重金属冶金学--铅冶金--铅烧结矿的鼓风炉还原熔炼
铅冶炼工艺设计流程
铅冶炼工艺流程选择氧气底吹熔炼—鼓风炉还原法和浸没式顶吹〔ISA或Ausmelt熔炼—鼓风炉还原法在工艺上都是将冶炼的氧化和还原过程分开,在不同的反应器上完成,即在熔炼炉内主要完成氧化反应以脱除硫,同时产出一部分粗铅和高铅渣。
高铅渣均是通过铸渣机铸成块状再送入鼓风炉进行还原熔炼,产出的粗铅送往精炼车间电解,产出的炉渣流至电热前床贮存保温,前床的熔渣流入渣包或通过溜槽进入烟化炉提锌。
随着我国对节能减排和清洁生产政策的不断贯彻落实,上述工艺的弊端也显现出来,鼓风炉还原高铅渣块,液态高铅渣的潜热得不到利用,还要消耗大量的焦炭,随着焦炭价格的提升,炼铅成本居高不下。
电热前床消耗大量的电能和石墨材料,也增加了冶炼成本,同时需要占用大量的土地和投资。
为了适应环保、低炭、节能降耗的需求,新的技术不断出现,目前在XX省济源豫光金铅,金利公司、万洋集团各自采用的液态高铅渣直接还原的三种炉型代表了我国铅冶炼发展的最高水平。
一、豫光金铅底吹还原工艺：取消鼓风炉,不用冶金焦,实现液态渣直接还原,与原有富氧底吹炉氧化段一起,形成完整的液态渣直接还原工业化生产系统。
具体技术方案为：铅精矿、石灰石、石英砂等进行配料混合后,送入氧气底吹炉熔炼,产出粗铅、液态渣和含尘烟气。
液态高铅渣直接进入卧式还原炉内,底部喷枪送入天然气和氧气,上部设加料口,加煤粒和石子,采用间断进放渣作业方式。
天然气和煤粒部分氧化燃烧放热,维持还原反应所需温度,气体搅拌传质下,实现高铅渣的还原。
工艺流程如图1。
图1 豫光炼铅法的工艺流程图生产实践效果8万t/a熔池熔炼直接炼铅环保治理工程主要包括以豫光炼铅法为主的粗铅熔炼系统、大极板电解精炼系统和余热蒸汽回收利用系统等。
项目09年2月正式开工,09年8月进行设备安装,20XX 元月开始空车调试,3月28日熔炼系统氧化炉点火烘炉。
目前氧化炉、还原炉、烟化炉、硫酸及制氧系统均正常生产,经几个月的生产检验,各项环保指标优于国标,技经指标达设计水平。
铅冶金学第4章讲解
（四）布料和点火
点火料斗设在点火 炉的前面，铺设底料供 点火用，料层厚度一般 为 30 ～ 40mm ， 主 料 斗 设在点火炉的后面，当 烧结机台车向前运行进 入点火炉下方时，借吸 风箱的抽力使底料均匀 着火，然后运行至主料 斗的下方铺设本料，由 鼓风箱向上鼓风进行烧 结作业。
1）粗铅：Pb95-98%,含Cu、As、Sb、Sn、Bi等 2）炉渣：SiO2、FeO、CaO、ZnO 3）铅冰铜（锍)：PbS、Cu2O、FeS、ZnS和少量Ag2S 4）黄渣（砷冰铜）：铁与砷锑的砷化物和锑化物是主体 5）烟气 6）烟尘
鼓风炉炼铅工艺约占世界产铅量的85％左右。铅锌密闭鼓 风炉生产的铅约为10％，其余约5％是从精矿直接熔炼得 到的。
铅鼓风炉熔炼时各种组分在产物中的分布如下表所示。
表4-2 鼓风炉熔炼时各组分在产物中的分布（w/%）
组分 Pb
Cu
Zn
Bi
Cd
As
Sb
Sn
粗铅 95～97 80～90 0.2～2 93～97 6～10 82 90～96 80
炉渣 1.5～2 5～20 95～97 1～7 5～11 17～17.5 3～9 18
通常，烧结块含硫wS=1.5%～2.5％。
（一）烧结焙烧方法
铅精矿烧结焙烧设备可采用： 烧结锅； 烧结盘； 带式烧结机烧结。
带式烧结机烧结又有： 吸风烧结； 鼓风烧结。
（二）烧结的配料
铅烧结配料时必须考虑到下列的技术条件：
炉料中所含的造渣成分SiO2,FeO,CaO等的质量比率必须符合选
4ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ5.2 富氧底吹－鼓风炉熔炼（SKS法 ）
此法彻底改变了我国铅冶炼污染的现状，成为铅冶炼的重大技术进步 范例。
《铅冶金》课程标准
《铅冶金》课程标准课程代码：00520109适用专业：冶金技术学时：39学时学分：3学分开课学期：第四学期第一部分前言1.课程性质与地位《铅冶金》是冶金技术专业的主干课程，也是培养学生就业岗位必需的核心技能课程。
本课程以铅冶炼生产过程为行动领域，贯彻国家火法冶炼工职业标准，以岗位技能培养为教学目标，全面提高学生知识、能力、素质。
