硫化铅精矿熔炼的方法和原理
硫化铅精矿的烧结焙烧 共64页
第二节 硫化铅精矿的烧结焙烧
—铅冶金—
一、硫化铅精矿烧结焙烧的目的
烧结焙烧的主要目的： 1、将精矿矿中的硫化物氧化成氧化物，并将较
多的砷锑挥发除去。 2、将铅精矿粉料烧结成坚硬多孔的烧结块。
1
—铅冶金—
烧结焙烧产出的烧结块，应该： • 1、烧结块的化学成份，应与配料计算的化学成
份相符； • 2、烧结块必须坚实，在鼓风炉还原熔炼时，不
15
—铅冶金—
（2）铁矿石
• 烧结焙烧时加入的铁矿石（或硫酸厂副产的烧渣）熔剂中或精矿中的 FeS2氧化后的产物Fe2O3将与PbSO4PbO发生下列化学反应：
• ②精矿中的作原料，因此熔炼炉渣
中的造渣组分在烧结过程中就搭配合理了。
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—铅冶金—
（1）石英石（SiO2）
• 石英石在低温焙烧时不起化学变化，但在高温下，则与各种金属氧化物 结合成硅酸盐，并能促使PbSO4分解，如：
• 这就造成铅以PbS形态损失于炉渣或铅锍中的数量增 加，所以在烧结焙烧时，应使PbS尽可能生成PbO，而 不生成PbSO4。
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—铅冶金—
• 从Pb-O-S系状态图可以看出，硫酸铅及其碱式盐的稳 定区域大，这说明它们在烧结时容易生成。只有当气 相中的SO2分压较小和O2的分压较大时，才能保证 PbO的稳定范围，从而不生成或少生成PbSO4。具体 地说，要使PbSO4（甚至包括PbSO4﹒4PbO）完全不 生成的条件，必须保证气相中pSO2小于图2-1中反应式 PbSO4﹒4PbO = 5PbO+ SO2 +1/2O2 的平衡SO2分压。但是，降低气相中pSO2来减少硫酸盐 的措施是不可取的，因为将不利于用烟气制硫酸。
9
—铅冶金—
氧气底吹转炉炼铅法
金属硫化物精矿不经焙烧或烧结焙烧直接生产出金属的熔炼方法称为直接熔炼。
对硫化铅精矿来说,这种粒度仅为几十微米的浮选精矿因其微粒小,比表面积大,化学反映和熔化过程都有可能很快进行，充分利用硫化矿粒子的化学活性和氧化热，采用高效、节能、少污染的直接熔炼流程处理是合理的。
传统的烧结—鼓风炉流程将氧化——还原两过程分别在两台设备中进行，存在许多难以克服的弊端。
随着能源、环境污染控制以及生产效率和生产成本对冶炼过程的要求越来越严格，传统炼铅法受到多方面的严峻挑战。
具体说来，传统法有如下主要缺点：（1）随着选矿技术的进步，铅精矿品位一般可以达到60%，这样精矿给正常烧结带来许多困难，导致大量的熔剂、反粉或还有炉渣的加入，将烧结炉料的含量降至40%～50%。
送往熔炼的是低品位的烧结块，致使每生产1t多炉渣，设备生产能力大大降低。
（2）1t PbS精矿氧化并造渣可放出2x106kJ以上的热量，这种能量在烧结作业中几乎完全损失掉，而在鼓风炉熔炼过程中又要另外消耗大量昂贵的冶金焦。
（3）铅精矿一般含硫15％～20％，处理1t精铅矿可生产0.5t硫酸，但烧结焙烧脱硫率只有70％左右，故硫的回收率往往低于70％，还有30％左右，还有30％左右的硫进入鼓风炉烟气，回收很困难，容易给环境造成污染。
（4）流程长，尤其是烧结及其返粉制备系统，含铅物料运转量大，粉尘多，大量散发的铅蒸汽、铅粉尘严重恶化了车间劳动卫生条件，容易造成劳动者铅中毒。
近30年来，冶金工作者力图通过PbS受控氧化即按反映式PbS+O2＝Pb+SO2的途径来实现硫化铅精矿的直接熔炼，以简化生厂流程，降低生产成本，利用氧化反应的热能以降低能耗，产出高浓度的SO2烟气用于制硫，减小对环境污染。
但由于直接熔炼产生大量铅蒸汽、铅粉尘，且熔炼产物不是粗铅含硫高就是炉渣含铅高，致使许多直接熔炼方法都不很成功。
冶金工作者通过Pb－S—O系化学势图的研究，找到了获得成分稳定的金属铅的操作条件，但也明确指出，直接熔炼要么产出高硫铅，要么形成高铅渣；要获得含硫低的合格粗铅，就必须还原处理含铅高的直接熔炼炉渣。
《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。
铅锌冶炼工艺及脱硫技术介绍
原料适应性强，可处理含铅品位 20%～70%的炉料， 包括湿法炼锌产出的铅银渣和浸出渣在内的各种含 铅杂料，均可炼铅过程中搭配处理。
采用工业纯氧，，排出烟气量很小，烟气 SO2浓度 高达20%～40%，有利于烟气净化和制酸。
沸腾炉焙砂、烟尘
锌电解废液
冲矿
●使物料中的锌尽可能的溶解到浸
矿浆
出液中，从而得到高的浸出率；
分级
底流
球磨
蒸汽 溢流 废液 中性浸出 矿浆 中性浓缩
矿粉中性上清上 (送清净液 )
底流
球磨矿浆 蒸汽 酸性浸出
矿浆
酸性浓缩
底流 (送过滤 )
上清液
浸出工艺流程
●使有害杂质尽可能不溶解而进入 渣中，达到与锌分离的目的。
特点：具有传热传质速度快、层内温 度均匀、产品质量好、生产效率高、 便于实现连续化和自动化等特点。
某厂沸腾炉系统设备连接图
硫化锌精矿经过氧化焙烧以后主要产出为焙砂和烟气，其大体流程为：焙 砂经过冷却和球磨后，由单仓泵输送至浸出车间；烟气经余热回收和收尘 系统，烟尘送浸出车间，烟气送硫酸工段制酸。
锌焙砂浸出
缺点：要求精矿品位高，杂质元素含量要求严格，直收率低 （约65%），劳动条件差。
铅冶炼工艺简述
