोमियम अपशिष्ट से बने सामग्रियों का उपयोग किया गया। भट्ठी बनाने की पूरी प्रक्रिया में एल्यूमिनियम-क्रोमियम अपशिष्ट से बनी सामग्रियों का ही उपयोग किया गया, ताकि भ इस प्रकार की अग्निरोधक सामग्री एवं निर्माण विधि के निम्नलिखित लाभ हैं: 1) एल्यूमिनियम-क्रोमियम अपशिष्ट से बनी अग्निरोधक सामग्री, क्षरण एवं तापीय झटकों का विरोध करने में बेहतर होती है। ； 2) साइड-ब्लो फर्नेस के फर्नेस-बॉडी हिस्से में एल्यूमिनियम-क्रोमियम अपशिष्ट का उपयोग करके एक ही बार में ढाँचा तैयार किया जाता है; इससे सीसा फर्नेस के तल तक नहीं पहुँच पाता, जिससे फर्नेस की आयु में वृद्धि होती है। ； 3) भट्ठी बनाने में कम समय लगता है; पूरी भट्ठी को बनाने में 1 सप्ताह से भी कम समय आवश्यक होता है। साइड-ब्लो फर्नेस के गर्म होने की प्रक्रिया में, न केवल फर्नेस की आंतरिक सतहों पर उपयोग होने वाली अग्निरोधक सामग्रियों के तापमान बढ़ने की आवश्यकताओं को पूरा करना आवश्यक है इस बार भट्ठी को गर्म करने हेतु निर्धारित समय 15 दिन है। इसके लिए 200 ℃, 400 ℃ एवं 800 ℃ ऐसे तीन स्थिर तापमान स्तरों का उपयोग किया जाएगा। विस्तृत प्रक्रिया इस प्रकार है: 1) प्रतिरोधी तारों का उपयोग करके भट्ठी को कम तापमान पर गर्म किया जाता है; तापमान 200 ℃ तक पहुँचने के बाद 72 घंटों तक उसी तापमान पर रखा जाता है, ताकि भट्ठी की सतह पर मौजूद जल धीरे-धीरे वाष्पीभूत हो सके। 2) 72 घंटे तक स्थिर तापमान पर रखने के बाद, तापमान को 20 ℃/घंटे की दर से बढ़ाकर 400 ℃ तक ले जाया जाता है; फिर वहाँ भी 72 घंटे तक स्थिर तापमान पर ही रखा जाता है। इस अवधि के दौरान तापमान में वृद्धि की दर पर नियंत्रण आवश्यक है; तापमान में वृद्धि बहुत तेज नहीं होनी चाहिए। ऐसा करने से भट्ठी के मध्य एवं निचले हिस्सों में मौजूद एल्यूमिनियम-क्रोमियम अपशिष्टों में मौजूद जल धीरे-धीरे वाष्पीभूत हो सकता है। यदि तापमान में वृद्धि बहुत तेज हो जाए, तो भट्ठी की सतह एवं मध्य भाग में मौजूद अपशिष्टों में मौजूद जल बड़ी मात्रा में वाष्पीभूत हो जाएगा, जिससे एल्यूमिनियम-क्रोमियम अपशिष्टों में बड़ी संख्या में दरारें उत्पन्न हो जाएंगी। इससे भट्ठी की उम्र पर गं 3) 72 घंटों तक स्थिर तापमान पर रखने के बाद, रेजिस्टेंस वायर को हटा दिया जाता है; फिर भट्ठी के अंदर स्टील की प्लेटें रखी जाती हैं, एवं ऑयल गन का उपयोग करके भट्ठी को गर्म किया जाता है। तापमान को 800 ℃ तक लाया जाता है, एवं फिर 48 घंटों तक स्थिर तापमान पर ही रखा जाता है। स्टील की प्लेटें रखने का उद्देश्य, ऑयल गन की आग को नियंत्रित करना एवं भट्ठी की अंदरूनी सामग्री को समान रूप से गर्म रखना है। जब सभी प्रणालियाँ उत्पादन शुरू करने हेतु तैयार हो जाएँ, तब भट्ठी के तापमान को तापमान-वृद्धि वक्र के अनुसार 1,200 ℃ तक बढ़ाकर उत्पादन शुरू किया जाता है। 