本课程以铅的冶炼过程为基本主线，围绕环境保护和可持续发展两大问题，着重介绍底吹炉、顶吹炉、鼓风炉、铅电解等新理念、新技术、新工艺、新设备以及技术经济分析和冶炼过程管理等知识。
同时，在操作实习和组织管理过程中可以培养学生的科学态度，激发学生的学习兴趣，培养学生的团结协作精神和组织协调能力，对职业素养的养成起着积极促进作用。
该学习领域以《冶金基础化学》、《冶金制图》、《冶金过程检测与控制》等课程为前导，为学生走上工作岗位奠定坚实的基础。
同时，也是学习《有色冶金设计原理》、《毕业设计》等后续课程的基础。
2.课程的设计思路《铅冶金》课程是现代直接炼铅新技术富氧底（顶）吹一鼓风炉还原熔炼一电解精炼等冶炼新技术为基础，按照企业真实的生产流程，依次介绍了富氧底吹技术、富氧顶吹技术、鼓风炉还原技术、电解精炼技术等冶炼工作任务，并根据完成每个工作任务对知识能力的需求，将冶炼原理、冶炼工艺、冶炼设备、冶炼操作、经济技术指标等知识融于课程教学中，实现“做、教、学”一体化。
本课程是以任务驱动的行动导向的教学模式为主，围绕铅冶炼职业能力，以铅冶金工作过程为依据，以校企合作企业为依托，以实际铅冶炼工作任务为驱动，将知识、技能和态度有机融合，根据不同的教学内容，有针对性地采用任务驱动教学法、案例教学、现场教学等多种教学方法。
第二部分课程目标1.知识目标（1）使学生能够完成铅冶炼生产的炉料准备工作，满足底吹（顶吹）等冶炼工艺对原料的要求。
（2）使学生能够掌握底吹炉熔炼的工艺及设备知识，掌握冶炼过程的工艺控制及经济技术指标。
第二章 重金属还原熔炼
(3)还原熔炼获得的金属大多呈液态产出，对于低沸点的锌， 由于蒸气压大而以气体状态得到金属。在工业生产上，要使 还原反应进行完全，应当尽可能提高锌的蒸气压，然后将产 生的锌蒸气随炉气一道排出还原体系之外，并选择合适的冷 凝温度和冷凝方法高效率地冷凝成液态锌。因此，影响还原 反应的热力学因素还制约着锌蒸气冷凝过程。
2.2.2 铅鼓风炉内的金属氧化还原反应
图2-1 铅、锌、锡和铁的氧化物用CO还原的平衡图
2.2.2 铅鼓风炉内的金属氧化还原反应
◆ 铅鼓风炉熔炼炉渣中CaO的含量比一般造硫熔炼铜炉渣高，因为强碱性 的CaO可置换硅酸铅中的PbO，增大αPbO(γPbO)，有利于熔渣中的PbO还 原。 从降低熔炼渣铅损失以及提高含锌炉渣烟化处理时的金属回收率出 发，要求选用高钙渣型是合理的。但这一措施与提高烧结脱硫率和降 低冶炼成本有矛盾，因而有很大的局限性。 ◆采用强还原气氛，有利于降低渣含铅。 强还原气氛除在热的利用上不经济外，还受到铁的还原反应的制约： Fe(液)+ CO=Fe(γ)+CO2 ΔGΘ=-43640+38.12T
2.2.2 铅鼓风炉内的金属氧化还原反应
鼓风炉还原熔炼以焦炭作还原剂时，固体C还原氧化物的固—固或固—液反 应，与用CO还原的气—固或气—液反应相比，前者反应速度缓馒，因为 固体C被反应产物所隔开 ,相互接触更为有限；在高温下，CO比CO2更稳 定，在CO+CO2的混合气体中占有优势，随着温度升高这种优势更如增长， 只要有固体C存在就可以提供大量的CO作为还原剂。 从氧化铅还原的热力学考察，由于炉内上下区域温度的差别有下述三 种情况： ＜327℃：PbO(固)+CO=Pb(固)+CO2 + 63625J 327-883℃：PbO(固)+CO=Pb(液)+CO2+58183J ＞883℃：PbO(液) +CO=Pb(液)+CO2+67895J 上述三式均为放热反应，其反应的平衡常数方程式如下：
铅烧结矿的鼓风炉还原熔炼
3、铅鼓风炉内金属氧化物的还原反应
—铅冶金—
（1）铅及其主要杂质铁的氧化物还原
• 鼓风炉还原熔炼在以焦炭做还原剂时，固体C的还原氧化物的固-固或 固-液反应，与用CO还原的气-固或气-液反应相比，前者反应速度缓 慢，因为固体C的还原反应一开始后，就被反应产物隔开，固-固（液） 之间的扩散几乎不再发生。对于烧结块和焦炭的鼓风炉还原条件，相 互接触更为有限，固体C的还原作用微弱，实际上是靠CO来起还原 作用。在高温下，CO比CO2更稳定，在CO+CO2的混合气体中占优 势，随着温度升高这种优势更加增长，只要有固体C存在就可以提供 大量的CO作为还原剂。