铅冶炼的方法
3、沉淀熔炼法：该法利用对硫亲和力大于铅的金属（如铁）将硫化矿中的 铅置换出来的熔炼方法：
2 PbS+Fe=2Pb+FeS； 沉淀熔炼采用反射炉火电炉，该法流程简单，投资少，但铁屑消耗量大， 回收率低，故工业上很少应用。
电锌产品
电锌 产品
锌锭：压铸合金,电池业、印染业、医 药业、 橡胶业、化学工业等 。
重金属冶金学--铅冶金--直接炼铅理论
lg pO
-1
2
低 铅 渣
PbS Pb
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
-2 -3 -4 -5
lg ps2 / Pa
图4-2 1200 ℃ Pb-S-O系平衡状态图
(二) 难点所在
1、难于同时得到“低S铅”和“低Pb渣”
1.0 0.6 0.4
α
PbO
0.2
αPbO
0.1 0.06 0.04
S Pb P
0.02
1500 K pSO2=105 Pa
0.1 0.2 0.5 1.0 2.0 5.0 10.0
0.01
粗铅含S/(wt%)
2 1 0 -1 -2 -3 -4
2
PbSO4 PbO PbSO4·xPbO
lg pO
αPbO=0.3(~20%Pb)
0.3%S
pS
1
Pb
-5 -4 -3 -2 -1 0
O2 =1 4 0
2
3
13.4%S
αPbO=0.1 (~ 5%Pb)
PbS
4
5
lg ps2 / Pa
3、获得“低挥发率”的条件
pS2 < 10-1 Pa (尽量降低粗铅含S) 适度降低温度，将少PbS的挥发
pPbS
2、难于同时得到“低Pb渣”和“低挥发率”
0.3 0.6
13 00
℃
0.4
11 00
P∑Pb /×105 Pa
0.2
12
0.1
13 00 ℃
00 ℃
1200℃ 1100℃
0.2
0 0 1 2 3
粗铅含S/(wt%)
αPbO
℃
三氯化铁浸出硫化铅精矿炼铅新工艺
三氯化铁浸出硫化铅精矿炼铅新工
艺
三氯化铁浸出硫化铅精矿炼铅新工艺是一种新型的铅冶炼工艺，主要用于处理含有硫、砷、铜、锌等杂质的中低品位硫化铅精矿。
这种工艺具有技术成熟度高、操作简便、设备费用低、生产效率高、危害物质少以及废渣不易处理等优点，在国内炼铅行业得到广泛的应用。
三氯化铁浸出硫化铅精矿炼铅新工艺的原理是通过将三氯化铁溶液加入硫化铅精矿中，使硫化铅（PbS）发生氧化和氢化反应，产生硫酸根和可溶性铅盐，并将硫酸根吸附在悬浮物表面，将可溶性铅盐溶解在溶液中，形成了硫酸铅和铅的混合物，然后将其经过精选、洗涤等工艺处理，最终获得精炼铅。
三氯化铁浸出硫化铅精矿炼铅工艺的流程大致可分为以下几步：
一、硫化铅精矿的处理
首先，应将硫化铅精矿经过破碎、筛选和浮选等工艺处理，以提高其处理效率。
二、溶剂搅拌
将硫化铅精矿与三氯化铁溶液搅拌均匀，使反应物之间能够有效接触，以促进反应的进行。
三、冷却
将上述搅拌好的溶液冷却，以使悬浮物沉淀，并减少铅的损失。
四、精选
将悬浮物沉淀物经过精选处理，以分离出硫化铅和氧化铅。
五、洗涤
将精选后的悬浮物经过洗涤处理，以去除未发生反应的硫化铅，以减少对环境的污染。
六、铅提炼
将洗涤后的悬浮物经过重熔分离或熔融沉淀脱氧工艺，以获得精炼铅。
以上就是三氯化铁浸出硫化铅精矿炼铅新工艺的详细说明，这种新型的铅冶炼工艺不仅能够有效提高硫化铅精矿的冶炼效率，而且还能够减少对环境的污染，具有很高的实用价值。
6熔炼技术--硫化矿直接熔炼[31页]
![6熔炼技术--硫化矿直接熔炼[31页]](https://img.taocdn.com/s3/m/0fa1484db207e87101f69e3143323968011cf4d8.png)
在正常生产进料后，熔池深度不断上升。当熔池深 度达到2000mm时，则可考虑放渣。一般情况8h左 右粗铅的深度达到600mm左右，应当排铅。此时两 种熔体总深度大，压力也很大，达到10t/m2，人工
操作放铅口要特别小心，应当先放渣后放铅。每次 放铅后约3～4h再放渣。在整个作业过程中，加料连 续进行，只有排放作业是周期性。
制粒湿精矿 下落入炉
湿精矿(块矿)下落 入炉
通过顶部氧气 -精矿喷嘴 在反应塔内完
成
通过设在炉 底的喷枪
在底吹转炉 氧化段完成
通过设在炉 底的喷枪
在底吹转炉 完成
顶吹浸没喷入熔池 在顶吹炉完成
主要在沉淀池 焦滤层进行
在底吹转炉 还原段完成
用鼓风炉还 原
在另一座顶吹炉或 鼓风炉还原
闪速/熔池
倾斜式旋转转炉 (卡尔多炉)法
当Fe3O4含量达到7.5%以上，必须暂时停止作业，进 行处理。一般是迅速加入颗粒煤和石英石，进行还原 作业。
在生产运行中，每次检查喷枪时，首先退出熔炼 作业状态，上升到一定枪位，待保温烧嘴点火启 动后，即停止供油、送风，逐步提到炉外。首先 清理喷枪上粘附的保护渣层，检查喷枪的烧损程 度，确保距喷枪内旋流器有300mm以上的距离； 检查枪头是否平齐，如果个别部位烧损严重，出 现漏洞就应该及时更换。
艾萨炉的耐火内衬采用镁铬砖，外层是高铝砖， 烘炉应遵照升温曲线进行。余热锅炉也同时升温
烘炉采用专门的升温烧嘴进行，它设有供油装置、 供风系统和自动点火机构，按照执行程序由计算 机控制运行。
艾萨炉点火前先在炉底铺一层水淬炉渣，再铺大 量的木柴，然后点火燃烧。
温度升到400℃后，启动升温烧嘴烧油。 当温度达到800℃时再换成喷枪，直至升温曲线
粗铅的火法精炼
