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1、第四章 硫化铅精矿的直接熔炼目的要求：要求同学们掌握硫化铅精矿直接熔炼的基本原理和方法、熟悉几种直 接熔炼的工艺流程。重点难点：1、硫化铅精矿直接熔炼的基本原理和方法；2 、水口山炼铅法。4.1 概述金属硫化物精矿不经焙烧或烧结焙烧直接生产出金属的熔炼方法称为直接 熔炼。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微粒小,比表面 积大,化学反映和熔化过程都有可能很快进行，充分利用硫化矿粒子的化学活性 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，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
2、成本对冶炼过程的要求 越来越严格，传统炼铅法受到多方面的严峻挑战。具体说来，传统法有如下主要 缺点：（1）随着选矿技术的进步，铅精矿品位一般可以达到 60%，这样精矿给正 常烧结带来许多困难，导致大量的熔剂、反粉或还有炉渣的加入，将烧结炉料的 含量降至40%50%。送往熔炼的是低品位的烧结块，致使每生产It多炉渣，设 备生产能力大大降低。（2）1t PbS 精矿氧化并造渣可放出 2x106kJ 以上的热量，这种能量在烧结 作业中几乎完全损失掉，而在鼓风炉熔炼过程中又要另外消耗大量昂贵的冶金 焦。（3）铅精矿一般含硫 1520，处理 1t 精铅矿可生产 0.5t 硫酸，但烧 结焙烧脱硫率只有 7
3、0左右，故硫的回收率往往低于 70，还有 30左右，还 有 30左右的硫进入鼓风炉烟气，回收很困难，容易给环境造成污染。（4）流程长，尤其是烧结及其返粉制备系统，含铅物料运转量大，粉尘多大量散发的铅蒸汽、铅粉尘严重恶化了车间劳动卫生条件，容易造成劳动者铅中 毒。近30年来，冶金工作者力图通过PbS受控氧化即按反映式PbS+O =Pb+SO 22 的途径来实现硫化铅精矿的直接熔炼，以简化生厂流程，降低生产成本，利用氧 化反应的热能以降低能耗，产出高浓度的SO烟气用于制硫，减小对环境污染。2 但由于直接熔炼产生大量铅蒸汽、铅粉尘，且熔炼产物不是粗铅含硫高就是炉渣 含铅高，致使许多直接熔炼方法都不很
4、成功。冶金工作者通过Pb-SO系化学势图的研究，找到了获得成分稳定的金属 铅的操作条件，但也明确指出，直接熔炼要么产出高硫铅，要么形成高铅渣；要 获得含硫低的合格粗铅，就必须还原处理含铅高的直接熔炼炉渣。根据金属硫化 物直接熔炼的热力学原理，运用现代冶金强化熔炼的技术，探讨结构合理的冶金 反应器，对直接炼铅进行多种方法的研究，其中有些已经成功地用于大规模工业 生产，显示了直接熔炼的强大生命力。可以预言，直接熔炼将逐渐取代传统法生 产金属铅。4.2硫化铅精矿直接熔炼的基本原理和方法4.2.1 直接熔炼的基本原理金属硫化物精矿直接熔炼的特点之一是利用工业氧气,二是采用强化冶炼过 程的现代冶金设备,
5、从而使金属硫化物受控氧化熔炼在工业上应用成为可能。在铅精矿的直接熔炼中，根据原料主成分PbS的含量，按照PbS氧化发生的 基本反应PbS+O = Pb+SO ,控制氧的供给量与PbS的加入量的比例（简称为氧/料22比）, 从而决定了金属硫化物受控氧化发生的程度。实际上,PbS氧化生成金属铅有两种主要途径：一是PbS直接氧化生成金属 铅，较多发生在冶金反应器的炉膛空间内；二是PbS与PbO发生交互反应生成金 属铅，较多发生在反应器熔池中。为使氧化熔炼过程尽可能脱除硫（包括溶解在 金属铅中的硫），有更多的PbO生成是不可避免的，在操作上合理控制氧/料比就 成为直接熔炼的关键。在理论上，可借助Pb-