2. जब साइड-ब्लो रिडक्शन फर्नेस के सभी उपकरणों का परीक्षण पूरा हो जाता है, एवं उनका संयुक्त परीक्षण भी बिना किसी खराबी के सफलतापूर्वक हो जाता है; जब संबंधित सार्वजनिक सुविधाएँ उपलब्ध हो जाती हैं, जल, बिजली, गैस एवं तेल की आपूर्ति सामान्य रहती है, एवं फर्नेस चलाने हेतु आवश्यक सामग्री भी उपलब्ध हो जाती है… तब ही साइड-ब्लो रिडक्शन फर्नेस में सामग्री डालकर उसे चलाने का कार्य शुरू किया जा सकता है। भट्ठी चालू करने की प्रक्रिया: 1) भट्ठी के अंदर 3 परतें लकड़ियाँ रखें। लकड़ियाँ रखने का उद्देश्य, आग जलाना एवं चूल्हे के तापमान को बनाए रखना है। 2) लकड़ियों को जलाएं; जब लकड़ियाँ अच्छी तरह जल जाएँ, तब धीरे-धीरे कोक को भट्ठी में डालें। कोक डालने के दौरान, साइड-ब्लो रिडक्शन फर्नेस के प्रक्रिया-पैरामीटरों पर अच्छा नियंत्रण रखना आवश्यक है, ताकि फर्नेस के अंदर कोक पूरी तरह से जल सके। 3) जब भट्टी में मौजूद कोक पूरी तरह जल जाए, तब ही सीसा डालना शुरू किया जाता है। बेस लीड की मात्रा, फर्नेस के गड्ढे के आकार के आधार पर निर्धारित की जाती है। कुछ कारखानों में, साइड-ब्लो रिडक्शन फर्नेसों में बेस लीड की ऊँचाई 600–650 मिमी की सीमा में होती है। बेस लीड डालने की गति को, भट्ठी के तापमान में होने वाले परिवर्तनों के अनुसार समायोजित करना आवश्यक है। बेस लीड डालने की प्रक्रिया में, तापमान बढ़ाने हेतु थोड़ी मात्रा में कोक भी डाला जा सकता है। इस्तेमाल किया जाने वाला बेस लीड 1.5 घंटों के भीतर ही पूरी तरह डाल दिया जाना चाहिए। 4) जब नीचे स्थित सीसा पूरी तरह डाल दिया जाता है, तो सिफन छिद्र सीसे के तालाब में डूब जाता है। इसके बाद साइड-ब्लो फर्नेस शुरू हो जाता है, एवं गर्म अवशेष पहले ब्लोटिंग फर्नेस में भेजे जाते हैं। इस अवधि में, साइड-ब्लो रिडक्शन फर्नेस, नीचे स्थित ब्लोटिंग फर्नेस में मौजूद सीसे की मात्रा, अवशेषों का तापमान आदि के आधार पर उपयुक्त वायु-प्रवाह, वायु-छिद्रों की संख्या, द्वितीयक वायु-प्रवाह, कोयले की मात्रा आदि जैसे प्रक्रिया-पैरामीटर निर्धारित करता है। पूरी ब्लोटिंग प्रक्रिया के दौरान, गलन-तालाब का तापमान (अवशेषों का तापमान 1,200–1,300 ℃, सीसे के तरल का तापमान 600–800 ℃) बनाए रखना आवश्यक है; ताकि गर्म अवशेषों एवं सीसे के तालाब के बीच कोई अवरोध न बने, एवं सीसा फर्नेस में जाने संबंधी दुर्घटनाओं से बचा जा सके। चूँकि भट्ठी में बड़ी मात्रा में अधपचा कोक मौजूद है, इसलिए इस प्रक्रिया के दौरान कोयले की मात्रा को उचित रूप से समायोजित किया जा सकता है; ताकि भट्ठी में मौजूद कोक पूरी तरह जल सके। 5) जब एक भट्ठी का उपयोग पूरा हो जाता है, तो साइड-ब्लो रिडक्शन भट्ठी सामान्य उत्पादन प्रक्रिया में आ जाती है। किसी कारखाने में स्थित रिडक्शन भट्टी को 3 महीने तक परीक्षणात्मक रूप से चलाया गया। इस दौरान प्राप्त हुए अपशिष्ट पदार्थों की सामग्री (% में) निम्नलिखित है: Pb – 39.81, Zn – 10.20, Cu – 2.01, S – 0.50, SiO2 – 9.88, FeO – 17.79, CaO – 3.56; Au – 2.7 ग्राम/टन, Ag2O – 0.20 ग्राम/टन। बेस-ब्लो फर्नेस में उच्च सीसा-युक्त अवशेषों की मात्रा, साइड-ब्लो फर्नेस के उत्पादन