粗铅的火法精炼目录目录.................................................................1 摘要.................................................................3 第一章绪论 (5)1.1铅的基本性质 (5)1.1.1物理性质 (5)1.1.2化学性质 (5)1.2主要铅化合物的性质 (6)1.3铅的生产与消费 (7)第二章粗铅的火法精炼 (9)2.1粗铅的定义 (9)2.2粗铅火法精炼和电解精炼的比较 (9)2.3粗铅的火法精炼 (9)2.3.1熔析除铜 (11)2.3.2加硫法除铜 (12)2.3.3除铜工艺过程 (12)2.3.4除砷、锑、锡 (13)2.4氧化精炼和碱性精炼的优缺点比较 (13)2.4.1氧化精炼 (13)2.4.2碱性精炼 ...............................................14 第三章粗铅火法精炼的相关设备.. (15)锅.......................................................15 3.1精炼3.2立模浇铸生产线 (16)第四章结论及展望..................................................18 致谢................................................................20 参考文献 (21)12摘要本论文根据任务书，我参考了云南锡业股份公司铅业分公司粗铅火法精炼车间的数据和大量文献，结合生产实践对粗铅的火法精炼进行论述。
先从金属铅的性质入手，包括物理性质和化学性质，使我们对铅的各种特性有了更进一步的了解。
进而从粗铅的定义开始介绍，对粗铅的火法精炼和湿法精炼进行比较阐明观点，对现有的粗铅火法精炼的原理和各种除杂工艺进行详细阐述，粗铅的熔析除铜、加硫除铜;除砷锑锡等杂质;以及粗铅氧化精炼和碱性精炼的具体内容和比较等。
硫化铅精矿熔炼的方法和原理
硫化铅精矿熔炼的方法和原理铅冶炼就是将铅金属从矿石、精矿或二次铅料中提炼出来, 生产铅的方法可以分为火法冶炼和湿法冶炼。
目前, 炼铅几乎采用的全是火法, 湿法炼铅虽已进行长期试验研究, 有的已进行了半工业试验规模, 但仍未工业应用。
火法炼铅普遍采用传统的烧结焙烧-鼓风炉熔炼流程, 该工艺占世界产铅量65%左右, 铅锌密闭鼓风炉生产的铅约为5%, 其余约30%是从精矿直接熔炼得到。
直接熔炼的老方法有沉淀熔炼和反应熔炼。
沉淀熔炼是用铁作还原剂, 在一定温度下使硫化铅发生沉淀反应, 即PbS+FePb+FeS, 从而得到金属铅。
反应熔炼是将一部分PbS氧化成PbO或PbSO4, 然后使之与未反应的PbS发生相互作用而生成金属铅, 主要反应为PbS+2PbO3Pb+SO2或PbSO4+PbS2Pb+2SO2。
这两种炼铅方法金属回收率低、产量小、劳动条件恶劣, 现在大型炼铅厂已不采用。
20世纪80年代以来开始工业应用的直接炼铅方法主要是氧气闪速电热熔炼基夫塞特法和氧气底吹熔池熔炼QSL法, 它们将传统的烧结焙烧-还原熔炼的两个火法过程合并在一个装置内完成, 提高了硫化矿原料中硫和热的利用率, 简化了工艺流程, 同时改善了环境。
其他的熔炼方法如富氧顶吹、富氧底吹熔炼法均可以达到简化流程、改善环境的目的。
2.1 熔炼的传统方法2.1.1 烧结焙烧-鼓风炉熔炼法烧结焙烧-鼓风炉熔炼法属传统炼铅工艺, 铅冶炼厂大部分都采用这一传统工艺流程, 此法即硫化铅经烧结焙烧后得到烧结块, 然后在鼓风炉中进行还原熔炼产出粗铅。
图2-1为该方法的工艺流程图。
图2-1 烧结焙烧-鼓风炉熔炼工艺流程图2.1.1.1 硫化铅精矿焙烧-鼓风炉熔炼法概述最早的硫化铅矿焙烧方法是将块矿堆积起来进行氧化焙烧, 称为堆烧法, 而对碎的富铅矿则采用灶或窑来焙烧。
到19世纪末, 随着浮选技术的发展及普及, 才开始将富集的粉状铅精矿加入反射炉内进行粉末焙烧或烧结焙烧。
硫化铅精矿直接熔炼.
目前直接熔炼的方法都是在高氧势(相当于 lgpO2=-1～-2)下进行氧化熔炼，产出含硫 合格的粗铅，同时得到含铅高的炉渣，这 种渣含铅可能比鼓风炉渣高一个数量级， 含PbO达到40%～50%，因此必须再在低 氧势下还原，以提高铅的回收率。
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二、硫化铅精矿直接熔炼的基本原理和方法
直接炼铅的方法 闪速熔炼 熔池熔炼
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直接熔炼由于采用了氧气或富氧空气强化 冶金过程，烟气量少，其SO2浓度一般在 10%以上(相当于p SO2 ≥104Pa)。在“直接 熔炼”区域，只要控制较低的氧势(lgpO2<1)，即使在pSO2=105～103Pa条件下，PbS 直接氧化仍可产出含S<0.3%的粗铅。
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直接炼铅在pSO2=104Pa下进行，如果控制 pO2=10-5～10-4Pa的低氧势，产出的炉渣 αPbO<0.1，这说明渣含铅达到较低的水平(～ 5%Pb)，但是得到的粗铅含S将大于1%，需要进 一步吹炼脱硫。如果要将渣含铅降到鼓风炉还原 熔炼的水平(Pb<3%)，则直接熔炼的炉渣放出口 处的炉内氧势也应控制到鼓风炉还原熔炼水平 (lgpO2<-5)。由此可见，硫化铅精矿直接熔炼要 同时获得含硫低的粗铅和含铅低的炉渣是有困难 的。
