粗铅的火法精炼

第十一章粗铅的火法精炼

11.1 概述

生产的粗铅中一般含有1-4%的杂质成份，如金、银、铜、铋、砷、铁、锡、锑、硫等，见表11-1：

表11-1 粗铅的化学成份（%）

粗铅需经过精炼才能广泛使用。精炼目的：一是除去杂质。由于铅含有上述杂质，影响了铅的性质，使铅的硬度增加，韧性降低，对某些试剂的抗蚀性能减弱，使之不适于工业应用。用这样的粗铅去制造铅白、铅丹时，也不能得到纯净的产品，因而降低了铅的使用价值。所以，要通过精炼，提高铅的纯度。二是回收贵金属，尤其是银。粗铅中所含贵金属价值有时会超过铅的价值，在电解过程中金银等贵金属富集于阳极泥中。

粗铅精炼的方法有两类，第一类为火法精炼，第二类为先用火法除去铜与锡后，再铸成阳极板进行电解精炼。目前世界上火法精炼的生产能力约占80%。采用电解精炼的国家主要有中国、日本、加拿大等国。我国大多数企业粗铅的处理均采用电解法精炼。

粗铅火法精炼的优点是设备简单、投资少、生产周期短、占地面积小、生产成本较低。含铋和贵金属少的粗铅易于采用火法精炼。火法精炼的缺点是：铅直收率低、劳动条件差、工序繁杂，中间产品处理量大。

电解精炼的优点是能使铋及贵金属富集于阳极泥中，有利于综合回收，因此金属回收率高、劳动条件好，并产出纯度很高的精铅。其缺点是基建投资大，且电解精炼仍需要火法精炼除去铜锡等杂质。

我分厂采用的火法精炼只是初步精炼，其任务是将粗铅中的铜和砷、锑、锡除至一定程度，并调整锑含量，浇注成化学质量和物理规格均满足要求的阳极板，为电解精炼做好准备。

11.2 粗铅火法精炼的工艺流程和基本原理

11.2.1 粗铅火法精炼的工艺流程

基夫赛特炉产出的粗铅经排铅口排出，以熔融状态加入连续脱铜炉进行脱铜，脱铜后粗铅含铜0.07～0.08%，然后加入熔铅锅进一步脱铜精炼，除去粗铅中对电解有害的铜、锡等杂质，调整锑含量，达到符合电解精炼要求的合格粗铅。工艺流程图见图11-1

图11-1 粗铅火法精炼的工艺流程图\

11.2.2 火法精炼的基本原理

11.2.2.1 熔析除铜

熔析除铜的基本原理是基于铜在铅液中的溶解度随着温度的下降而减少，当含铜高的铅液冷却时，铜便成固体结晶析出，由于其比重较铅小(约为9)，因而浮至铅液表面，以铜浮渣的形式除去。又铜在铅液中的溶解度随着温度的变化而变动，温度下降时，液体合金中的含铜量相应地减少，当温度降至共晶点(326℃)时，铜在铅中的含量为0.06%，这是熔析除铜的理论极限。

当粗铅中含砷锑较高时，由于铜对砷、锑的亲合力大，能生成难溶于铅的砷化铜和锑化铜，而与铜浮渣一道浮于铅液表面而与铅分离。实践证明，含砷、锑高的粗铅，经熔析除铜后，其含铜量可降至0.02～0.03%。粗铅中含砷、锑低时，用熔析除铜很难使铅液含铜降至0.06%。这是因为：

a、熔析作业温度通常在340℃以上，铜在铅液中的溶解度大于0.06%；

b、含铜熔析渣的上浮取决于铅液的粘度，铅液温度降低则粘度增大，铜渣细粒不易上浮。

在熔析过程中，几乎所有的铁、硫（呈铁、铜及铅的硫化物形态）以及难熔的镍、钴、铜、铁的砷化物及锑化物都被除去；同时贵金属的一部分也进入熔析渣。

熔析操作有两种方法：1.加热熔析法；2.冷却熔析法。二者熔析原理是相同的，前者是将粗铅锭在反射炉或熔析锅内用低温熔化，使铅与杂质分离；后者是将鼓风炉放出的铅水铅泵汲送到熔析设备，然后降低温度使杂质从铅水中分凝出来。

粗铅的连续脱铜是应用熔析除铜的原理。我厂作业在CDF炉内进行，此时，脱铜炉要有足够深的熔池和其他降温设施，以造成铅熔池自上而下有一定的温度梯度，铜及其化合物从熔池较冷的底层析出，上浮至高温的上层，被铅液中所含的硫化铅或特意加入的硫化剂（铅精矿或黄铁矿）所硫化，形成冰铜，其反应式如下：

Pbs(FeS)+2Cu=Cu2S+Pb(Fe)

因此，上部铅液的温度要求较高又要有足够的硫化剂，使上浮的铜不断被硫化，从而又促使底部的铜上浮。随着这两个过程的进行，底部铅中的铜就越来越少。除硫化剂外，配料时还配入铁屑、苏打。铁屑与硫化铅发生沉淀反应而降低冰铜中的含铅量，苏打在过程中进行如下反应：

4PbS+4Na2CO3=4Pb+3Na2S+Na2SO4+4CO2

从而降低了冰铜的熔点及含铅量。其余部分则形成砷酸盐，锑酸盐及锡酸盐进入炉渣。

粗铅脱铜程度取决于熔池底层的温度，铅在熔池的停留时间和粗铅中的砷锑含量等因素。产出的冰铜和炉渣从熔池上部放出，脱铜后的铅液从底部虹吸放出。

在一定意义上说，连续脱铜过程就是把浮渣反射炉处理铜质浮渣的过程于粗铅熔析除铜过程有机的结合起来，连续脱铜就是把浮渣反射炉置于除铜锅上的联合设备，在这里不断地实现铜的析出和硫化，使其形成冰铜，消除了中间产物—浮渣。

连续脱铜具有的优点是：

a、简化了流程，能在一个炉子内完成多种任务;

b、充分利用铅液的潜热，节约燃料；

c、减轻劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率，降低了生成成本；

d、便于实践机械化和自动化。

11.2.2.2 加硫除铜

1. 加硫除铜原理

理论基础：粗铅经熔析脱铜后，一般含铜仍在0.1%左右，不能满足电解要求，需再进行加硫除铜。在熔融粗铅中加入元素硫时，首先形成PbS，其反应如下：

2[Pb]+ 2S=2[PbS]

由于铜对硫的亲和力大于铅对硫的亲和力，所以硫化铅中的铅被铜置换，继而发生以下反应：

[PbS]+2[Cu]=[Pb]+Cu2S

Cu2S比铅的比重小，且在作业温度下不溶于铅水，因此，形成的固体硫化渣浮在铅液面上。最后铅液中残留的铜一般为0.001～0.002%。

加硫除铜的硫化剂一般采用硫磺。加入量按形成Cu2S时所需的硫计算，并过量20-30%。加硫作业温度对除铜程度有重大影响，铅液温度越低，除铜进行得越完全，一般工厂都是在330-340℃范围内。加完硫磺后，应迅速将铅液温度升至450-480℃，大约搅拌40分钟以后，待硫磺渣变得疏松，呈棕黑色时，表示反应到达终点，则停止搅拌进行捞渣，此种浮渣由于含铜低，只约2-3%，而铅高达95%，因此返回熔析过程。加硫除铜后铅含铜可降至0.001-0.002%，送去下一步电解精炼。

2.除铜精炼的工艺流程

除铜工艺流程如图11-2。

图11-2 除铜工艺流程

11.3 连续脱铜炉（CDF）本体结构