• ②产生一氧化碳气体，使炉料中的金属氧化物还原成金属。
• 焦炭质量具体要求见表3-2。63、辅助物料
—铅冶金—
• 鼓风炉熔炼一般不需要添加熔剂，只有在炉况不正常 时可能加萤石（CaF2)、黄铁矿（FeS2)，主要用作洗 炉。后者还作硫化剂使用，在炉料中铅高、硫不足时， 使铜进入铅，以提高铜的回收率。此外，为了改善炉 况，使熔炼过程比较容易进行，有时也加块度为50～ 120mm的鼓风炉渣。
• （3）如果炉料中含有Ni、Co时，使其还原进入黄渣（俗 称砷冰铜）；
• （4）将烧结块中一些易挥发的有价金属化合物（如CdO） 富集于烟尘中，便于进一步综合回收；
• （5）使脉石成分（SiO2、FeO、CaO、MgO、Al2O3）造 渣，锌也以ZnO形态入渣，便于回收。
2
—铅冶金—
二、铅鼓风炉熔炼的炉料组成及对 炉料的要求
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—铅冶金—
4、熔炼区（900－1300℃），此区位于燃烧层上，上述各区反应 均在此区完成，SiO2、FeO、CaO造渣，并将Al2O3、MgO、ZnO 溶解其中，CaO、FeO置换硅酸铅中的PbO，游离出来的氧化铅 则被还原为金属铅，炉料完全熔融，形成的液体流经下面赤热的 焦炭层过热，进入炉缸，而灼热的炉气则上升与下降的炉料作用， 发生上述化学反应。
铅鼓风炉熔炼
1、设计任务书设计一个日处理350吨的铅鼓风炉1.1、原始数据烧结块日处理量：（吨）选取代号：A日处理量：350吨21.2、烧结块成分1.3、焦炭的化学成分（%）1.4、焦炭灰分组成（%）1.5、烟尘的化学成分（%）1.6、炉渣主要成分（%）Fe 26% SiO25% CaO 17%21.7、粗铅品位：95.5%2铅2.1、铅的物理性质铅是一种化学元素。
人类最早提炼出来的金属之一。
埃及前王朝时期就有铅制人像。
古罗马人已经了解铅能耐腐蚀，广泛用铅做水管。
古埃及用铅化合物做瓷釉。
中国商代中期，在铸造青铜器时已加入金属铅，西周的铅戈中，含量也很高。
铅在地壳中的含量为 1.6×10-3％，很少以游离状态存在于自然界，主要矿物有方铅矿(PbS)、白铅矿(PbCO3)、硫酸铅矿(PbSO4）。
铅是铀和钍的衰变产物，因此也存在于各种铀矿和钍矿中。
铅的元素符号为Pb，英文名为lead，是蓝灰色或银灰色金属，但略带蓝色，在空气中失去光泽，变成暗灰色。
其结晶属于等轴晶系（八面体及六面），原子序数为82，为第IV族元素，原子量为207.21。
熔点327.502℃，沸点1740℃，密度11.3437克／厘米3，莫氏硬度1.5，很柔软，纯铅在重金属中是最柔软的，具有良好的展性，可以压成铅皮，捶成铅箔，但延性甚小，不能拉成铅丝。
铅的物理性质见下表：铅的物理性质2.2、铅的化学性质铅的原子价是2和4。
铅在各种成分的大气、水和常用化学物质体系中是相当稳定的。
常温下在干燥的空气中铅不会氧化。
但铅在潮湿及含有CO 2的空气中，在其表面先生成氧化亚铅（Pb 20 )，再慢慢转化成碱式碳酸铅（3PbC03·Pb（OH ）：）薄膜，此膜可阻止铅在大气中进一步氧化，使铅在常温下大气中长期不被腐蚀。
铅在熔融状态下，氧化过程加剧，最初生成Pb 20，继续升温则生成Pb0，温度升至330~450℃时，Pb0转化成Pb 203，温度升至450~490℃时，Pb 203转化成Pb 304（红丹），温度升至550一600℃时，Pb 304转化成Pb0（黄丹）。
鼓风炉还原熔炼的基本原理
为Pb吸O热＋反C应＝，Pb在＋4C0O0～－590005℃81时.8已4J较为A显著，在700℃时，则强烈进行。10
4.4.3 铅鼓风炉还原熔炼的理论基础
➢ 复杂铅氧化物(PbO•SiO2)还原的热力学
PbO.SiO2(晶体）＋CO＝Pb(液)+SiO2(无定形）＋CO2 2PbO.SiO2(晶体）＋2CO＝2Pb(液)+SiO2(无定形）＋2CO2
大，难被碳还原，大部分呈ZnO入渣。但也有少量的ZnO在炉子下部被CO、C 所还
原：ZnO+CO=Zn(气）+CO2 产出的的锌蒸汽随炉气上升，被炉气中的CO2 、H2O和 O2氧化为ZnO（次氧 化
锌），也可以被炉气中的SO2 所硫化为ZnS。如果氧化锌和硫化锌若沉积于半融
