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 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 , 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。 密闭鼓风炉炼锌理论上来说应尽可能使焦炭完全燃烧, 这样可以降低焦炭的消耗, 但从炉渣中还原ZnO又需要炉子中有很高的CO浓度。这就需要一方面在生产实践中不断 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 经验, 确定适当的碳锌比和风焦比, 另一方面可以采用热风熔炼来解决这一问题。 2.2 直接炼铅技术 硫化铅精矿不经焙烧或烧结焙烧直接生产出金属铅的熔炼方法称为直接熔炼炼铅法。 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比表面积大, 化学反应和熔化过程都有可能很快进行, 充分利用硫化铅精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最合理的。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, 各自反应体系中的化学势随料层移动的距离发生很大的改变, 且均系远离平衡状态的非均质多相体系。从冶金动力学得知, 要使冶金过程实现快速高效, 在接近平衡状态下的均质反应体系中连续操作是最理想的, 因此传统炼铅流程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金过程的要求越来越高, 传统炼铅法受到多方面的严峻挑战。具体来说, 传统的硫化铅精矿熔炼法有如下主要缺点: