铅富氧闪速熔炼技术基础研究

１ 硫 化 铅 精 矿 直 接 熔 炼 的 基 本 原 理
２ Ｏ世 纪 ５ Ｏ年 代 以来 ， 们 一 直 在 寻 求 焙 烧 与 人
熔 炼 相 结 合 、 炼 强 度 高 、 程 连 续 直 接 炼 铅 方 熔 过 法 ｌ］ ＿ 。根 据对 Ｐ —Ｓ 】 。 ｂ —Ｏ系 化学 势 图 的研究 结 果 ，
・
１ ・ ２
有 色 金 属 （ 炼 部 分 ） ｈｔ ： ｙｙ． ｇｉ 冶 （ｔｐ／ ｓ１ｂ ｒ ／ ｍｍ． ｎ ｃ）
２ １ 年 ４期 ０２
２ 渣 型 选择
铅 渣 由各种 金 属 的硅 酸 盐 、 铁 酸盐 及 铝 酸 盐 亚 等组成 ； 外还 含 有 少 量金 属 硫 化 物 、 属及 气 体 。 此 金 ＳＯ 、 ｅ 和 Ｃ Ｏ 是铅 炉 渣 的主 要 成分 ， 对 其 它 ｉ Ｆ Ｏ ａ 相 有 色金属 炉 渣而 言 ， Ｃ Ｏ、 Ｚ Ｏ 含 量 又 是 铅 炉 高 ａ 高 ｎ
求。
目前 的熔 池 直 接 炼 铅 都 是 在 高 氧 势 （ｇＰ 。＝ １ ｏ ＝ ＝
…
１
２ 下进 行 ， 出含 硫 合格 的粗 铅 和 高 铅 渣 ， ） 产
３ 炉渣 的 黏 度要 小 而 适 度 。黏 度 小 ， 炉渣 与 ） 则
金 属 或锍 的分离 比较 完全 。酸性 渣 一般 比碱性 渣 的 黏度 大 ， 要 的 过 热 程 度 较 高 ， 此 能 耗 较 高 。 需 因
用活度 ａ。 表示 Ｐ Ｏ 在熔 渣 中 的有 效 浓 度 ， ｂ ａ 。 ． 相 当于 炉 渣 含 ７ ～ ８ Ｐ 。ａ 。 值 越 一０ １ ｂ 数 大 ， 味着 炉 渣 中 Ｐ Ｏ 浓 度 越 大 。在 熔 炼 体 系 中 ， 意 ｂ
Ｐ ｏ不 能 溶 入 Ｐ ｂ ｂ— Ｐ Ｓ 相 ， 能 形 成 Ｐ Ｏ— Ｐ — ｂ 只 ｂ ｂ
ａ ｉｃ ｓｔ ａ ｅ ｔ ｔ ｍｅ ｔｎ ｍ ａ ｄｓ ｎｄ ｖ ｓ ｏ ｉｙ ｃ ｎ ｍ ｅ ｈｅ ｓ ｌｉ ｇ ｄｅ ｎ ． Ｋｅ ｒ ｓ：ｌ ａ ｙ ｗｏ ｄ ｅ ｄ；ｏｘ ｇｅ ｅ ｉｈｅ ｌ ｓ ｍｅ ｔｎｇ；ｚ ｎ ｙ ｎ— ｎｒｃ ｄ ｆａ ｈ ｓ ｌｉ ｉ ｃ；ｓ ａ ｌ ｇ；ｍ ｅｔｎ ｉ ；ｖ ｓ ｏ ｉｙ；ｄｅ ｓｔ ｌｉ ｇ ｐｏ ｎｔ ｉｃ ｓ ｔ ｎ ｉｙ
高铅 渣含 Ｐ Ｏ 达 到 ２ ～ ５ ， 须 在 低 氧 势 下 ｂ ０ Ｏ 必
再 进 行还 原 。
铅 富 氧 闪速 熔 炼 则 突破 了 上述 限制 ， 互 为矛 将 盾 的 Ｐ Ｓ的氧化 和 Ｐ Ｏ 的 还原 这 两 个 反 应 分 步进 ｂ ｂ
Ａｌ 。 Ｆ 、 ｅＯ４ Ｚ Ｏ 和 Ｍｇ 会 使 黏 度 增 高 ， ２ 、 ｅｏ。 Ｆ 。 、 ｎ ｏ Ｏ 炉渣 中含有 大 量 的 ＳＯ ｉ 以及各 种金 属化 合物 时 ， 黏 度增 高 。而 Ｆ Ｏ、 ａ Ｍｎ 和 Ｂ Ｏ 会 使 黏 度 降 ｅ Ｃ Ｏ、 Ｏ ａ 低 ， Ｃ Ｏ 过高则 黏 度也会 增 加 。 但 ａ