状态的碎料上或炉壁上，在炉子上部产生A 炉结；若氧化锌沉积在炉料表面1空6 隙之 间，就会随炉料下降到炉子下部，重新还原为Zn蒸汽，又炉气上升，如此循环
在1000℃，还原顺序：Cu2O、PbO、NiO、CdO、Fe3O4、FeO、ZnO、 Cr2O3、MnO
等。决定了熔炼过程金属是被还原还是被渣化，可以确定主金属中的杂质含量。
由于Al2O3、CaO、MgO、SiO2之间对氧亲和力相差很大，容易实现这些氧化物 造渣
和PbO还原。
化学反应通式为：
M'O＋CO＝[M′]Pb＋CO2 式中[M′]Pb为溶解于铅液中金属杂质Cu、Bi、As、Sb等。 当被还原出的元素溶于主金属熔体中，则该元素氧化物变得容易还原。这就
组成见表4－2、表4-3.
பைடு நூலகம்
烧结块化学成分：含铅40％～50％，含硫率视块中铜、锌含量而定。含锌高
重金属冶金学--铅冶金--铅烧结矿的鼓风炉还原熔炼
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3、还原反应反应热力学
1）金属氧化物CO还原（间接还原）
在铅的还原熔炼过程中，炉料所 含的各种物质都参与如下反应。 MeO=Me＋1/2O2 CO＋1/2O2=CO2 MeO＋CO=Me＋CO2 （3-1） （3-2） （3-3）
由式（1）与式（2）得式（3）： 不同温度下各种金属氧化物还原反 应平衡的pCO/pCO2比较见图3-2。 由图可见，在1000℃时金属氧化 物还原的先后顺序是: Cu2O、PbO、NiO、CdO、SnO2、 Fe3O4、FeO、ZnO、Cr2O3、MnO。
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在有碱性氧化物FeO和 CaO参与下，铅的氧化物 被还原的顺序为PbO·SiO2、 PbO、2PbO·SiO2，其中 PbO·SiO2最易被还原。 由于CaO与SiO2形成多 种硅酸盐，所以在配料时 CaO:SiO2的比值对还原反 应进行的程度有很大关系。 （生成 3CaO·SiO2 的△G 最负）
第 三 节
铅烧结矿的鼓风炉还原熔炼
一、概述 1、鼓风炉还原熔炼目的
使铅的氧化物还原，并与贵金属和铋等聚集进入粗铅，而 使各种造渣成分（包括SiO2、CaO、FeO、Fe3O4等）及锌等进 入炉渣，以达到相互分离。
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1、鼓风炉还原熔炼目的
目的：使铅的氧化物还原，并与贵金属和铋等聚集进入粗 铅，而使各种造渣成分（包括SiO2、CaO、FeO、Fe3O4等）及 锌等进入炉渣，以达到相互分离。 当原料含铜较高时，可产出铅冰铜将铜富集；若原料含铜 不太高，可将铜富集于粗铅中，此时铜在炉渣中的损失将稍大。
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5、铅烧结块中其他组分在还原熔炼中的行为
• 铅烧结块中除含主金属铅和主要杂质金属铁的化合物之外，还含 有锌、铜、砷、锑、铋、镉等氧化物，它们在熔炼中的行为分别 叙述如下：
铅烧结矿的鼓风炉还原熔炼
熔炼压力对炉内气体组成和反应速率有一定影响。在高压下 ，气体在炉内的停留时间增加，有利于铅烧结矿的还原反应 进行。
操作参数对熔炼过程的影响
01
送风量
送风量的大小直接影响到炉内的氧气供应和燃烧强度，从而影响铅烧结
矿的还原效率和产品质量。
02
配料速度
配料速度决定了炉内物料反应的速度和时间，对最终产品的质量和产量
铅烧结矿的鼓风炉还原熔 炼
• 引言 • 铅烧结矿的特性 • 鼓风炉还原熔炼过程 • 鼓风炉还原熔炼的影响因素 • 鼓风炉还原熔炼的优化和改进 • 结论
01
引言
目的和背景
目的
铅烧结矿的鼓风炉还原熔炼是一种将铅烧结矿中的铅、锌等有价金属还原熔炼 成粗金属的方法。
背景
随着全球矿产资源的不断开采，低品位、复杂难处理矿石的利用问题日益突出。 铅烧结矿作为一种常见的低品位矿石，其高效、环保的冶炼技术成为研究热点。
熔炼过程中的排放主要包含烟气、炉渣和废水等，其中 烟气是主要的污染源。
能源消耗与生产规模、工艺参数、原料性质等因素有关， 降低能耗是提高生产效率的重要方向。