直接熔炼的特点： 利用工业氧气 采用强化冶金过程的现代冶金设备 金属硫化物受控氧化熔炼 PbS+O2=Pb+SO2
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PbS氧化生成金属铅有两种主要途径： 一是PbS直接氧化生成金属铅，较多发生在冶金 反应器的炉膛空间内； 二是PbS与PbO发生交互反应生成金属铅，较多 发生在反应器熔池中。 为使氧化熔炼过程尽可能脱除硫(包括溶解在金 属铅中的硫)，有更多的PbO生成是不可避免的， 在操作上合理控制氧/料比就成为直接熔炼的关 键。
铅冶炼工艺流程
铅冶炼工艺流程
1.熔炼
熔炼是将物料熔融成液体，再经冷却凝固制成金属。
铅冶炼过程的基本原理是：在高温（1000℃以上）还原剂（氧气）存
在下，铅被还原成金属铅，其他杂质如铁、铜、锌等金属在渣中生成，最后用熔炼法把铅提炼出来。
2.还原
还原是利用燃料燃烧产生的高温使矿石中的铅和硫生成硫酸铅或硫化铅盐，再将其熔化成液态进行提炼。
炼铅的主要原料是铅矿石。
在炼铅过程中，由于原料中的氧含量不同，产生的反应也不相同。
当矿石中含氧量高时，可采用富氧熔炼；当矿石含氧量低时，采用无氧熔炼。
3.精炼
精炼是在一定温度下，利用机械外力和化学反应原理将矿石中的杂质去除，以得到纯度较高的金属和其它有价元素。
冶炼时一般采用在高温、高压和剧烈氧化还原条件下进行。
4.熔铸
熔铸是将精炼后的铅锭或铅块制成各种金属产品的工艺过程。
冶炼时，将原料矿石或铜精矿在熔化炉中加热至合适温度（约
— 1 —
1100℃），将还原剂（氧气）送入炉内进行熔炼，使原矿中的金属成分被氧化成熔融态后形成铅锭或铅块。
— 2 —。
2硫化铅精矿的烧结焙烧
2硫化铅精矿的烧结焙烧硫化铅精矿的粒度小，大都小于200目(0.074mm)，其中除PbS外，还含有其他的金属硫化物和脉石。
在鼓风炉还原熔炼条件下，精矿中的PbS是不能被还原产出金属铅的，所以应预先进行氧化焙烧，使PbS变为PbO。
此外，精矿原料这种细粒物料进鼓风炉处理时，容易被鼓风吹出炉外，或者将炉料中的空隙堵死，使炉料透气性变坏，风难鼓入，熔炼过程难以进行。
所以硫化铅精矿的烧结焙烧是在有大量空气参与下的强氧化过程，其目的是：①氧化脱硫，使金属硫化物变成氧化物，以便被碳还原，而硫以SO2逸出，以便制酸；②在高温下将粉料烧结成块，以适应鼓风熔炼作业的要求。
2.1硫化铅精矿的烧结焙烧2.1.1烧结焙烧的脱硫率确定烧结块中残硫多少的原则是按精矿中铜、锌含量来加以控制。
如果铅精矿含Zn高，则焙烧时应尽量把硫除净，使Zn全部变为ZnO，这样可减少ZnS对还原熔炼时的危害。
如果精矿含铜较多(如Cu>l%)，便希望焙烧时残余一部分硫在烧结块中，使铜在熔炼时以Cu2S形态进入铅，从而提高铜的回收率。
如果烧结块中残硫不够，则在还原熔炼时大部分铜会被还原为金属铜而入粗铅，少量以硅酸铜和亚铁酸铜形态进入炉渣，前者会导致鼓风炉操作上的困难，后者增加了铜的渣损失。
实践证明，当铅锍中含Cu10%～15%时，铜在铅锍中的回收率可达80%~90%。
如果精矿中含Cu、Zn都高，残硫问题只能根据各厂的具体情况而定。
有的工厂首先进行“死焙烧”，使铜和锌的硫化物都变成氧化物，而在鼓风炉熔炼时加入黄铁矿作硫化剂，将铜的氧化物再硫化成为Cu2S，使之进入铅锍，而锌以ZnO形态进入炉渣。
国内铅厂对含Cu、Zn都较高的精矿一般不造铅锍，而是采用“死焙烧”。
这样既免除ZnS的危害，又减少造锍的麻烦和锍处理的费用，同时铅的直收率也得到提高。
我国炼铅厂实践证明，粗铅含Cu2.5%左右时，操作中没有多大困难。
如某厂处理含锌和铜都比较高的精矿时，鼓风炉产出粗铅含Cu达3.5%～4.5%，只要采用高焦高钙炉渣进行熔炼，并维持较高的炉缸温度，操作无多大困难，但铜在粗铅中的回收率为70%～75%。
14碱法炼铅
1
—铅冶金—
二、铅精矿加碱熔炼
铅精矿配入苏打和碎炭（煤或焦炭），也 铅精矿配入苏打和碎炭（煤或焦炭），也 ）， 可以配加铁屑，经制团或制粒后， 可以配加铁屑，经制团或制粒后，在反射炉或 电炉中熔炼获得粗铅和渣冰铜，其反应为： 电炉中熔炼获得粗铅和渣冰铜，其反应为： 2PbS + 2Na2CO3 + C = 2Pb + 2Na2S + 3CO2 PbS + Na2CO3 + C = Pb + Na2S + CO+ CO2 PbS + Na2CO3 + CO = Pb + Na2S + 2CO2 熔炼温度1000~11H 在燃烧炉中处理可得元素硫 反应生成的 2S在燃烧炉中处理可得元素硫 或二氧化硫： 或二氧化硫： 2H2S + SO2 = 2H2O + 3/2S2 2H2S + O2 = 2H2O + S2 硫化氢是有毒气体，反应是加入 硫化氢是有毒气体，反应是加入MnO2可消除 H2S的产生： 的产生： 的产生 Na2S + MnO2 + H2O = 2NaOH + MnO + So Na2S + MnO2 + CO2 = Na2CO3 + MnO + So 热碳酸化在80℃下进行， 热碳酸化在 ℃下进行，用于碳酸化的烟气含 7~8% CO2，过程时间 过程时间1~3.75h。 。
