铅烧结矿的鼓风炉还原熔炼

叙述如下：
1）铜的化合物 • 烧结块中的铜大部分以Cu2O、Cu2O· 2和Cu2S的形态存在。 SiO Cu2S在还原熔炼过程中不起化学变化而入铅锍； Cu2O则视烧结块 的焙烧程度而有不同的化学变化。如果烧结块中残留有足量的硫， 则Cu2O将与其他金属硫化物发生反应，例如：
Cu2O+FeS= Cu2S+FeO
样的炉缸“积铁”，迫使炉子停产，也只有 FeO才能形成性质很好的铁硅酸盐炉渣。因此 对于熔渣中PbO的充分还原和Fe3O4还原成FeO 来说，炼铅鼓风炉的气体组成应居于Fe3O4 还 原线和FeO还原线之间（图3-4）。
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（2）铅烧结块中其他组分在还原熔炼中的行为
• 铅烧结块中除含主金属铅和主要杂质金属铁的化合物之外，还含 有锌、铜、砷、锑、铋、镉等氧化物，它们在熔炼中的行为分别
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• 在风口区，随着鼓风炉中的空气向炉子中心运动，空 气中的氧与焦炭发生反应，同时产生了CO2与CO，氧 的含量急剧减少（如图3-3），但由于布多尔反应的发 生，炉气中CO显著增加， CO2逐渐降低，风口区炉子
中心CO的含量可达到50%以上。这表明，由于碳的完
全燃烧和金属氧化物被CO还原产生的大量CO2，而被 灼热（>1000℃）的焦炭层迅速还原成CO，从而为鼓 风炉金属氧化物还原源源不断地提供还原剂量。
被还原成低价氧化物（如Fe2O3→Fe3O4→FeO等），PbS、氧化
铅及硫酸铅开始相互反应而形成铅及SO2，生成的铅象雨滴似地 冲洗在炉料上，并从中富集金和银。
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3、下还原区（700－900℃），所有在上述区域中开始 的反应，在此区将更为强烈的进行。各种碳酸盐的离
解作用在此大致完成，各种硫酸盐（如BaSO4、PbSO4、
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。
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铅烧结块中的Fe2O3应还原为FeO，但不能
还原为Fe3O4，因为Fe3O4也会导致像金属铁一
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3、铅鼓风炉内金属氧化物的还原反应
（1）铅及其主要杂质铁的氧化物还原
• 鼓风炉还原熔炼在以焦炭做还原剂时，固体C的还原氧化物的固-固或
固-液反应，与用CO还原的气-固或气-液反应相比，前者反应速度缓 慢，因为固体C的还原反应一开始后，就被反应产物隔开，固-固（液） 之间的扩散几乎不再发生。对于烧结块和焦炭的鼓风炉还原条件，相 互接触更为有限，固体C的还原作用微弱，实际上是靠CO来起还原
实践证明，炉渣溶解ZnO的能力随渣中FeO含量的增高和SiO2与CaO
含量的降低而增大。因此，当铅精矿中含有相当多的锌时，则需完全 焙烧，在配料时，应选用高铁的渣型。
• ZnS为炉料中最有害的杂质化合物，在熔炼过程中不起变化而进入炉
渣及铅锍。 ZnS熔点高，密度又较大（4.7g/cm3),进入铅锍和炉渣后 增加两者的粘度，减少两者的密度差，使渣与铅锍分离困难。
称砷冰铜）； • （4）将烧结块中一些易挥发的有价金属化合物（如CdO） 富集于烟尘中，便于进一步综合回收； • （5）使脉石成分（SiO2、FeO、CaO、MgO、Al2O3）造 渣，锌也以ZnO形态入渣，便于回收。
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二、铅鼓风炉熔炼的炉料组成及对 炉料的要求
• 鼓风炉炼铅的原料由炉料和焦炭组成。炉料主
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）。 分层以后，铅冰铜、砷冰铜、炉渣等从炉缸的排渣口（俗称 咽喉口）一道排出，至前床或沉淀锅；而粗铅（800 ～ 1000℃） 经虹吸道连续排出炉外铸锭或流入铅包送往精炼
壁上。因为沿炉内高度的不同，炉气成分和温度
也各异，故大致可沿炉高将炉子分为六个区域，
如图3-1所示。