通过采用先进的工艺技术和设备，可以有效降低污染物 排放，提高环保水平。
04
鼓风炉还原熔炼的影响因素
原料的品质和配比
原料品质
铅烧结矿的品质对鼓风炉还原熔炼的 效率和产品质量有重要影响。高品质 的铅烧结矿通常含有较低的杂质，能 够提高熔炼过程的效率并降低能耗。
鼓风炉还原熔炼在处理复杂铅烧结矿 方面具有较大的优势，能够处理多种 含铅矿物，并实现多组分的综合回收。
鼓风炉还原熔炼具有较高的熔炼效率、 较低的能耗和较好的环保性能，能够 满足当前对环境保护和资源综合利用 的要求。
铅鼓风炉岗位操作培训资料讲解学习
铅鼓风炉还原熔炼岗位培训资料叶柏瑞2017-7-231. 鼓风炉还原熔炼的目的是什么？铅鼓风炉还原熔炼的目的有：①使炉料中的铅化合物还原成金属铅，并将贵金属如金、银等富集于粗铅中；②使炉料中各种造渣成分结合生成炉渣并最大限度地使锌进入炉渣中；③有时将Cu、As、Ni、Co等有价金属富集于铅冰铜或砷冰铜中，以便综合回收。
对于处理含硫高的含铅渣料，加入固硫剂，使硫形成硫化物固定在锍中。
通常采用的固硫剂为铁粉，形成FeS固硫。
2. 鼓风炉还原熔炼的基本原理和主要反应？①基本原理炉料中的金属氧化物等在高温下与还原剂作用，发生化学反应将其中的金属还原出来。
还原反应可用通式表示：MeO n+M X=Me+X m O n式中，Me代表金属、O代表氧、X代表还原剂，m、n为系数。
在铅鼓风炉中，通常用焦炭作为热源及还原剂。
②主要反应C+O2=CO2+热CO2+C=2CO-热PbO+CO=Pb+CO22PbO.SiO2+FeO+CaO+2CO=2Pb+2CO2+CaO.FeO.SiO2CaCO3=CaO+CO2PbSO4+4CO=PbS+4CO2ZnSO4=ZnO+SO3PbS+FeO+CO=Pb+FeS+CO2PbS+Cu2O+CO=Pb+Cu2S+CO23. 鼓风炉所用原、辅材料有哪些？有和要求？鼓风炉所用原、辅材料有：烧结块或团块、焦炭、返渣、萤石、黄铁矿、铁粉、石灰石等。
团块要求：Pb＞20%、S＜8%、渣成分满足技术要求、水分小于10%、强度高。
焦炭要求：含固定碳＞75%、灰份小于14%、水分＜6%、块度30-100mm、发热值6000-7000Kcal/kg、着火点600-800℃。
返渣要求：块度30-150mm。
萤石要求：CaOF2＞50%，块度30-100mm。
黄铁矿：块度30-150mm。
铁粉要求：Fe＞55%。
石灰石：CaO＞52%，块度30-100mm。
注：萤石及黄铁矿一般在处理炉况时使用。
4. 铅鼓风炉产物有哪些？有什么要求？铅鼓风炉产物有：粗铅、炉渣、冰铜、铅烟尘。
铅鼓风炉岗位操作培训资料
铅鼓风炉还原熔炼岗位培训资料叶柏瑞2017-7—231。
鼓风炉还原熔炼的目的是什么?铅鼓风炉还原熔炼的目的有：①使炉料中的铅化合物还原成金属铅，并将贵金属如金、银等富集于粗铅中；②使炉料中各种造渣成分结合生成炉渣并最大限度地使锌进入炉渣中；③有时将Cu、As、Ni、Co等有价金属富集于铅冰铜或砷冰铜中，以便综合回收。
对于处理含硫高的含铅渣料,加入固硫剂，使硫形成硫化物固定在锍中。
通常采用的固硫剂为铁粉，形成FeS固硫。
2. 鼓风炉还原熔炼的基本原理和主要反应？①基本原理炉料中的金属氧化物等在高温下与还原剂作用，发生化学反应将其中的金属还原出来。
还原反应可用通式表示：MeO n+M X=Me+X m O n式中，Me代表金属、O代表氧、X代表还原剂，m、n为系数。
在铅鼓风炉中,通常用焦炭作为热源及还原剂.②主要反应C+O2=CO2+热CO2+C=2CO—热PbO+CO=Pb+CO22PbO.SiO2+FeO+CaO+2CO=2Pb+2CO2+CaO.FeO.SiO2CaCO3=CaO+CO2PbSO4+4CO=PbS+4CO2ZnSO4=ZnO+SO3PbS+FeO+CO=Pb+FeS+CO2PbS+Cu2O+CO=Pb+Cu2S+CO23. 鼓风炉所用原、辅材料有哪些？有和要求？鼓风炉所用原、辅材料有:烧结块或团块、焦炭、返渣、萤石、黄铁矿、铁粉、石灰石等。
团块要求:Pb＞20％、S＜8%、渣成分满足技术要求、水分小于10％、强度高。