6
—铅冶金—
浸出液还富集了64%的砷和 的砷和96.7%的钼，浸 的钼， 浸出液还富集了 的砷和 的钼 出渣富集99.8%的铜和 的铜和98.9%的锌，送去回收 、 的锌， 出渣富集 的铜和 的锌 送去回收Cu、 Zn、Sb等有价金属和硫。溶液送碳酸化。 、 等有价金属和硫 溶液送碳酸化。 等有价金属和硫。 热水浸出不可能使Na 都转变为 都转变为NaOH，所以 热水浸出不可能使 2S都转变为 ， 溶液须经碳酸化处理。碳酸化分为两个阶段， 溶液须经碳酸化处理。碳酸化分为两个阶段， 即先热碳酸化，后冷碳酸化。 即先热碳酸化，后冷碳酸化。热碳酸化的目的 是使不能返回使用的Na ， 是使不能返回使用的 2S，再生为可返回使用 并使硫得到利用： 的Na2CO3，并使硫得到利用： Na2S + CO2 + H2O = Na2CO3 + H2S
Pb快速熔炼技术研究
Pb快速熔炼技术研究本文作者：尹飞王成彦王忠郜伟李强作者单位：北京矿冶研究总院１硫化铅精矿直接熔炼的基本原理２０世纪５０年代以来，人们一直在寻求焙烧与熔炼相结合、熔炼强度高、过程连续直接炼铅方法［１－３］。
根据对Ｐｂ－Ｓ－Ｏ系化学势图的研究结果，可以获得成分稳定的金属铅的操作条件，但是，熔池直接炼铅只能产出高硫铅或者高铅渣；要获得含硫低的粗铅，就必须对含铅高的直接熔炼炉渣进行还原处理。
ＰｂＳ氧化生成金属铅有两种主要途径：一是ＰｂＳ直接氧化，二是ＰｂＳ与ＰｂＯ发生交互反应。
为使氧化熔炼过程尽可能多地脱除硫（包括溶解在金属铅中的硫），不可避免地会生成更多的ＰｂＯ，在操作上合理控制氧料比就成为直接熔炼的关键。
理论上，可借助Ｐｂ－Ｓ－Ｏ系硫势－氧势图进行讨论。
图１给出了直接炼铅在平衡相图中的位置，如斜阴影线区所示。
熔池熔炼由于采用了工业纯氧或富氧空气强化冶金过程，烟气量少，ＳＯ２浓度一般在１０％以上（相当于ＰＳＯ２≥１０４Ｐａ）。
在“熔池直接炼铅”区域，只要控制较低的氧势（１ｇＰｏ２＜－１），即使在ＰＳＯ２＝１０５～１０３Ｐａ的条件下，ＰｂＳ直接氧化仍可产出含硫＜０．３％的粗铅。
用活度ａＰｂＯ表示ＰｂＯ在熔渣中的有效浓度，ａＰｂＯ＝０．１相当于炉渣含７％～８％Ｐｂ。
ａＰｂＯ数值越大，意味着炉渣中ＰｂＯ浓度越大。
在熔炼体系中，ＰｂＯ不能溶入Ｐｂ－ＰｂＳ相，只能形成ＰｂＯ－Ｐｂ－ＳｉＯ３炉渣相。
随着气相－金属铅（Ｐｂ－ＰｂＳ）相－炉渣三相体系中氧势的增大，ａＰｂＯ值可增至１。
ＳＯ２分压在熔池直接炼铅中一般为～１０４Ｐａ，如果将氧分压控制在１０－５～１０－４Ｐａ的低氧势条件下，产出炉渣的ａＰｂＯ＜０．１，相当于渣含铅～５％，此时粗铅含硫将大于１％。
如果将渣含铅降到鼓风炉还原熔炼的水平（Ｐｂ＜３％），则炉渣放出口处的炉内氧势也必须控制到１ｇＰｏ２＜－５。
因此，硫化铅精矿熔池直接熔炼要同时获得含硫低的粗铅和含铅低的炉渣是有困难的［２－３］。
第四章 硫化矿的直接熔炼
4.2.2 基夫赛特(Kivcet)法
(1) 基夫赛特法炼铅的工业过程
图4-8 Kivcet反应塔与焦滤层的断面示意图
4.1 直接得到金属的冶炼方法
4.1.2 利用氧化反应获得金属的方法
根据热力学研究，图3-13说明硫化物不经 过氧化物(焙砂、烧结块)阶段直接产出金属的 可能性，铜锍的吹炼是一例，已经工业应用的 铅的直接熔炼是另一例。 在处理高品位方铅矿时，先将一部分PbS氧 化成PbO和PbSO4，然后与未反应的PbS发生交 互反应而生成铅： PbS+2PbO=Pb+SO2 PbS+PbSO4ห้องสมุดไป่ตู้2Pb+2SO2 直接熔炼的研究认为PbS的氧化未必非得通过部 分硫化物氧化和相继发生交互反应： PbS+O2=Pb+SO2 同样，辉锑矿和辉铋矿也可以通过反应熔炼得 到金属。 缺点：因硫化物蒸气压大，金属挥发损失和 氧化物入渣损失都大。
4.2.3 氧气底吹熔池熔炼(QSL法)
氧气底吹炼铅(QSL法)是利用熔池熔炼的原理和浸没底吹氧气的 强烈搅拌，使硫化物精矿、含铅二次物料与溶剂等原料在反应器 (熔炼炉)的熔池中充分混合、迅速熔化和氧化，生成粗铅、炉渣和 SO2烟气。 氧气底吹炼铅的特点是氧利用率高(100%)，硫的利用率高 (>97.5%)，烟气含SO2浓度高(8-18%)，炉子操作方便，劳动条件好 以及成本低。 20世纪80年代初，在德国Duisburg铅锌厂建成处理量为10t/h的示 范工厂，并进行工业试验，90年代以来，先后在德国Stolberg冶炼 厂、我国西北冶炼厂和韩国Onasn冶炼厂用QSL炼铅工艺建厂并投 入运转。 QSL反应器是该法炼铅的核心设备(图4-11)。反应器主要由氧化 区与还原区组成，用隔墙隔开，在氧化段熔池下安装有氧气喷枪。
铅烧结矿的鼓风炉还原熔炼
第 三 节 铅烧结矿的鼓风炉还原熔炼
概述 烧结焙烧得到的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。 鼓风炉熔炼的主要过程有：碳质燃料的燃烧过程、金属氧化物的还原过程、脉石氧化物（含氧化锌）的造渣过程，有的还发生造锍、造黄渣过程，最后是上述熔体产物的沉淀分离过程。