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—铅冶热区（100－140℃），在此区，物料被预热，带入的水 分被蒸发。水分蒸发是吸热过程，故炉顶料面温度较低，降低了 铅的挥发损失。继而化学结晶水开始被分解蒸发，易还原的氧化 物如Bi2O3及游离的PbO开始被还原。 2、上还原区（400－700℃），物料本身所有的结晶水被分解蒸发， 各种金属的炭酸盐及硫酸盐开始离解，易于还原的金属氧化物 （如PbO、CdO、CuO、Cu2O等）还原金属，高价氧化物开始
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• 硅酸铅（xPbO· ySiO2)是烧结块中最多的一种结合态氧 化铅，熔化温度为720~800℃，熔融后的硅酸铅还原反 应进行的程度是降低鼓风炉渣含铅的关键所在。还原反 应进行的极限或以氧化物形态残留在炉渣中的金属铅量， 可按下式计算加以判断： PbO（液）+CO=Pb（液）+CO2 △G0 = - 87230 + 8.97T 若熔炼温度为1200 ℃，则
有SixOyz-硅氧复合离子；另一方面是由于在此温度 下，一氧化碳在硅酸盐中的扩散系数比在纯氧化物 中要小。
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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
1000℃以上，焦炭发生燃烧反应，燃烧产物为CO和
CO2。
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—铅冶金 • 在上述反应中，反应（1）、（3）的平衡常数值非常大， —
实际上可视为不可逆反应。惟有反应（2）为可逆反应， 又是吸热反应。在一定温度下，当反应（2）达到平衡时， 如果不考虑气相中惰性气体N2的存在，其平衡气相组成与 温度的关系如图3-2所示。
327 ~ 883 0C : PbO( S ) CO Pb( L) CO2 58183J 883 0C : PbO( L) CO Pb( L) CO2 67895 J
• 上述三式均为放热反应，其反应的平衡常数方程式如下：
lg Kp
3250 0.417 103 T 0.3 T
K
aPb PCO2 aPbO PCO

PCO2
PbO PbO PCO
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实验结果表明，用一氧化碳还原游离状态的氧 化铅及硅酸铅的还原速度相差很大，其还原率也很 不相同（见图3-5）。 这种动力学上的差别：一方面是由于游离氧化
铅中氧离子与铅离子直接键合，而硅酸铅中还存在
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第 三 节
铅烧结矿的鼓风炉还原熔炼
一、概述
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• 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。
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—铅冶金— 焦点区以上为还原带，主要是燃烧带产生的大量CO2，通过 此赤热焦炭层而发生气化反应产出大量CO，反应式为：CO2＋C ＝2CO
此反应式为吸热反应，故此带温度降至1200－1300度。
6、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
况，使熔炼过程比较容易进行，有时也加块度为50～
120mm的鼓风炉渣。 • 当烧结块含硫高时，可添加铁屑，置换残存PbS中的 铅，降低铜锍含铅量，以提高铅的回收率。
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三、铅鼓风炉还原熔炼的基本原理
1、炉内料层沿不同高度所起的物理化学变化
炉料在炉内形成垂直的料柱，它支承在盛接
熔炼液态产物的炉缸上，一部分压在炉子的水套
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2、焦炭质量
• 焦炭在铅鼓风炉还原熔炼过程中的作用： • ①焦炭燃烧放出的热量为吸热化学反应和炉料熔化造渣提 供充足的热量，保证熔体过热所必需的温度； • ②产生一氧化碳气体，使炉料中的金属氧化物还原成金属。
• 焦炭质量具体要求见表3-2。
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3、辅助物料