焦炭要求:含固定碳＞75%、灰份小于14%、水分＜6%、块度30—100mm、发热值6000—7000Kcal/kg、着火点600—800℃。
返渣要求：块度30—150mm。
萤石要求:CaOF2＞50％,块度30—100mm.黄铁矿：块度30—150mm.铁粉要求：Fe＞55%.石灰石：CaO＞52%，块度30—100mm。
注：萤石及黄铁矿一般在处理炉况时使用.4. 铅鼓风炉产物有哪些？有什么要求？铅鼓风炉产物有：粗铅、炉渣、冰铜、铅烟尘。
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1、鼓风炉还原熔炼目的
目的：使铅的氧化物还原，并与贵金属和铋等聚集进入粗 铅，而使各种造渣成分（包括SiO2、CaO、FeO、Fe3O4等）及 锌等进入炉渣，以达到相互分离。 当原料含铜较高时，可产出铅冰铜将铜富集；若原料含铜 不太高，可将铜富集于粗铅中，此时铜在炉渣中的损失将稍大。 当镍钴含量较高时，则产出黄渣（砷冰铜）将其富集。
第 三 节
铅烧结矿的鼓风炉还原熔炼
一、概述 1、鼓风炉还原熔炼目的
使铅的氧化物还原，并与贵金属和铋等聚集进入粗铅，而 使各种造渣成分（包括SiO2、CaO、FeO、Fe3O4等）及锌等进 入炉渣，以达到相互分离。
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1、鼓风炉还原熔炼目的
目的：使铅的氧化物还原，并与贵金属和铋等聚集进入粗 铅，而使各种造渣成分（包括SiO2、CaO、FeO、Fe3O4等）及 锌等进入炉渣，以达到相互分离。 当原料含铜较高时，可产出铅冰铜将铜富集；若原料含铜 不太高，可将铜富集于粗铅中，此时铜在炉渣中的损失将稍大。
2) 焦炭 • 焦炭在铅鼓风炉还原熔炼过程中的作用： ①发热剂。焦炭燃烧放出的热量为吸热化学反应和 炉料熔化造渣提供充足的热量，保证熔体过热所必需的 温度； ②还原剂。产生一氧化碳气体，使炉料中的金属氧 化物还原成金属。 • 一般用量为炉料量的9%～14%左右，即为焦率。
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3) 辅助物料 • 在炉况不正常时，加萤石（CaF2)、黄铁矿（FeS2)， 主要用作洗炉。 • 后者还作硫化剂使用。在炉料中铅高、硫不足时， 使铜进入铅，以提高铜的回收率。 • 当烧结块含硫高时，可添加铁屑，置换残存PbS中的 铅，降低铜锍含铅量，以提高铅的回收率。
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4）金和银
• 铅是金、银的捕收剂，熔炼时大部分金、银进入粗铅，只有很少一部 分进入铅锍和黄渣中。
5）脉石成分
• 炉料中的SiO2、CaO、MgO、Al2O3等脉石成分，在熔炼中都不被还原， 全部与FeO一道形成炉渣。
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三、炼铅鼓风炉的构造及其操作
鼓风炉是一种古老的冶金设备，它的发展已有几千年的历史， 随着现代化大型生产的发展，世界各国广泛采用的是上宽下窄的倾 斜炉腹型的全水套矩形鼓风炉： • 优点： ① 由于上宽下窄，形成炉子截面向上扩大，降低了炉气上升速 度，延长了还原气体与炉料的接触时间，有利于气相与固相热交换 及反应的进行; ② 由于炉气上升速度减慢，被炉气带走的烟尘相对减少； ③ 炉腹向下倾斜，断面积逐渐缩小，使热量集中在焦点区，有 利于熔炼的进行和熔体产物的过热。 • 缺点： 容易产生炉结。
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图3-2 金属氧化物还原曲线比较
2）金属氧化物的固体碳还原（直接还原）
固体碳还原反应可用下式表示： MeO+C=Me+CO （3-4） 固体氧化物的直接还原，实质上是下列 两式的总和： （3-5） MeO＋CO=Me＋CO2 CO2+C=2CO （3-6） 将上述两式的平衡曲线绘在图3-3中。 (1) 当体系的温度T＞Ta时，体系中的 wCO总是高于MeO还原所需的wCO，MeO被 还原； (2) 当T＜Ta，则体系的wCO总是低于 MeO还原所需的wCO，Me则被氧化。 (3) a点即是在该压力下固体碳还原金属 氧化物的理论开始还原温度。 图3-3 金属氧化物的固体碳还原 平衡曲线图
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普通鼓风炉的结构 铅鼓 风炉由炉 基、炉缸、 炉身、炉 顶、风管、 水管系统 及支架组 成。
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国外炼铅厂多采用双排风口椅形水套炉，也称皮里港式鼓风炉，其特点是：
①双排风口：保 证了还原能力， 提高了燃料热量 的利用率和风口 区的温度，生产 能力大大提高。 ②椅形水套：上 部流速大为降 低，热交换成 分，同水平炉温 均衡，炉结减少。
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由△Go-T图可见，在没 有碱性氧化物FeO和CaO参 与下，铅的氧化物被还原 的顺序为PbO、2PbO·SiO2、 PbO·SiO2，其中PbO最易 被还原。（见P97表2-5中 的数据） 在没有碱性氧化物FeO 和CaO存在的情况下，硅 酸铅的还原是很困难的， 甚至是不可能的。
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实验结果表明，用一氧化碳还原游离状态的氧 化铅及硅酸铅的还原速度相差很大，其还原率也很 不相同。 这种动力学上的差别：一方面是由于游离氧化 铅中氧离子与铅离子直接键合，而硅酸铅中还存在 有SixOyz-硅氧复合离子；另一方面是由于在此温度 下，一氧化碳在硅酸盐中的扩散系数比在纯氧化物 中要小。 结合态氧化物被CO还原比游离PbO要困难得 多。降低渣含铅的可能措施：
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2、 C-O系反应热力学
固体碳燃烧过程发生的四种反应，其ΔG －T关系示于图3-1。
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从该图可以看出: (1) 曲线 1 、 3 、 4 在 978K 的 a点相交，说明当温度高于 978K 时， CO 比 CO2 更稳定； 而在低于 978K 则 CO2 比 CO 稳 定。 (2)曲线2和4都是向下倾斜 的，说明高温下生成CO的趋 势增大。
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故障处理： 铅鼓风炉常见到故障是形成炉结，它分为炉身炉 结和炉缸炉结两类，多是由于粉料过多，含硫过高， 炉况波动，操作不稳定，开炉时炉缸清理不净等原因 所引起的，特别是ZnS的存在。 通常的上部炉结用长铁钎打下，然后使其熔化除 去；下部炉结和炉缸炉结则用改变配料造成易熔熔体 洗刷，必要时也有烧氧气的措施。
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1）采用高CaO渣型，原因如下： CaO是强氧化物，可将硅酸铅中的PbO置换出来， 使其变得容易被碳还原（见后图）； 高CaO的炉渣可提高炉温，降低炉渣密度、粘度； CaO可提高烧结块的软化温度，宜于处理高品位铅 烧结块，防止过早软化影响透气性和过早熔化影响硅酸 铅的充分还原。 CaO可使Si-O及Fe-O-Zn的结合能力减弱，增加锌 和铁在熔渣中的活度，有利于炉渣的烟化处理； 但烧结脱硫率将下降、冶炼成本上升。
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在有碱性氧化物FeO和 CaO参与下，铅的氧化物 被还原的顺序为PbO·SiO2、 PbO、2PbO·SiO2，其中 PbO·SiO2最易被还原。 由于CaO与SiO2形成多 种硅酸盐，所以在配料时 CaO:SiO2的比值对还原反 应进行的程度有很大关系。 （生成 3CaO·SiO2 的△G 最负）
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1、鼓风炉还原熔炼目的