从上面计算可以看出，当采用强还原气氛时，有利于降低渣含铅。但是，强还原气氛除在热的利用上不经济以外，还受到铁的还原反应的制约： FeO(液) + CO = Fe (液) + CO2 在铅冶炼中，铅铁是完全不互溶的，所以金属铅几乎不含铁。为使有足够的还原气氛以降低渣含铅，局部的很少量的铁还原是很难避免的，对熔炼过程无多大妨碍。但当还原气氛强时，则固体铁作为独立相析出，从而影响熔炼的顺利进行。
此反应式为吸热反应，故此带温度降至1200－1300度。
炉缸区
包括风口以下至炉缸底部，其温度上部为1200 ～ 1300℃，下部为1000～1100℃，深度为0.8 ～ 1.3米。过热后的各种熔融液体，流入炉缸按比重分层。由于铅的比重（约10.5）最大，故沉于缸底；其上层为砷冰铜（比重6 ～ 7）；再上层为铅冰铜（比重4.1 ～ 5.5），最上层为炉渣（比重3.3 ～ 3.6）。
SiO2-FeO-CaO三元系炉渣
在有色金属硫化精矿原料中，杂质金属含量较多的是铁。精矿中的硫化铁经氧化脱硫和高价氧化铁还原形成相对稳定的低价铁氧化物—氧化亚铁（FeO）进入炉渣，成为炉渣的主要组成之一。 FeO是一种碱性氧化物，熔点1370℃，它与酸性氧化物—二氧化硅（SiO2，熔点1713 ℃ ）结合形成稳定的的铁硅酸盐，如铁橄榄石（2FeO· SiO2），熔点1205 ℃，因此火法炼铅一般都添加石英石作熔剂，以补充铅精矿原料中SiO2成分的不足。
铅锌熔炼法
一,冶炼方法: 炼铅原料主要为硫化铅精矿和少量块矿.铅的冶炼方法有火法和湿法两种,目前世界上以火法为主,湿法炼铅尚处于试验研究阶段.火法炼铅基本上采用烧结焙烧——鼓风炉熔炼流程,占铅总产量的85—90%;其次为反应熔炼法,其设备可用膛式炉,短窑,电炉或旋涡炉;沉淀熔炼很少采用.铅的精炼主要采用火法精炼,其次为电解精炼,但我国由于习惯原因未广泛采用电解法. 炼锌的原料主要是硫化锌精矿和少量氧化锌产品.火法炼锌采用竖罐蒸馏,平罐蒸馏或电炉;湿法炼锌在近20年以来得到迅速发展,现时锌总产量的70—80%为湿法所生产.火法炼锌所得粗锌采用蒸馏法精炼或直接应用;而湿法炼锌所得电解锌,质量较高,无需精炼. 对难于分选的硫化铅锌混合精矿,一般采用同时产出铅和锌的密闭鼓风炉熔炼法处理. 对于极难分选的氧化铅锌混合矿,经长期研究形成了我国独特的处理方法,即用氧化铅锌混合矿原矿或其富集产物,经烧结或制团后在鼓风炉熔化,以便获得粗铅和含铅锌的熔融炉渣,炉渣进一步在烟化炉烟化,得到氧化锌产物,并用湿法炼锌得到电解锌.此外,也可以用回转窑直接烟化获得氧化锌产物. 二,精矿杂质对铅锌冶炼的影响: 1.铅精矿中的杂质: 铜:在精矿中呈含铜硫化物存在.在烧结焙烧温度下,反应为氧化铜,熔炼时还原为金属铜,进入粗铅,如粗铅含铜高(>2%)时,则需造冰铜,对铜进行回收,否则,熔炼时,铅,渣分离困难,且易堵塞虹吸道,造成处理困难,影响工人健康和铅的挥发损失大.铅产品中合铜量较高时易使铅变硬.故要求铅精矿中含铜量<3%,混合精矿含铜<1%. 锌:在铅精矿中以硫化锌状态存在,焙烧时变成ZnO.在熔炼过程中不起化学变化,大部分进入炉渣,增加炉渣粘度,缩小铅液与炉渣比重差,而使二者分离困难,影响铅的回收率.部分ZnO可能凝结在炉壁上形成炉结,使操作困难.原料中含锌高时,会造成高铁炉渣,增加铅在渣中的损失.锌易使铅金属变硬不能压成薄片,并促使硫酸对铅的腐蚀性.因此要求铅精矿含锌不大于10%. 砷:在精矿中以毒砂(FeAsS)及雄黄(As2S3)的状态存在,熔炼时,部分还原成As2O3而挥发进入烟气,形成极有害的大气环境污染.部分As进入粗铅和炉渣;粗铅中含As高时,需采用碱性精炼法除As,产出的浮渣中所含的Na3AsO4极易溶于水而污染水源,致使人畜中毒.砷易与铅形成合金,使铅硬化,故要求铅精矿中含砷不大于0.6%. 氧化镁(MgO):熔点2800℃,增加炉渣熔点,且易使铁的氧化物在渣中溶解度降低,炉渣变粘,一般含MgO达3.5%,则故障频繁,因此希望铅精矿含MgO不大于2%. 氧化铝(Al2O3):熔点2050℃,使炉渣熔点增高,粘度增大,特别是与ZnO结合成锌尖晶石(ZnO·Al2O3),在鼓风炉中系不熔物质,使炉渣熔点与粘度显著升高,故要求精矿中Al2O3不大于4%. 2.锌精矿的杂质: 铜:在精矿中常呈铜的硫化物状态存在,焙烧时,主要形成不同形式的氧化亚铜,残余的硫化铜易形成冰铜,降低炉料的熔点.湿法炼锌时,溶液中的Cu++腐蚀管道,阀门,在竖罐蒸馏时,往往有少量进入粗锌,影响商品锌质量.因此要求锌精矿含Cu不大于2%. 铅:锌精矿中含硫化铅较高时,形成易熔的铅硫,铅硫首先促使结块甚至使焙烧料熔化,阻止硫的脱除.氧化铅易与许多金属氧化物形成低熔点共晶,在800℃时开始熔化,引起炉料在沸腾炉和烟道中结块.湿法炼铅中,焙砂浸出时,转化为硫酸铅,消耗硫酸.火法炼铅中,铅的氧化物在蒸馏罐中还原所得的铅,部分气化,冷凝成为锌锭中的杂质,影响商品锌质量,焙烧矿中硫酸铅在蒸馏罐中被还原为硫化铅,与其它金属硫化物可形成冰铜,造成罐壁的腐蚀.因此要求锌精矿中含铅不大于3%. 铁:铁在锌精矿中呈铁闪锌矿存在时,焙烧时形成铁酸锌.在湿法炼锌过程中,铁酸锌用稀酸浸出不溶解,影响锌的浸出率,增加浸出渣的处理费.精矿中游离的FeS焙烧时转化为Fe2O3,硫酸浸出时呈FeSO4进入溶液,在氧化中和时,生成絮状Fe(OH)3,影响浓密机澄清速度.在火法竖罐蒸馏时,焙烧矿中的Fe2O3还原成FeO与金属铁,其中金属铁在竖罐中形成积铁,影响竖罐温度升高,使锌蒸发不充分,致使渣中含锌高;矿石中存在SiO2时,易与FeO形成硅酸盐侵蚀罐壁;当粗锌进入蒸馏塔时,粗锌含铁量直接影响塔的寿命.因此。