Ｐ Ｓ直 接 氧化 ， ｂ 二是 Ｐ Ｓ与 Ｐ Ｏ 发生交 互 反应 。为 ｂ ｂ 使 氧 化熔 炼 过程尽 可能 多 地 脱 除 硫 （ 括 溶 解 在 金 包
属 铅 中的硫 ） 不 可避 免 地 会 生成 更 多 的 Ｐ Ｏ， 操 ， ｂ 在
Ｓ０。 ｉ 炉渣 相 。随 着 气 相 一 金 属 铅 （ ｂ Ｐ Ｓ 相 一 Ｐ— ｂ） 炉渣 三相 体系 中氧 势 的增大 ，ｐ 值 可增 至 １ ａｂ ｏ 。
铅 富氧 闪速 熔 炼 技 术 基 础研 究
尹 飞 ， 成 彦 ， 忠 ， 伟 ， 强 王 王 郜 李
（ 北京 矿 冶研 究总 院 ，北京 １ ０ ７ ） ０ ０ ０
摘 要 ： 合 铅 富 氧 闪 速 熔 炼 的 特 点 ， 相 关 渣 型 进 行 了 研 究 。结 果 表 明 ， 当 提 高 炉 渣 的 Ｃ Ｏ 含 量 ， 结 对 适 ａ 可 有 效 降低 渣 含 铅 。 适 宜 的 渣 型 为 Ｆ Ｏ ＳＯ ＝ １ １ 、 ａ ／ ｉ２ ． ， 渣 的熔 点 和 黏 度 完 全 可 以满 足熔 ｅ ／ ｉ２ ． ５ Ｃ Ｏ ＳＯ —０ ６ 炉 炼要求 。 关 键 词 ： ； 氧 闪 速 熔 炼 ； ； ； 点 ； 度 ； 度 铅 富 锌 渣 熔 黏 密
４ 炉渣 密度 要 小 。因为 炉 渣 的 密度 和黏 度 小 ， ） 金属 或锍 的微 粒 半径 和密 度 大 ， 渣 与 金 属 或锍 才 炉 容 易分 离 。炉渣 密度取 决 于其组 分 ， 碱金 属 、 土金 碱
行： 物料 在反 应塔 内高氧势 快速 强 氧化脱 硫 （ 应 时 反 间 ３ ， ～５Ｓ 脱硫 率 ＞ ９ ） 用 工 业 纯 氧 实 现 ， ８ 使 脱硫 熔 融物 料在 熔池 内的低氧 势快 速还 原则 利用 炽热焦 滤 层来 实 现 ， 产生 金属 铅 。从而 ， 并 在一 个炉 体 内实
可 以获 得成 分稳 定 的金 属铅 的操 作条 件 ， 是 ， 但 熔池
直接 炼铅 只能产 出高 硫 铅 或者 高铅 渣 ； 获得 含 硫 要 低 的粗铅 ， 必 须对 含 铅 高 的直 接 熔 炼 炉 渣进 行 还 就
原处 理 。
Ｐ Ｓ氧化 生 成 金 属 铅 有 两 种 主 要 途 径 ： 是 ｂ 一
现 了脱 硫 和 还 原 铅 两 个 过 程 。 由 于 铅 的 还 原 方 式 改
属 及轻 金属 的氧 化 物 可使 密 度 降 小 ， 种 密 度 大 的 各
金 属氧 化物 能使 密度增 大 。 ５ 炉渣 的表 面性 质 （ ） 表面 张力 、 面张力 和 毛细 界 管 压力 等 ） 炉 渣 与金 属 或 锍 的分 离 起 着 重 要 的作 对