पर काफी प्रभाव डालती है; इसलिए बेस-ब्लो फर्नेस में ऐसे अवशेषों की मात्रा को अवश्य ही नियंत सामान्य उत्पादन प्रक्रिया, “अवक्षेप डालना”, “अपचयन करना” एवं “अवक्षेप निकालना” इन तीन चरणों में होती है। चूँकि बेस-ब्लो फर्नेस में धातु को पिघलाने हेतु आवश्यक तापमान 1,000–1,050 ℃ है, इसलिए यह साइड-ब्लो रिडक्शन फर्नेस की 1,200 ℃ की आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर पाता। अवक्षेप डालने के चरण में, साइड-ब्लो रिडक्शन फर्नेस एवं स्मोकिंग फर्नेस में उपयुक्त प्रकार का अवक्षेप प्राप्त करने हेतु निश्चित मात्रा में “व्हाइट स्टोन” का उपयोग किया जाता है। व्हाइट स्टोन का पिघलना, CaCO3 का विघटन, एवं सीसा, जिंक जैसी धातुओं का अपचयन – ये सभी ऊष्मा-अवशोषक अभिक्रियाएँ हैं। इसलिए, साइड-ब्लो रिडक्शन फर्नेस के तापमान को बनाए रखने हेतु, इन तीनों चरणों में ऑक्सीजन एवं कार्बन के अनुपात को नियंत्रित करना बहुत ही महत्वपूर्ण है। इन तीनों चरणों में धातु को पिघलाने हेतु आवश्यक समय एवं ऑक्सीजन की मात्रा अलग-अलग होती है; विस्तृत मान निम्नलिखित हैं: अवक्षेप डालने, अपचयन करने, एवं अवक्षेप निकालने हेतु आवश्यक समय क्रमशः 40–50, 30–40, 20–30 मिनट है। ； α मान क्रमशः 0.6–0.7, 0.4–0.5, 0.85–0.9 हैं। साइड-ब्लो रिडक्शन फर्नेस में, फर्नेस की स्थिति के अनुसार, अवशेषों को अंदर डालने/बाहर निकालने हेतु आवश्यक समय को उचित रूप से बढ़ाया या घ बेस-ब्लो फर्नेस एवं स्मोकिंग फर्नेस की प्रक्रियाओं के अनुरूप, साइड-ब्लो रिडक्शन फर्नेस में धातु को पिघलाने हेतु आवश्यक समय 2 घंटे/फर्नेस है। अवशेषों को डालने, रिडक्शन प्रक्रिया को पूरा करने एवं अवशेषों को निकालने के समय को समायोजित करके इस समय को और भी कम किया जा सकता है। वर्ष 2014 के नवंबर महीने में इस कारखाने की कच्चे सीसे को पिघलाने संबंधी प्रक्रियाओं से संबंधित आंकड़े इस प्रकार हैं: बेस-ब्लो फर्नेस में पदार्थों का प्रवाह 39–45 टन/घंटा, साइड-ब्लो रिडक्शन फर्नेस में प्रतिदिन 12 बार प्रक्रिया की गई, ग्रेन्युलर कोयले की खपत 2.86 टन/घंटा, सफ़ेद पत्थर की मात्रा 1.4 टन/घंटा, साइड-ब्लो रिडक्शन फर्नेस से उत्पन्न धूल की मात्रा 8.5% (प्रारंभिक अवशेषों के संदर्भ में), प्रथम चरण में हवा का प्रवाह 3,000–4,000 मीटर³/घंटा (मानक स्थिति में), ऑक्सीजन की सांद्रता 54.85%, द्वितीय चरण में हवा का प्रवाह 2,700–3,500 मीटर³/घंटा। अतिरिक्त ऊष्मा बॉयलर के प्रवेश बिंदु पर तापमान 1,100–1,200 ℃ होता है; भाप की मात्रा (4.0 MPa दबाव पर संतृप्त भाप) 12–16.5 टन/घंटा होती है। अतिरिक्त ऊष्मा बॉयलर (कोयला-बचत उपकरण) के निकास बिंदु पर तापमान लगभग 300 ℃ होता है। सिफन बिंदु पर तापमान 700–900 ℃ होता है, जबकि राख का तापमान लगभग 1,200 ℃ होता है। वर्ष 2015 के जनवरी तक, साइड-ब्लो रिडक्शन फर्नेस में लगातार 3 महीनों तक उत्पादन प्रक्रिया जारी रही। इस अवधि के दौरान फर्नेस की कार्यक्षमता अच्छी रही, उत्पादन स्थिर