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硫化铅精矿熔炼的方法和原理铅冶炼就是将铅金属从矿石、精矿或二次铅料中提炼出来, 生产铅的方法可以分为火法冶炼和湿法冶炼。
目前, 炼铅几乎采用的全是火法, 湿法炼铅虽已进行长期试验研究, 有的已进行了半工业试验规模, 但仍未工业应用。
火法炼铅普遍采用传统的烧结焙烧-鼓风炉熔炼流程, 该工艺占世界产铅量65%左右, 铅锌密闭鼓风炉生产的铅约为5%, 其余约30%是从精矿直接熔炼得到。
直接熔炼的老方法有沉淀熔炼和反应熔炼。
沉淀熔炼是用铁作还原剂, 在一定温度下使硫化铅发生沉淀反应, 即PbS+FePb+FeS, 从而得到金属铅。
反应熔炼是将一部分PbS氧化成PbO或PbSO4, 然后使之与未反应的PbS发生相互作用而生成金属铅, 主要反应为PbS+2PbO3Pb+SO2或PbSO4+PbS2Pb+2SO2。
这两种炼铅方法金属回收率低、产量小、劳动条件恶劣, 现在大型炼铅厂已不采用。
20世纪80年代以来开始工业应用的直接炼铅方法主要是氧气闪速电热熔炼基夫塞特法和氧气底吹熔池熔炼QSL法, 它们将传统的烧结焙烧-还原熔炼的两个火法过程合并在一个装置内完成, 提高了硫化矿原料中硫和热的利用率, 简化了工艺流程, 同时改善了环境。
其他的熔炼方法如富氧顶吹、富氧底吹熔炼法均可以达到简化流程、改善环境的目的。
2.1 熔炼的传统方法2.1.1 烧结焙烧-鼓风炉熔炼法烧结焙烧-鼓风炉熔炼法属传统炼铅工艺, 铅冶炼厂大部分都采用这一传统工艺流程, 此法即硫化铅经烧结焙烧后得到烧结块, 然后在鼓风炉中进行还原熔炼产出粗铅。
图2-1为该方法的工艺流程图。
图2-1 烧结焙烧-鼓风炉熔炼工艺流程图2.1.1.1 硫化铅精矿焙烧-鼓风炉熔炼法概述最早的硫化铅矿焙烧方法是将块矿堆积起来进行氧化焙烧, 称为堆烧法, 而对碎的富铅矿则采用灶或窑来焙烧。
到19世纪末, 随着浮选技术的发展及普及, 才开始将富集的粉状铅精矿加入反射炉内进行粉末焙烧或烧结焙烧。
但该法存在产量低、燃料消耗大、劳动条件差等一系列缺点。
直至20世纪初, 又出现了在烧结锅内进行鼓风烧结焙烧的方法, 它克服了以前各种烧结法的缺点, 产出坚硬多孔的烧结块, 适于鼓风炉熔炼, 但因生产过程是间断性的, 机械化程度低, 劳动条件恶劣等严重缺陷而发展到采用烧结盘进行烧结焙烧。
而烧结盘存在占地面积大、产量低的缺点, 不久便被直线型(又名带式)吸风烧结机所代替。
带式吸风烧结克服了烧结锅鼓风烧结的一些缺点, 使烧结过程连续化, 操作机械化, 大大提高了处理能力。
但吸风烧结存在着吸风箱经常堵塞, 低浓度SO2烟气难以利用, 烧结炉料品位无法提高以及机件容易损坏等缺陷, 至20世纪50年代后期, 鼓风烧结技术的试验成功和应用, 弥补了吸风烧结的不足, 再加上鼓风返烟烧结技术的发展, 得到了世界各国的普遍采用。
烧结焙烧-鼓风炉熔炼法虽然工艺稳定、可靠, 对原料适应性强, 经济效益尚好, 但该工艺致命的缺点是烧结烟气SO2浓度低, 采用常规制酸工艺难以实现SO2的清洁利用, 严重污染环境。
此外, 烧结过程中产生的热能量不能得到充分利用, 烧结块破碎、筛分时工艺流程长, 物料量大, 扬尘点分散, 造成劳动作业条件恶劣。
为克服此法的缺点, 一是采用了非稳态制酸法解决SO2的制酸和污染环境问题; 二是采用新的炼铅生产工艺。
20世纪80年代以来, 新的直接炼铅工艺引起了广泛兴趣, 近年已在工业上得到完善和发展。
随着国家政策的改变, 此法有被硫化铅精矿直接炼铅法取代的趋势。
2.1.1.2 基本原理(1) 硫化铅精矿烧结焙烧的目的硫化铅精矿的烧结焙烧, 是在大量空气参与下的强氧化过程。
其目的: 一是氧化脱硫, 使金属硫化物变成氧化物以适应于还原熔炼; 二是将粉状物料烧结成块; 三是使精矿中的硫呈SO2以便制取硫酸; 四是脱除部分砷、锑, 避免熔炼时产生大量砷铜锍, 而增加铅及贵金属的损失; 五是使易挥发的伴生稀散金属如铊集中于烟尘中, 以利于综合回收。
(2) 烧结焙烧-鼓风炉熔炼法的基本原理铅精矿烧结焙烧的基本原理是: 将制备好的炉料(即混合料)装入烧结设备中, 鼓入或吸入大量空气的条件下, 点火加热到800~950℃, 则炉料中的硫化物发生氧化, 生成金属氧化物和二氧化硫, 各种金属氧化物相互反应, 形成各种盐类。
其中铅的硅酸盐和亚铁酸盐熔点较低, 在烧结过程中起黏结剂作用, 将粉状炉料黏结成坚实的大块, 即烧结块。
过程中主要氧化反应可用下式表示:一般过程中氧化反应释放的热量足够使焙烧过程的一切反应继续进行, 不需加其他燃料。
(3) 影响烧结的几个因素在烧结焙烧-鼓风炉熔炼法生产过程中, 主要有以下几个方面的因素对烧结焙烧有较大影响。
1)金属硫化物的着火温度。
在某一温度下, 硫化物氧化放出的热能使氧化过程自发地扩展到全部物料, 并使反应加速进行, 此温度叫着火温度。
几种硫化物的着火温度如表2-1所示。
表2-1 几种硫化物的着火温度2)金属硫化物的氧化过程。
金属硫化物的烧结焙烧是典型的气-固相反应, 气相(空气中的氧)向固相(硫化物)表面不断扩散, 而反应后的气体产物二氧化硫和微量三氧化硫迅速从固相金属氧化物表面逸出, 所以炉料的透气性和物理化学性质以及着火温度等, 对烧结焙烧过程进行的好坏具有决定性意义。
