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1、1 目录绪论 第 2 页设计任务书 第 4 页工艺概述 第 5 页冶金过程计算 第 20 页总结 第 28 页2 绪论在所有金属的冶炼中，铅冶炼一直是个难点。世界已查明的铅资源储量为 15105t， 中国的铅储量为900104t， 在世界上居第二位。中国铅产量接近世界的1/4，居世界第一位。中国的铅消费也在增加，成为世界第二大消费国，仅次于美国。2003 年中国铅消费量为 116.82106t。随着铅工业的发展，中国铅冶炼的技术装备水平也在提高，但与国外相比仍有差距，主要体现在以下几个方面：（1）铅冶炼企业规模较小（2）技术装备相对落后（3）再生资源利用率低（4）环境污染比较严重（5）技术经济
2、指标偏低目前，世界上以硫化铅矿为原料铅，冶炼生产仍以烧结还原熔炼工艺为主，其产量占世界铅产量的70%以上，密闭鼓风炉熔炼工艺约占 10%，新炼铅工艺占 1015%.中国铅冶炼的情况与上述情况大致相同， ， 对矿产铅而言，烧结还原熔炼工艺占65%， ISP工艺占 12%。新工艺占 23%。中国铅冶炼烧结设备主要是烧结机、烧结锅和少接盘，还原熔炼设备主要是鼓风炉。硫化铅精矿采用鼓风炉烧结机烧结脱硫，烟气SO2浓度可达到 34% ， 可通过制酸对烟气进行处理， 回收其中的 SO2，制酸尾气经吸收处理可达标排放。采用吸风烧结机、 烧结锅和烧结盘烧结脱硫，烟气量难以控制，烟气SO2浓度很低，无法制酸，其
3、他烟气处理方法成本高， 困难较大，只能直接排放， 对大气环境造成严重污染。无论何种烧结方式，烧结块含硫都在23% ，因此鼓风炉产出烟气也会含有低浓度SO2，一般 SO2浓度在 400 毫克/m3左右，远远超过国家有关排放标准允许浓度。鼓风炉烟气中 SO2均未经处理直接排放，也会对大气造成污染。3 ISP工艺将铅锌精矿混合冶炼， 一般铅锌比例为1:2，烧结烟气中SO2浓度为 5%左右，可采用两转两吸接触制酸工艺回收其中的SO2，烟气可达标排放。中国采用的铅冶炼新工艺有氧气底吹技术、氧气顶吹技术和卡尔多法。这些方法的共同特点是取消了硫化铅的烧结脱硫过程，采用富氧熔炼脱硫， 烟气 SO2浓度可达到
4、10%以上，均采用常规制酸工艺进行烟气处理，回收其中的SO2，尾气可达标排放。所不同的是氧气底吹和氧气顶吹技术仍需鼓风炉进行还原熔炼，卡尔多法可直接产出粗铅。 现世界各国争相学习和接纳中国的炼铅新技术并取得了不俗的产量和效果。按工艺交流学习其烧结 还原的鼓风炉熔炼， 掌握其原理讲对我们将来的发展有着重要作用。4 设计一个日处理100 吨铅烧结块的熔炼鼓风炉1.原始资料1.1 烧结块的日处理量（吨）代号A1 A2 A3 A4 A5 日处理量300 100 400 450 500 1.2 烧结块成分（ %）代号Pb Zn S Fe SiO2CaO Cu O2其他合计A1 43.50 6.27 1.
5、48 11.44 11.18 8.45 1.0 9.2 7.48 100 A2 43.39 6.45 2.06 12.88 11.56 8.28 0.8 9.1 5.48 100 A3 40.05 5.75 3.13 13.00 16.28 8.5 0.5 8.5 4.29 100 A4 48.50 4.08 1.4 11.70 10.00 6.0 1 9.6 7.72 100 按学号分组选择数据（ A2）1.3 焦炭化学成分（ %）元素C用H用O用S用N用A用W用合计Q低% 81 0.5 1.5 0.6 1.6 9.8 5 100 6630 1.4 焦炭灰分组成（ %）成分SiO2CaO F
6、eO Al2O3其他含量57.0 3.4 5.2 26.9 7.5 1.5 烟尘化学成分（ %）元素Pb Zn Fe S SiO2其他合计% 67.14 10.00 0.48 7.62 0.95 13.81 100 1.6 炉渣主要成分（ %）Fe26% SiO225% CaO17% 1.7 粗铅品位： 95.5% 5 2.概述2.1 炼铅原料铅在地壳中的平均含量为0.0016%。从矿床中开采的铅矿可分为硫化矿与氧化矿两大类， 其中硫化矿分布最广。 主要的硫化物是方铅矿 (PbS) ，其共生矿物为闪锌矿（ZnS ） ，伴生矿物为辉银矿（ Ag2S ）,此外还常伴生有黄铁矿和其他硫化矿物。氧化铅
7、主要由白铅矿 (PbCO3)和铅钒 (PbSO4)组成，属次生矿，常出现在原生矿的上层，或与硫化矿共存而形成硫化氧化复合矿。铅在氧化矿床中的储量比在硫化矿床中少得多，故对炼铅工业来说，氧化矿意义较小。自然界中铅矿成单一矿床存在的很少，多数是多金属矿，最常见的是铅锌复合矿。2.2 鼓风炉还原熔炼的目的（1）最大限度的将铅烧结块中的铅还原来获得金属铅，同时将金、银、铋等贵金属富集其中；（2）将铜还原进入粗铅，若烧结块中含铜、硫都除去，将铜以硫化亚铜的形态进入铅硫中，以便下一步回收：（3）如果炉料中含镍、钴时，使其还原进入黄渣（俗称砷冰铜）：（4）将烧结块中一些易挥发的有价金属化合物（如CdO）富集
8、于烟尘中，便于进一步综合回收；（5）供脉石成分（ SiO2、FeO 、CaO 、MgO、 Al2O3）造渣，锌也已氧化锌形态进入渣中便于回收。2.3 铅鼓风炉熔炼的主要过程铅鼓风炉熔炼的主要过程包括：碳质燃烧和煅烧过程，金属氧化物的还原过程，脉石成分的氧化和造渣、部分存在造锍、造黄渣过程，最后是上述熔体混合物地沉淀分离过程。2.4 铅鼓风炉还原熔炼的基本原理2.4.1 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，它支撑在盛接熔炼液态产物的炉缸上，一部分6 压在炉子的水套壁上。 气流给予炉料以动压力， 故料柱大部分重量为相对气流所平衡。由于燃料和液态粗铅、炉渣等产物的生成，在料