रहा। प्रतिदिन लगभग 10–12 फर्नेसों में ही उत्पादन होता रहा। प्रति महीने फर्नेस में डाले जाने वाले उच्च-सीसा युक्त अपशिष्ट की मात्रा 17,000 टन से अधिक रही। कच्चे सीसे का उत्पादन प्रति महीने 7,000–8,000 टन रहा। प्रति महीने अपशिष्ट में सीसे की मात्रा ≤2.0% रही। उच्च-सीसा युक्त अपशिष्ट में सीसे की मात्रा में सुधार करने एवं साइड-ब्लो रिडक्शन फर्नेस की क्षमता बढ़ाने से कच्चे सीसे का उत्पादन और भी बढ़ सकता है। तरफ से हवा देकर अपचयन करने वाली भट्टियों से संबंधित तकनीकी एवं आर्थिक संकेतकों की तुलना, ब्लोअर भट्टियों की सीसा निर्माण प्रक्र तालिका 1: साइड-ब्लोन रिडक्शन फर्नेस एवं ब्लास्ट फर्नेस के तकनीकी/आर्थिक सूचकांकों की तुलना
(Table 1: Comparison of technical/economic indicators between side-blown reduction furnace and blast furnace)

| सूचकांक | साइड-ब्लोन रिडक्शन फर्नेस | ब्लास्ट फर्नेस |
| --- | --- | --- |
| सीसे की कुल पुनर्प्राप्ति दर | 98% | 97% |
| सोने की पुनर्प्राप्ति दर | 99% | 98% |
| चाँदी की पुनर्प्राप्ति दर | 98% | 97% |
| तांबे की पुनर्प्राप्ति दर | 80% | 60% |
| प्रति टन सीसे हेतु ऊर्जा खपत | 270 किग्रा-सीई | 470 किग्रा-सीई |
| मासिक कच्चे सीसे का उत्पादन | 7,100 टन | 5,000 टन |
| कच्चे सीसे के प्रसंस्करण हेतु लागत | 1,065 युआन | 1,386 युआन |
| औसत अवशेष में सीसे की मात्रा | 2.0% | 3.0% |
| औसत अवशेष में तांबे की मात्रा | 0.25% | 0.40% |
| औसत अवशेष में चाँदी की मात्रा | 22 ग्राम/टन | 39 ग्राम/टन |

तालिका 1 से पता चलता है कि साइड-ब्लोन रिडक्शन फर्नेस के उपयोग से धातुओं की पुनर्प्राप्ति दर ब्लास्ट फर्नेस की तुलना में अधिक है; खासकर तांबे की पुनर्प्राप्ति दर में लगभग 20% की वृद्धि हुई है। टन पीतल उत्पादन हेतु आवश्यक ऊर्जा, मूल पीतल शोधन प्रक्रिया की तुलना में 40% से अधिक कम है; चूँकि अभी परीक्षणात्मक उत्पादन ही चल रहा है, इसलिए पीतल उत्पादन हेतु आवश्यक ऊर्जा में और कमी की संभावना है। तकनीकी संकेतकों की तुलना से पता चलता है कि साइड-ब्लो रिडक्शन फर्नेस के उपयोग से लाभ स्पष्ट रूप से अधिक है; प्रति टन कच्चे सीसे की प्रत्यक्ष शोधन लागत 321 युआन कम हो जाती है। इस परियोजना से प्रतिवर्ष 20 मिलियन से अधिक का लाभ होता है। ऊर्जा-बचत एवं पर्यावरण संरक्षण के मामले में भी इसके लाभ बहुत ही अधिक हैं। इससे स्वच्छ उत्पादन संभव होता है, एवं बेस-ब्लो फर्नेसों में उपयोग होने वाली सामग्रियों की उपयुक्तता भी काफी बढ़ जाती है। 4. निष्कर्ष: साइड-ब्लो रिडक्शन फर्नेस का पहला परीक्षण सफल रहा। 3 महीनों तक इसके संचालन के दौरान सभी तकनीकी एवं आर्थिक संकेतक अपेक्षित लक्ष्यों तक पहुँच गए। इसकी समग्र ऊर्जा खपत कम रही, एवं पर्यावरण संरक्षण के मामले में भी यह बेहतरीन साबित हुआ। एल्यूमिनियम-क्रोमियम अवसरों का उपयोग करके सामग्री को एक साथ ढालने की यह तकनीक देश में पहली बार विकसित की गई है, एवं इसका उपयोग करने पर अच