目的：使铅的氧化物还原，并与贵金属和铋等聚集进入粗 铅，而使各种造渣成分（包括SiO2、CaO、FeO、Fe3O4等）及 锌等进入炉渣，以达到相互分离。 当原料含铜较高时，可产出铅冰铜将铜富集；若原料含铜 不太高，可将铜富集于粗铅中，此时铜在炉渣中的损失将稍大。 当镍钴含量较高时，则产出黄渣（砷冰铜）将其富集。 所以，在此特殊情况下，熔炼便可能产出四种熔体产物， 并按其比重的不同分成四层，由上而下分别为①炉渣、②铅冰 铜（铅锍）、 ③砷冰铜（黄渣）和 ④粗铅。
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4、铅的还原反应△Go-T 图
氧化铅和硅酸铅的直接还原和间接还原反应的吉布斯标准自由能变化与 温度的关系可用图2-15 的△Go-T 图表示（P96）。
图2-15 铅化合物还原反应的△G--T图
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对同一类型的还原 反应，直接还原的吉 布斯标准自由能变化 的负值总比间接还原 时要大。 也就是说：固体碳 还原比用CO还原要容 易得多。 但因固-固反应极其 困难，所以，应保证 炉料熔化后与固体碳 充分反应。
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2）锌的化合物
• 锌在烧结块中主要以ZnO及ZnO·Fe2O3状态存在，只有小部分呈ZnS 和ZnSO4的状态。 ZnSO4在铅鼓风炉还原熔炼过程中发生如下反应： 2ZnSO4=2ZnO+2SO2+O2 • ZnO在熔炼时的有害影响不大，这是因为大部分ZnO能溶解在炉渣中。 实践证明，炉渣溶解ZnO的能力随渣中FeO含量的增高和SiO2与CaO 含量的降低而增大。因此，当铅精矿中含有相当多的锌时，则需完全 焙烧，在配料时，应选用高铁的渣型。 • ZnS为炉料中最有害的杂质化合物，在熔炼过程中不起变化而进入炉 渣及铅锍。 ZnS熔点高，密度又较大（4.7g/cm3)，进入铅锍和炉渣后 增加两者的粘度，减少两者的密度差，使渣与铅锍分离困难。
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3、还原反应反应热力学
1）金属氧化物CO还原（间接还原）
在铅的还原熔炼过程中，炉料所 含的各种物质都参与如下反应。 MeO=Me＋1/2O2 CO＋1/2O2=CO2 MeO＋CO=Me＋CO2 （3-1） （3-2） （3-3）
由式（1）与式（2）得式（3）： 不同温度下各种金属氧化物还原反 应平衡的pCO/pCO2比较见图3-2。 由图可见，在1000℃时金属氧化 物还原的先后顺序是: Cu2O、PbO、NiO、CdO、SnO2、 Fe3O4、FeO、ZnO、Cr2O3、MnO。
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3）砷、锑、锡、镉及铋的化合物
• 铅烧结块中砷以砷酸盐状态存在。在还原熔炼的温度和气氛下，被还 原为As2O3和砷，As2O3挥发入烟尘，元素砷一部分溶解于粗铅中，一 部分与铁、镍、钴等结合为砷化物并形成黄渣。 • • 锑的化合物在还原熔炼中的行为与砷相似。 锡主要以SnO2形态存在，SnO2在还原熔炼中按下式还原： SnO2+2CO=Sn+2CO2 还原后的Sn进入粗铅，小部分进入烟尘、炉渣和铅锍。 • 镉主要以CdO形态存在，在600~700℃下被还原为金属镉。由于镉的 沸点低（776 ℃），易于挥发，故在熔炼中大部分镉进入烟尘。 • 铋以Bi2O3存在，在鼓风炉熔炼时被还原为金属铋而进入粗 炉料 • 炉料主要组成为自熔性烧结块，它占炉料组成的80%～ 100%。 • 铅烧结块中的铅主要以PbO（包括结合态的硅酸铅） 和少量的PbS、金属Pb及PbSO4等形态存在，此外还 含有伴存的Cu、Zn、Bi等有价金属和贵金属Ag、Au 以及一些脉石氧化物。
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5、铅烧结块中其他组分在还原熔炼中的行为
• 铅烧结块中除含主金属铅和主要杂质金属铁的化合物之外，还含 有锌、铜、砷、锑、铋、镉等氧化物，它们在熔炼中的行为分别 叙述如下：