ＹＩ Ｆ ｉ Ｎ ｅ ，Ｗ ＡＮＧ ｅ ｇ ｙ ｎ，Ｗ ＡＮＧ ｈ ｎ Ｃｈ ｎ — ａ Ｚ ｏ ｇ，ＧＡＯ ｅ ，ＬＩＱｉｎ Ｗ ｉ ａｇ
（ ｅ ｉｇ Ｇｅ ｅ ａ Ｒｅ ｅ ｒｈ Ｉ ｓｉ ｔ ｏ ｎｎ ｎ ｔ ｌ ｒ ｙ ｅｊ ｇｉ ０ ７ ， ｉａ Ｂ ｉｎ ｎ ｒ ｌ ｓａ ｃ ｎ ｔ ｕ ｅ ｆＭｉｉｇ ａ ｄ Ｍｅａｌ ｇ ，Ｂ ｉｎ ０ ０ ０ Ｃｈｎ ） ｊ ｔ ｕ ｉ
还 原 熔 炼 的 水 平 （ ｂ ３ ） 则 炉 渣 放 出 口处 的 炉 Ｐ ＜ ，
内氧势 也必 须控 制到 ｌ ｏ＜ 一５ ｇＰ 。因此 ， 化铅精 硫 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 。 剖
子 的生 产率 。所 以 ， 炉渣 的熔 点 应 该 适 合 熔炼 的要
ｐ ｏ ｅｓ ｒ ｃ ｓ ．Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｅ ｌ ａ ｏ ｔ ｎ ｎ ｔ ｅ ｓ ａ ｅ ｒ ａ ｅ ｅ ｆ ｃ ｉ ｅｙ ｗｉｈ ｔ ｅ ｉ ｃ ｅ ｓｎ ｆＣ Ｏ ｅ ｒ ｓ ｌｓ ｓ ｏ ｔ ａ ｈ ｅ ｄ ｃ ｎ ｅ ｔｉ ｈ ｌｇ ｄ ｃ ｅ ｓ ｆ ｅ ｔ ｌ ｔ ｈ ｎ ｒ ａ ｉ ｇ ｏ ａ ｖ
渣 的特 点 。
选 择 炉渣 成 分 ， 于 铅还 原 熔 炼 的好 坏 有 决定 对
性 的影响 。炉渣 的熔 点 、 度 及密 度等 决 定 于 其 化 黏 学成 分 。通 常 ， 对铅 冶炼 炉渣 的要求 主要 有 ：
１ 炉 渣成 分必须 符 合熔炼 时熔 剂 消耗 量最少 的 ） 要求 。正 确选 择炉 渣 的硅酸 度 ， 得熔 剂 消耗少 ， 使 炉
Ｓ 压在 熔池 直 接 炼 铅 中一 般 为 ～ １ Ｐ ， Ｏ 分 Ｏ ａ 如果 将氧 分压 控制 在 １ ～ １ Ｐ Ｏ Ｏ ａ的 低 氧势 条 件 下 ， 出炉 渣 的 ａ 。 ０ １ 相 当 于渣 含 铅 ～５ ， 产 ＜ ．， 此
作 上合 理 控制 氧料 比就成 为直 接熔 炼 的关键 。理 论 上 ， 借 助 Ｐ —ｓ 可 ｂ —Ｏ 系硫势 ～ 氧势 图进 行讨 论 。
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 ， 气量 少 ， Ｏ。 烟 Ｓ 浓度 一般 在 １ 以上 （ 当 于 Ｐ 。≥ １ Ｐ ） ０ 相 ０ ａ 。在 “ 池 直 接 炼 熔
铅” 区域 ， 只要 控制 较低 的氧 势 （ ｇＰ ： 一 １ ， １ ｏ ＜ ） 即使 在 Ｐ。 一１ Ｏ Ｐ ０ ～１ 。 ａ的条件 下 ， ｂ Ｐ Ｓ直 接 氧化 仍 可 产 出含硫 ｄ０ ３ 的粗 铅 。 ．
