富铅渣的性质及其还原机理

富铅渣的性质及其还原机理

王吉坤1,赵宝军2,杨钢1,PeterHa yes 2

(11云南冶金集团总公司,云南昆明　650051;21昆士兰大学火法研究中心,澳大利亚布里斯本　4072)

摘要:选用实验室制备的不同PbO 含量的富铅渣,确定富铅渣的孔隙率和密度、软化温度、微观结构和相成分。在竖管炉中用石墨坩埚进行还原试验。研究结果表明,当温度低于900℃时,富铅渣与石墨之间没发生明显的反应。富铅渣与石墨之间的反应主要是通过液体形式进行。并对富铅渣相平衡进行热力学计算。

关键词:富铅渣;PbO;石墨;熔化温度

中图分类号:TF812 文献标识码:A 文章编号:1007-7545

(2004)06-0005-04

PropertiesandReductionMechanismofLead

-richSla gs

WANGJi-kun

1

,ZHAOBao-

jun 2,YANGGan g 1,HAYESPeter

2

(11YunnanMetallur gicalGrou p,Kunmin g650051,China;

21PyrometallurgyResearchCentre,Universit

yofQueensland,Brisbane,Qld4072,Australia

)

Abstract:Lead-richsla gscontainin gdifferentlevelofPbOconcentrationshavebeen preparedinlaborator y 1

Porosityanddensit y,softenin gtem perature,microstructureand phasecom positionsofthelead-richsla

gshave

beendetermined 1Reductionex perimentshavebeenconductedinaverticaltubefurnaceusin

g graphitecrucible 1

Theresultsshowthatnosi gnificantreactionoccursbetweenlead-richsla

gand graphiteattem

peraturesbelow

900℃1Thereactionbetweenlead-richsla

gand graphiteismainl

ythrou ghli quidformed 1Thermod ynamicof

phasee quilibriumofthissla ghasalsobeencalculated

1

Ke ywords:Lead-richsla

gs;PbO;Gra phite;Smeltin gtem perature 基金项目:云南省国际合作项目(2003GH04)

作者简介:王吉坤(1943-),男,云南楚雄人,教授级高级工程师,博士生导师

长期以来,我国各冶炼厂均采用烧结焙烧、鼓风炉还原熔炼工艺生产粗铅。该工艺虽然具有技术成熟可靠、铅直收率高等优点,但该熔炼工艺在硫化铅精矿烧结过程中产生大量的低浓度SO 2烟气,不仅造成硫资源的浪费,同时也污染了环境,早被国家列为限期淘汰的生产工艺。因此,采用新型、节能、环保的炼铅工艺对我国炼铅企业进行改造成为当务之急。

云南冶金集团总公司采用国外先进的顶吹沉没氧化熔炼技术,与富铅渣鼓风炉还原技术进行有机整合。既解决了由于烧结焙烧过程严重污染环境和

高能耗的问题,又避免了铅精矿“顶吹沉没熔炼”还原段存在的不足。

顶吹沉没熔炼得到的富铅渣作为一种含铅高、致密的块状物料,和烧结块有很大的差别。为有助于确定铅熔炼鼓风炉的优化工艺,有必要明了富铅渣鼓风炉还原的机理。为此,云南冶金集团总公司和澳大利亚昆士兰大学合作进行试验研究。

1　试验

111　渣样的选择和制备

选用工业化生产的富铅渣样品,成分(%):Pb

57132、Zn6149、SiO 27145、CaO4148、Fe8158、MgO 0178、Al 2O 3314、S015、Cu0139。Pb 、Zn 、SiO 2、CaO