(4) 铅烧结块鼓风炉还原目的及原理铅鼓风炉还原熔炼的主要目的是将烧结块中的铅尽可能还原出来, 使炉料中的贵金属尽量富集于粗铅中, 造渣成分形成适当的炉渣, 杂质尽量富集于渣中。
烧结块鼓风炉还原的基本原理是: 将烧结块、焦炭和辅料加入到鼓风炉中, 鼓入大量空气形成一定的温度和还原性气氛, 将熔体中的铅氧化物还原, 形成粗铅。
未被还原的杂质与脉石进行造渣与粗铅分离。
过程中主要还原反应可用下式表示:2.1.2 铅锌密闭鼓风炉熔炼法2.1.2.1 铅锌密闭鼓风炉熔炼法概述铅锌密闭鼓风炉熔炼法是火法炼铅锌的一项重大技术成就。
最初, 人们认为从含锌十分低的炉气中冷凝锌是不可能的, 因而曾试图从炉底产出液体锌。
在大的压力下使氧化锌直接还原成液体锌在热力学理论上是可行的, 但同时精矿中所有的铁也会被还原, 得到的是一种锌铁合金而不是单纯的金属锌, 实际的结果是炉子会在短时间内因炉缸积铁而导致停炉。
炼锌鼓风炉在大的压力下进行操作以防止锌挥发的各种努力都没有成功。
直到1939年, 在英国阿旺茅斯建立了一座0.72 m2的试验炉, 用铅雨冷凝器从低锌蒸气浓度和高CO2含量的炉气中获得液体金属锌, 从而为密闭鼓风炉炼铅锌奠定了生产基础。
密闭鼓风炉炼铅锌有许多优点: 一是对原料的适应性强, 适合处理难选的铅锌混合矿, 简化了选冶工艺流程, 从而得到较高的金属回收率; 二是该法以一个系统代替了一般炼铅、锌的两种独立系统, 简化了冶金工艺流程, 建厂占地面积小, 设备台数减少, 投资相对较小; 三是铅在并不额外消耗焦炭的条件下得到, 因此生产每一吨金属消耗的燃料和生产成本比其他的冶炼方法相对要低; 四是密闭鼓风炉炼铅锌为直接加热, 因此冶炼设备能力不受限制, 可在生产能力较大的设备内进行规模生产, 有利于实现机械化和自动化, 提高劳动生产率; 五是废热利用好, 鼓风炉煤气经洗涤升压后, 热风炉预热空气、用于焦炭预热器预热冶金焦, 还可用于发电。
密闭鼓风炉炼铅锌也有不足之处: 一是需要消耗数量多、质量好的冶金焦; 二是该法对技术条件的要求比较高, 需要热焦、热风, 对烧结块物理、化学规格要求很严格, 尤其是对烧结块的残硫要求低于1%, 致使烧结过程控制复杂。
目前, 世界上有10多个国家采用密闭鼓风炉炼铅锌技术。
我国从20世纪70年代中期第一座铅锌密闭鼓风炉投产以来, 至今投产的铅锌密闭鼓风炉已有5座, 鼓风炉炉身面积也由17.2 m2(年产5万t粗铅锌)发展到约20 m2(年产10万t粗铅锌)。
密闭鼓风炉炼铅锌技术在我国得到长足发展, 尤其是作为密闭鼓风炉炼铅锌技术的核心——铅锌密闭鼓风炉, 在结构合理性、技术参数优化等方面都有不断地改进和完善。
2.1.2.2 密闭鼓风炉的熔炼原理烧结块中的锌, 绝大部分以是氧化锌ZnO、硅酸锌(ZnO·SiO2)、铁酸锌(ZnO·Fe2O3)的形态存在。
烧结块中的铅, 绝大部分成氧化铅(PbO)、硅酸铅(PbO·SiO2)、铁酸铅(PbO·Fe2O3), 还有少量金属铅、硫酸铅。
根据烧结块在炉内的反应, 可以将炉子大致分为下面几个区域。
(1)预热带烧结块从炉顶加入密闭鼓风炉内, 烧结块的温度约400℃, 首先进入炉料预热带, 在此区域烧结块从炉气中吸收热量而被迅速加热到1000℃, 从料面逸出的炉气温度被降低到800~900℃。
在这种温度变化范围内, 炉气中的锌部分被再氧化放出热量, 烧结块中的PbO开始被还原。
预热炉料的热主要来自炉子的显热和锌蒸气再氧化时放出的热及PbO还原放出的热。
(2)再氧化带烧结块继续往下进入再氧化带, 在此带炉气与炉料的温度处于相等的状态。
这一区域发生的反应有: 一是碳的气化反应即C+CO22CO, 反应时从炉气中吸收热量; 二是炉气中锌蒸气的逆向进行而被氧化放出热量, 生成的氧化锌随固体炉料下降至高温区时, 需要消耗焦炭的燃烧热来还原挥发(ZnO+COZn+CO2), 所以这部分锌的氧化与还原只起着热量的传递作用。
因此这一带的炉气与炉料的温度几乎保持不变, 维持在1000℃左右。
在此带PbO大量被还原, PbS与锌蒸气发生反应生成ZnS(PbS+ZnPb+ZnS), ZnS在这段温度下是最稳定的。
产生的ZnS固体, 部分沉积在炉壁上助长炉身炉结的形成, 部分随固体炉料下降至高温带。
(3)还原带还原带的温度在1000~1250℃, ZnO大量在这一区域与CO反应被还原, 与炉气中的CO、 CO2保持平衡, 炉气中的锌浓度达到最大值; 另外随炉气上升的CO2少部分被固体碳还原。
这两个反应均为吸热反应, 主要靠炉气的显热来供给。
ZnO 在这一区域以固体状态还原的越多越好, 因为通过此区域的炉料将熔化造渣, ZnO会溶于渣中, 而渣中的ZnO活度数值小, 还原变得更加困难, 致使渣含锌增加。
为了使ZnO在这一区域尽量以固体状态被还原, 要求渣的熔点高, 易熔炉渣会很快地熔化通过高温带, 致使ZnO不能完全从渣中还原出来。
这就是密闭鼓风炉造高熔点渣的原因。
(4)炉渣熔化带这一区域温度在1250℃以上, 进行着溶于渣中的ZnO的还原、炉渣的熔化和焦炭的燃烧。
约60%的ZnO在这一区域还原蒸发。
ZnO的还原和炉渣的熔化均需消耗大量的热量, 这些热量靠焦炭燃烧和热空气来供给。
焦炭在风口区的大量燃烧可在此熔化带造成1400℃以上的温度来保证炉渣的熔化与过热。