9、柱下面形成空洞，所以料柱逐渐下移， 经风口送入鼓风炉的空气与焦炭发生剧烈反应，生成的高温炉气不断向上运动， 穿过和冲洗下降的炉料， 这时炉料中的组分与炉气之间不断发生化学反应过程和热交换过程，生成粗铅、炉渣、锍等流体产物和炉气。炉料在还原熔炼过程中由上而下移动时， 将发生一系列物理及化学变化， 影响此变化的主要因素是炉气成分和温度。 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五个区域：（1） 炉料预热区（ 100400oC ） 。炉料被烘干，表面附着水被蒸发，易还的氧化（游离的 PbO、Cu2O）开始被还原。（2） 上还原区（ 400700oC） 。在此区结晶水开
10、始脱除，碳酸盐及某些硫盐开始分解， 还原过程进一步加强， PbSO4被 CO还原 PbS ，氧化铅还原析出的前滴进行聚集，在向下流动过程中将Au、Ag捕集。铁的高价氧化化物被还原成低价氧化物。（3） 下还原区（ 700900oC ） 。在此区 CO还原作用强烈，上述两区开始的反应在此区基本完成， CaSO4、MgSO4、ZnSO4的分解和硫化物沉淀反应，以及金属铜的硫化反应分别进行，另外高价砷、锑的氧化物被还原成低价氧化物，硅酸铅呈熔融状态并开始被还原。(4)熔炼区（ 9001300oC） 。上述各区进行反应均在此区完成，SiO2、FeO 、CaO造渣，并将 Al2O3、MgO、ZnO 溶解其
11、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炽热的焦炭层过热， 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）炉缸区。包括风口以下至炉缸底部，其温度上部为12001300oC，下部为 10001100oC。过热后的各种熔融体流入炉缸后继续完成上述未完成的化学反应并接密度差分层。最下层为粗铅，其上层为黄渣，再上层为铅锍，最上层为炉渣。产出的粗铅经渣层、铅锍和黄渣层而沉降，同时将贵金属捕集。分层以后，铅锍、黄渣、炉渣等从炉缸的排渣口一道排出，至前床或沉淀锅；而粗铅经缸吸道连续排出外铸锭或流入铅包送往精炼。
12、2.4.2 焦炭的燃烧反应7 燃烧碳的主要反应：C+O2=CO2+408KJ (1) C+CO2=2CO-162KJ (2) 2C+O2=2CO+246KJ (3) 从鼓风炉顶加入的焦炭在下落过程中逐渐被热炉气加热并发生上述燃烧反应，至风口区炉内温度高达1000oC 以上，焦炭发生燃烧反应，燃烧产物为CO与 CO2。反应（ 1）称为完全燃烧反应。反应（1）生成的 CO2，与灼热的焦炭发生上述反应（ 2） ，使固体还原剂 C变成气体还原剂CO ，故称为碳的气化反应，又称布多尔反应。此外还发生反应（3） ，因为碳的燃烧产物为CO，且反应热值远小于反应 (1),称不完全燃烧反应。在上述反应中，反应（
13、 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，条件中不考虑气相中惰性气体N2的存在。当温度升高，平衡反应（ 2）向右生成 CO的方向移动，气相中平衡CO浓度增加。当温度大于 1000 oC，只要有足够量得碳存在， 平衡气相中的 CO最高可达100%。在风口区，随着鼓风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，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
14、化物被CO还原产生大量的 CO2，而被灼热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的提供还原剂。2.4.3 铅鼓风炉内金属氧化物的还原反应2.4.3.1 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作还原剂时，固体 C还原氧化物的固 固与固 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，就被反应产物所隔开，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来起还原作用。在高温下，CO比 CO2更稳定，在CO+CO2的混合气体中占有优势，随着温
15、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。8 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：883oC:PbO+CO=Pb+ CO2+67895J 上述方程式均为放热反应，其反应的平衡常数方程式如下：lg10Kp=3250T+0.41710-3T+0.3 按上述方程式计算结果见表2-1 表 2-1 用 CO还原 PbO的热力学计算结果T/K lgKp=lg(PCO2/PCO) 平衡气相中（ CO2+CO ）中 CO含量/% 573 5.17 0.001 1000 -2.87 0.13 1500 -1.24 5.10 由表 2-1 数据可知： PbO还原所需 CO浓度不大， 低于 1000oC的温度下为万分之几至百分之几， 高于 1000oC，CO的浓度为 35%。不管是固体氧化铅还是液体氧化铅都是易还原的氧化物。由于上述反应是放热反应， 所以温度越高， 还原所需 CO浓度也越大。硅酸铅是烧结块中最多的一种结合态氧化铅，熔化温度为720800oC，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+CO=Pb+CO2G0=-87320+8.97T
