铋冶金炉料的作用及反应

铋冶金炉料的作用及反应

【摘要】：炼铋冶金炉的炉料包括铋精矿、氧化铋渣、煤粉、铁屑、纯碱、萤石、黄铁矿、返渣等，根据配料比的要求投入炉内。

炼铋冶金炉的炉料包括铋精矿、氧化铋渣、煤粉、铁屑、纯碱、萤石、黄铁矿、返渣等，根据配料比的要求投入炉内。它们的作用和它们在炉内参与之反应分述如下：

一、铋精矿

铋精矿包括硫化铋精矿与氧化铋精矿，是提铋的主要原料，在冶金炉熔炼中，铋精矿参与的反应是复杂的。在此，我们仅研究氧化铋与硫化铋参与的下述反应：

（5）式为熔剂脱硫反应。

（6）式为氧化铋被已还原的杂质金属如铅所还原的反应。

在以上七个反应式中，在冶金炉熔炼条件下（2）与（3）式的反应是主要的。

二、氧化铋渣

一般指铅阳极泥氧化除铋产出的渣料。根据回收金银的传统流程，铅阳极泥经还原熔炼产出贵铅，贵铅在分银炉氧化吹炼中，脱除砷、锑后继续吹风氧化，则铋与铅皆氧化入渣。氧化渣分为前期渣，中期渣、后期渣，前期渣含铅高，含铋低，后期渣含铋高，含铅低。三者合称氧化铋渣，一般含铋在35%～55%之间。氧化铋渣是综合回收铋的主要原料之一。其参与的反应包括上述七个反应中的（1）、（2）、（4）、（6）式反应，其中以（2）式为主。

三、煤粉

煤粉用作还原剂。加入煤粉作用如下：

（1）使氧化铋还原。

（2）起部分脱硫作用：

以上两式说明，当不加煤粉时，钮以Bi2O3状态入渣，当加入煤粉时，铋呈金属铋状态沉淀入粗铋。

（3）保持炉内还原性气氛，防止铋液氧化，防止炉膛内特别是炉顶耐火材料氧化腐蚀。

（4）防止碲氧化入渣，而使碲富集于粗铋之中。

煤粉加入量必须恰当，过多过少都会带来不良的后果。当加煤粉过量时，使其它对氧的亲和力较铋为大的杂质金属也被还原进入粗铋，降低粗铋的品位。同时，由于碳的熔点高（3700℃），碳加入过量，会提高炉料的熔点和粘度，使炉料难熔化。当煤粉不足时，氧化铋还原不充分，造成部分氧化铋入渣，提高了渣含铋，增大铋的损失，并且，无法维持炉内稳定的还原性气氛。

四、铁屑

铁屑用作置换剂。一般要求使用铸铁屑。加入铁屑的作用如下：

（1）用铁置换硫化铋中的铋。

（2）个别情况下，铁屑可作还原剂：

铁屑加入量必须适当，过多过少皆不利。当加入铁屑过量时：会使其它对硫亲和力较铋大的杂质置换出来进入粗铋，从而降低粗铋品位；冰铜中硫化亚铁增加，增大冰铜比重，影响与粗铋分离，而降低铋的回收率；过量铁与砷、锑等杂质生成黄渣，如As2Fe3、Sb2Fe3等，密度约为7克／厘米3，介于冰铜与粗铋之间，熔点较高，形成隔膜，使操作困难，炉况不正常，降低铋的直收率；铁不溶于铋，且熔点高达1535℃，在冶金炉熔炼温度下不易熔化，过剩铁以单体铁夹带部分铋在熔池边缘及底部沉积，形成炉结，造成铋的损失，增加操作困难。当铁屑加入量不足时，硫化铋置换不彻底，部分硫化铋进入冰铜，造成铋的损失；由于铁屑加入不足，冰铜与粗铋中夹杂有未被置换的单体硫存在，放出时，易腐蚀铜制工具及设备。

五、纯碱

纯碱又名碳酸钠、苏打、曹达，用作熔剂。加入纯碱的作用如下：

（一）造渣：纯碱能与精矿中的脉石成分SiO2、Al2O3等酸性氧化物形成熔点较低，流动性好的硅酸盐，铝酸盐等稀渣：

（二）降低炉渣密度和熔点。

（三）使硫化亚铁氧化成氧化亚铁人渣，而硫化钠进入冰铜，降低冰铜的熔点和比重：

（四）与煤粉起部分脱硫作用。

（五）纯碱能使砷、锑氧化挥发或入渣：

纯碱也可将As2O3进一步氧化：

同样，炉料中的锑与纯碱也有类似反应：

纯碱加入量必须适当，过多过少皆不利。当加入纯碱过量时，使硫化铋氧化入渣：

并使还原的金属铋重新氧化入渣：

同时降低炉料熔点，使炉内熔体难以过热，炉温低，不能保证反应进行需要的温度，以致反应进行缓慢且不完全，炉渣、冰铜、粗铋三者分离不好，因而降低铋的回收率；由于炉渣内含有较多的游离氧化钠，具有很大的腐蚀性，损坏炉衬。相反的，当纯碱加入不足时，渣熔点升高，密度与精度增大，渣与冰铜分离困难，渣中夹带铋量增高；并且使一些对氧亲和力较铋大的杂质未被氧化即进入粗铋，降低粗铋的品位。

六、萤石

萤石又称氟化钙、氟石，用作熔剂。加入萤石的作用是降低炉渣的熔点和粘度，对于含二氧化硅较高的精矿，配料中加入2%～5%的萤石，可大大降低硅酸盐渣的粘度，改善其流动性。当萤石加入过量时，因其对砖缝有很大的浸蚀性会腐蚀炉衬；同时渣流动性变好，容易跑炉；渣熔点太低，使炉内维持不了反应需要的温度。

目前，萤石加入冶金炉内与炉料之间的物理化学作用，还研究得很少，对萤石降低炉渣粘度的原因，也还没有公认的十分恰当的解释。有关资料认为：萤石加入CaO－Al2O3－SiO2渣系时，它和CaO一样也能破坏硅酸盐的Si－O键，并且使硅酸盐晶格单元变小，粘度降低。不过CaF2的作用比CaO大（对粘度降低的作用，一摩尔的CaF2相当于2摩尔的CaO）。往渣中加入CaF2后，电

离成CaF＋而置代品格巾的氧离子（O2－），即可以把不稳定的CaF＋离子对作为一种“溶剂”，它可“溶解”较大的硅酸盐阴离子（如SiO44－，此类阴离子是靠静电力结合的，由于CaF＋“溶解”了它，故消除了此种静电力），于是降低了渣的粘度。

七、黄铁矿（FeS2）

黄铁矿用作硫化剂。因为黄铁矿遇热分解：

在单独处理氧化铋渣时，为了使渣中的铜与铋分离，加入黄铁矿使渣中Cu2O 硫化后生成Cu2S，与FeS一道组成冰铜。

纯FeS2含硫53.3%，冶金使用之黄铁矿要求含硫高于42%。

八、返渣

在冶金炉熔炼中处理之返渣包括：

（一）精炼渣：粗铋火法精炼产出之熔化渣、氧化渣、除氯渣、成品渣等，含铋30%左右。

（二）浸出渣：粗铋火法精炼产出之氯化渣、碲渣，经湿法浸出后的残渣，含铋3%～10%。

（三）炉底灰：修炉时打出之废料，含铋5%～10%。

（四）烟道结及烟道尘：含铋5%～10%。

处理返渣的目的是为了回收铋。