和Fe 是富铅渣的主要成分。根据工业生产富铅渣的成分范围,选定3种渣进行还原研究,它们含有不同的PbO,但CaO/SiO 2、ZnO/Fe 2O 3和SiO 2/Fe 2O 3分别保持在016、017和016不变,与工业生产的富铅渣相同。这3个渣样是YM1(%):PbO6510、ZnO910、SiO 2810、CaO510、Fe 2O 31310,YM2(%):PbO5510、ZnO1116、SiO 21013、CaO614、Fe 2O 31617,YM3(%):PbO4510、ZnO1411、SiO 21216、CaO719、Fe 2O 32014。为确保试验具有很好重现

性,试验用合成渣样在空气环境下制备。112　软化温度测试

用竖管炉测试富铅渣的软化温度。炉子预热到650℃,将约30mm 高的渣样放在氧化铝板上,升至

炉子的高温区。将移位探测器轻缓地降至渣样的顶部。为留出渣样的膨胀和软化空间,位移计调在轴向移动的中部。以每

400℃/h 的速度逐渐升温。初期,渣样体积膨胀,然后稳定不动,最后位移计开始下沉。通过传感器,采用计算机系统在同一时间内完成温度和位移量的记录。113　还原试验

还原试验在一个内径为19mm 的氧化铝反应管中进行。

将坩埚由炉底送入反应管中。纯石墨制作的坩埚固定在一个平台上,平台是由热电偶氧化铝护套支撑着一个向上的氧化铝坩埚构成。渣的温度由一个Pt/Pt-13%Rh

型热电偶检测。用高纯氩气排

除反应管中的空气。将平台和石墨坩埚升到氧化铝管的高温区。按照需要,预先设定炉子的温度。当坩埚升至高温段时,停止吹气,并将反应系统密封。510g 渣样由炉顶加入坩埚。渣样一接触石墨坩埚,

便立即开始反应。渣与石墨发生反应所产生的CO/CO 2气体导入一个水容器压力装置,将水压入

另一容器以确保压力平衡。通过测量所排出水的重量,可测得反应中所产生的CO/CO 2气体量。在氩气环境下将渣和坩埚的温度降至室温,反应便停止。

然后将渣样固定在环氧树脂中,抛光后用光学和扫描电镜进行观察,鉴别各相组织。

用电子探针X-射线微量分析仪(EPMA )对渣的玻璃体和固态相组织的成分进行测定,采用15kV 加速电压和15nA 探测电流,EPMA 测量仪的平均精确度可达到±1%(质量)。

2　试验结果

211　富铅渣的特性

通过电镜观察富铅渣的微观结构,发现玻璃体、

尖晶石和黄长石是渣的主要相组织,此外,合成渣中还可观察到富铅相。用EPMA 测量仪测定成分,显示富铅相很可能是Pb 4SiO 6,在本文中以Pb 4SiO 6表示这类相。

采用水浸法测量渣的孔隙率和密度,结果见表1。

表1　渣的孔隙率和密度

Table1　The porosityanddensit yofthesla

g

YM1

YM2YM3

孔隙率/%19131215518实体密度/(g ・mL -1)

419418415真实密度/(g ・mL -1)

610

515

418

从表1可以看出,渣的孔隙率、实体密度和真实密度随渣中PbO 含量的减少而变小。

测定空气环境下渣的软化温度,YM1、YM2和YM3三种渣的软化温度范围是900～1000℃。随渣中PbO 含量的增加,初始软化温度稍趋降低(图1)。

图1　空气环境下渣的软化温度

Fig 11　Thesoftenin gtem peratureofsla ginair 212　富铅渣在石墨坩埚中发生还原反应时产生气体量的变化

渣样在石墨坩埚中分别进行800、900、1000、1100和1200℃的等温还原反应试验,每次试验的渣样为510g 。还原反应试验中所产生的气体量,按反应时间直接进行测量。在设定温度下,不同渣样随反应时间变化所产生气体量的对比图见图2。图2显示,在设定温度下,所有的渣样与石墨之间的反应率都是初始时较快,随反应进程的增加,反应率减慢。

800℃时,反应率的结果是YM1>YM2>