图 １给 出 了直接 炼 铅 在 平 衡 相 图 中 的位 置 ， 如
时粗 铅含硫 将 大于 １／。如果将 渣 含 铅 降 到鼓 风 炉 ９ ６
基 金项 目： 国家 高技术研 究发展计划 （ ６ 计划） ８３ 资助项 目（０ ９ ０ ４０ ） ２ ０ ＡＡ ６ ６ ２ 作者简介 ： 尹飞（ ９４） 男 ， １ ７一 ， 硕士 ， 高级工程师 ．
２１ ０ ２年 ４期
有 色 金 属 （ 炼 部 分 ） ｈｔ ： ｙ ｙ． ｇｉ 冶 （ ｔ ／ ｓ１ｂ ｒ ｐ ／ ｍｍ．ｎ ｃ）
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ｄ ｉ ０ ３ ６ ／ ．ｓｎ １ ０ － ５ ５ ２ １ ． ４ ０ ３ ｏ ：１ ． ９ ９ ｊ ｉｓ ． ０ ７ ７ ４ ． ０ ２ ０ ． ０
ｌ ｇｐ ／ Ｐａ
渣 产量低 ， 入炉 渣 中的有价 金 属也将 减 少 ， 耗 随 进 能 之 降低 。 ２ 炉渣 的 熔 点适 当 。熔 点 愈 低 ， 炼 所需 的燃 ） 熔
图 １ Ｐ －－ 系硫 势一 氧势 图 （ ７ ｂＳＯ １４ ３Ｋ）
Ｆｉ ．１ Ｓｕ ｐ ｒ ｐ ｔ ｎｔａ — ｙ ｅ ｐｏ ｅ ｔａ ｇ ｌ ｈｕ ｏ ｅ ｉ ｌｏｘ ｇ ｎ ｔ ｎ ｉ ｌ ｄｉ ｇ ａ ｆＰｂ Ｓ Ｏ ｙ ｔｍ ｔ１ ４ ３ Ｋ ａ ｒ ｍ ｏ － — ｓ ｓｅ ａ ７
Ａｂ ｔａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｔｈｅ ｓａ ｙ ｓ ｗｅ ｅ ｓ ｕ ｅ ａ ｅ ｈｅ ｃ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｅ ｄ ｏｘ ｇｅ — ｎｒｃ ｅ ｌ ｓ ｍ ｅｔｎ ｌ ｇ ｔ ｐｅ ｒ ｔ ｄｉｄ ｂ ｓ ｄ ｏｎ ｔ ｈａ ａ ｔ ｒ ｓ ｉｓ ｏｆｌ ａ ｙ ｎ ｅ ｉ ｈ ｄ ｆａ ｈ ｓ ｌｉ ｇ
料 越 少 ， 子生 产率越 高 。如果 炉渣 熔点 过低 ， 金 炉 在
属氧 化物 的还 原反 应 发 生 之前 炉 料 就 开 始 熔化 ， 就 会造 成大 量 的有 价 金属 随 渣 流 失 。反 之 ， 渣 熔 点 炉 过高 ， 则需 要 经过 充分 过热才 能使 渣易 于 流动 ， 势必 要 消耗大 量 的热 能 ， 并使 炉料 熔化 速度 减慢 ， 降低 炉
中 图分 类 号 ： Ｆ １ Ｔ ８２ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ７７ ４ （ ０ ２ ０ — ０ １０ １ ０ — ５ ５ ２ １ ） ４０ １ — ４
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