• 鼓风炉熔炼一般不需要添加熔剂，只有在炉况不正常 时可能加萤石（CaF2)、黄铁矿（FeS2)，主要用作洗 炉。后者还作硫化剂使用，在炉料中铅高、硫不足时， 使铜进入铅，以提高铜的回收率。此外，为了改善炉
• 某些炼铅厂的铅烧结块化学成分如表3-1。
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（2）物理规格 • 块度为50～120mm，小于50mm的碎块和大于 120mm的大块不大于25%；孔隙度不小于 50%~60%；烧结块强度一般要求它的转鼓率 为28 %～40%，或者从1.5m高处三次自然落 至水泥地面或钢板上后，块度小于10mm的重 量少于15%～20%。
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鼓风炉还原熔炼的目的：
时将Ag、 Au 、Bi等贵金属富集其中；
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• （1）最大限度地将烧结块中的铅还原出来获得粗铅，同
• （2）将Cu还原进入粗铅；若烧结块中含Cu、S都高时，
则使铜呈Cu2S形态进入铅锍（俗称铅冰铜）中，以便进 一步回收；
• （3）如果炉料中含有Ni、Co时，使其还原进入黄渣（俗
要组成为自熔性烧结块，它占炉料组成的80%
～100%。除此之外，根据鼓风炉正常作业的需
要，有时也加入少量铁屑、返渣、黄铁矿、萤 石等辅助物料。 • 焦炭是熔炼过程的发热剂和还原剂。一般用量 为炉料量的9%～13%左右，即为焦率。
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1、烧结块的化学成分和物理性能
（1）化学成分 • 要求主金属铅含量为40%～50%。造渣成分的含量应符合 鼓风炉选定的渣型。烧结块含硫应小于3%，当烧结块含 铜1.5%以下，控制烧结块含硫1.5%～2.0%。
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2、焦炭的燃烧反应
• 碳燃烧的主要反应： C + O2 = CO2 + 408568 （J） （1）完全燃烧反应 CO2 + C = 2CO - 162297 （J） （2） 碳的气化反应 2C + O2 = 2CO + 246270 （J） （3）不完全燃烧反应 从鼓风炉顶加入的焦炭在下落过程中逐渐被炉气加 热并发生上述燃烧反应，至风口区炉内温度高达
作用。在高温下，CO比CO2更稳定，在CO+CO2的混合气体中占优
势，随着温度升高这种优势更加增长，只要有固体C存在就可以提供 大量的CO作为还原剂。
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—铅冶金— • 从氧化铅还原的热力学考察，由于炉内上下区域温度的差别有下述三 种情况： 327 0C : PbO( S ) CO Pb( S ) CO2 63625 J
溶解其中，CaO、FeO置换硅酸铅中的PbO，游离出来的氧化铅
则被还原为金属铅，炉料完全熔融，形成的液体流经下面赤热的 焦炭层过热，进入炉缸，而灼热的炉气则上升与下降的炉料作用， 发生上述化学反应。 5、风口区：几乎由赤热的焦炭充满，其厚度为0.8-1.0米左右，前 述各区反应所得到的熔体均在此区过热。约1米厚的焦炭层，粗 略又可分为两个带。近风口的一层是炉内燃料的燃烧带（氧化 带）。在氧化带发生碳的燃烧反应。由此产生高温，其温度可达 1400－1500度，通常称此高温区为焦点，实际为一个区域，可称 焦点区。
这便是鼓风炉熔炼的硫化（造锍）过程。
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—铅冶金— 2）锌的化合物 • 锌在烧结块中主要以ZnO及ZnO· 2O3状态存在，只有小部分呈ZnS Fe
和ZnSO4的状态。 ZnSO4在铅鼓风炉还原熔炼过程中发生如下反应：
2ZnSO4=2ZnO+2SO2+O2 • ZnO在熔炼时的有害影响不大，这是因为大部分ZnO能溶解在炉渣中。
CaSO4等）的离解反应以及硫化物的沉淀反应均分别
进行；固体碳的还原作用加强，CO的还原作用更为激
烈，因而还原过程加快。金属Cu和铅在硫化反应过程
中形成低价化合物，未分解的以及被还原的硅酸铅在
此区熔化，流至下区还原。
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—铅冶金— 4、熔炼区（900－1300℃），此区位于燃烧层上，上述各区反应 均在此区完成，SiO2、FeO、CaO造渣，并将Al2O3、MgO、ZnO