一种除铜新工艺在粗铅精炼中应用研究

第31卷第4期2006年8月 昆明理工大学学报(理工版)Jour nal ofK un m ing Un i versity of Sci ence a nd Technology (S cience and Technolo gy )V o.l 31　N o .4　A ug .2006

收稿日期:2005-09-26.

第一作者简介:班丽丽(1980-),女,在读博士生.主要研究方向:冶金新工艺及钢铁功能材料.E -ma il :banlili @to 一种除铜新工艺在粗铅精炼中应用研究

班丽丽1,2,刘中华1,雍歧龙2,陈雯1,孙保华1,顾晓明

1(1.昆明理工大学材料与冶金工程学院,云南昆明650093;2.钢铁研究总院结构材料研究所,北京100081)摘要:针对西北铅锌厂粗铅火法精炼过程中,直接加单质硫进行除铜而出现硫损过大的问题,对

除铜工艺中硫的利用方式进行了研究,提出一种除铜新工艺,即利用硫化铅代替单质硫进行除

铜.在本实验中,对硫加入过量率、加热温度、加热时间等制备PbS 的工艺条件进行了研究,并确

定了加PbS 除铜工艺的最佳硫化铅用量,最佳搅拌时间等技术条件.实验结果表明,粗铅中含铜

量由0.814%下降至0.011%,除铜效率高达98.65%,且在除铜过程中,硫的利用率达92%以上.

关键词:粗铅;火法精炼;硫化铅;除铜

中图分类号:TF111.1文献标识码:A 文章编号:1007-855X (2006)04-0010-03

Study on the Applicati on of a New D ecopper i n g

T echni que i n R efi n i ng of Lead Bullion

BAN L i -li 1,2,LI U Zhong -hua 1,YONG Q i -l o ng 2

,

CHENG Wen 1,SUN Bao -hua 1,GU X i a o -m i n g 1(1.Facult y ofM aterials andM etall urgical Eng i neering ,Kun m ing U ni versit y of Science and Techno l ogy ,Kun m ing 650093,China ;

2.Instit ute for S truc t ura lM aterials ,Centra l Iron ＆Stee l Research Instit ute ,Beiji ng 100081,Chi na )

Abst ract :There is a b i g pr oble m t h at too m uch su l p hu r is w asted in lead bullion py r o -refining p r ocess by add i n g sulphur d irectl y i n no rthwestm e tallur gy of lead and zinc factory .A s to the pr oble m ,a ne w m e t h od to de -copper fro m lead billion t h r ough c hang ing sulphur to PbS is i n vented .The i m pac t of su l p hur overchar ge pe rcen t -age ,heati n g te m perature and heating ti m e on percent for m ati o n of PbS are st u died ,and t h e PbS overcharge pe r -centage ,hea ting ti m e and agita tion ti m e for decoppe ring fr o m l e ad bullion are investigated too .The results of t h e experi m ent show tha t the percentage of Cu in lead bu llion is reduced fr o m 0.814%to 0.011%,t h e 98.65%coppe r in lead bu llion is successf u ll y d r o w n off and t h e 92%o rm o r e su l p hu r is used efficientl y .

K ey w ords :lead bulli o n ;py r o -refining ;PbS ;decoppering

0引言

铅是最常用的有色金属之一.由于火法精炼比电解精炼有着能耗低、占地少、设备简单、投资较少、生产周期短和最终产品的成分容易控制等诸多优点

[1],目前,火法精炼粗铅的精铅产量约占精铅总产量的

80%[2,3].在粗铅火法精炼的除铜工艺中,大多数工厂采用加单质硫除铜,其主要化学反应如下: S +Pb =PbS (1)

PbS +2Cu =Cu 2S +Pb

(2)除铜原理是利用S 对Cu 的亲合力大于Pb ,即化学反应(2),生成的Cu 2S 密度比Pb 小,而形成浮渣,通过撇渣得到精铅[4].这两个化学反应在同一个过程中完成,由于反应温度较高,反应过程很难控制,容

DOI 牶牨牥牣牨牰牨牨牪牤j 牣cn ki 牣牭牫牠牨牪牪牫牤n 牣牪牥牥牰牣牥牬牣牥牥牫

易造成硫单质的燃烧,生成SO 2释放到大气中,这样既污染空气,也导致硫的用量大、利用率较低(利用率不足80%)、粗铅精炼成本增加.为了解决这一生产难题,我们考虑将这两个反应分开进行:第一步,用硫和铅反应制备硫化铅,将单质硫转化为化合态的硫,使硫元素得到固定;第二步再进行加硫(硫化铅)除铜.为此,通过对S 和Pb 反应生成PbS 的热力学及动力学的研究,提出了PbS 的制备工艺,并对除铜时硫化铅加入量、搅拌时间等工艺条件进行了研究.这种加硫(硫化铅)除铜新工艺,对减少冶金企业造成的大气污染,提高S 的利用率,降低生产成本,有着十分重要的意义.

1实验部分

1.1PbS 的制备

将云锡公司提供的粗铅锭(其化学组成如表1所示)切割成小块,加工成铅屑,把铅屑与硫磺颗粒(商品,含S 量≥98%)混匀,在150MPa 压力下,用压片机压成块状样品.把样品放入刚玉坩埚中加热,考察加热温度、加热时间、S 加入过量率这三个因素对PbS 生成率的影响.加热设备为温控电炉,用XRD 和能谱分析对生成的硫化铅进行定量和定性分析.

表1　粗铅化学组成Tab .1　Ch e m i cal co mposition of l ead bu llion 元素Pb Cu

Sn A s Sb B i 含量/

%93.740.8140.6021.133.590.07021.2加PbS 除Cu 实验

称量一定量粗铅(小块状),放入坩埚内,

在340℃温度下,用温控电炉将粗铅熔化,按计算值加入PbS (元素硫的加入量按形成Cu 2S 理论需求量的1.20～1.35倍计),电磁搅拌,加木屑造渣,连续搅拌适当时间后,经过自然冷却得到除Cu 的铅锭.通过XRD 和能谱分析对得到的铅产品组分进行定性和定量分析,最后计算其除铜率.

2结果与讨论

2.1S 加入过量率、加热时间、加热温度对PbS 生成率的影响

S 加入过量率与PbS 生成率的关系如图1所示.由图1可看出,在加热温度和加热时间不变条件下,随着S 过量率增加,PbS 的生成率呈先增加后减少的趋势;当S 过量率处于22%～30%范围内时,PbS 的生成率均大于92%,其中,当硫的过量率为25%时,其生成率达到最大值95.5%.研究结果初步表明,此种PbS 的制备工艺是可行的.

加热时间与PbS 生成率关系如图2所示.由图2可以看出,在硫加入量和加热温度均不变的条件下,随着加热时间增加,PbS 的生成率呈先增加后减少的趋势.造成这种现象的原因可能是在反应刚开始时,随着时间的增加,S 与Pb 的反应变得充分,故PbS 的生成率增加;经过一段时间后,反应(1)达平衡状态,这时继续加热会引起PbS 与空气及铅中其它组分发生反应,致使PbS 生成率的测量和计算值变小.但我们可以发现,加热时间在6.5～8.5h 的范围内,PbS 生成率都大于93%,当加热到8h 左右时,PbS 的生成率11第4期 班丽丽,刘中华,雍歧龙,等:一种除铜新工艺在粗铅精炼中应用研究