6、S-O系硫势一氧势化学势图（图4-1）进行讨论。-5-11-9-7-5-3-1135PbSO,烧结焙烧PbSO4 4PbO x- PbSO4 2PbO PbSO4 PbOPso/=10 Pa pso=104Pa Pso 广 10PaPb鼓风炉还原熔炼-3 Bd、o直0.3%； 3%S ! S其寸数值分别为lgPs2 2在图4-1中，横坐标和纵坐标分别代表Pb-S-O系中的硫势和氧势，并用多 图 4一11200P时 Pb-S-O 系相体系中硫的平衡分压和氧的平衡分压表示， 中间一条黑实线（折线）将该体系分成上下两个稳定区（又称优势区）。上部PbO-PbSO 为熔盐，代表 PbS 氧化生成的烧结焙
7、烧产物。在该区域，随着硫势或4SO势增大，烧结产物中的硫酸盐增多；图下部为Pb- PbS共晶物的稳定区，由2于Pb和PbS的互溶度很大，因此在高温下溶解在金属铅中的S含量可在很大范围内变化。如图所示，在低氧势、高硫势条件下，金属铅相中的硫可达 13%，甚至更高这就形成了平衡于纵坐标的等硫量（S%）线。随着硫势降低，意味着粗铅中更多 的硫被氧化生成 SO 进入气相。在这里，用点实线（斜线）代表二氧化硫的等分2压线（用P表示）。等P线表示在多相体系中存在的平衡反应1/2S +O =SO .SO2SO2222在一定 P 下，体系中的氧势增大，则硫势降低。反之亦然SO24.2.2 直接炼铅的方法硫化铅
8、精矿直接熔炼方法可分为两类：一类是把精矿喷入灼热的炉膛空间， 在悬浮状态下进行氧化熔炼，然后在沉淀池进行还原和澄清分离，如基夫赛特 法这种熔炼反应主要发生在炉膛空间的熔炼方式称为闪速熔炼另一类是把精 矿直接加入鼓风翻腾的熔体中进行熔炼，如 QSL 法、水口山法、奥斯麦特法和艾 萨法等。这种熔炼反应主要发生在熔池内的熔炼方式称为熔池熔炼。按照闪速熔炼和熔池分类的硫化铅精矿直接熔炼的各种方法概括起来列于 表 4-1 。熔池熔炼法除了此表列出的底吹和顶吹法外，正在试验中的还有瓦纽柯 夫法，它是一种侧吹的熔池熔炼方法。无论是闪速熔炼，还是熔池熔炼，上述各种直接熔炼铅方法的共同优点是：（1）硫化精矿的直
9、接熔炼取代了氧化烧结焙烧与鼓风炉还原熔炼两过程， 冶炼工序减少，流程缩短，免除了反粉破碎和烧结车间的铅粉、铅尘和SO烟气2 污染，劳动卫生条件大大改善，设备投资减少。（2）运用闪速熔炼或熔池的方法，采用富氧或氧气熔炼，强化了冶金过程。 由于细粒精矿直接进入氧化熔炼体系，充分利用了精矿表面巨大活性，反应速度 快，加速了反应器中气-液-固物料之间的传热传质。充分利用了硫化精矿氧化反 应发热值，实现了自热或基本自热熔炼。能耗低，生产率高，设备床能率大，余 热利用好。（3）氧气或富氧熔炼的烟气 SO 浓度高，硫的利用率高。2（4）由于熔炼过程得到强化，可处理铅品位波动大、成分复杂的各种铅精 矿以及其他
10、含 Pb、 Zn 的二次物料，伴生的各种有价元素综合回收好。直接炼铅法具有下列优点： 熔炼强度高。在双悬状态下，强劲的气流带动炉料相互碰撞；或在熔池内， 气流使熔体剧烈翻腾。热的利用率高。烟气 SO 浓度高；有利于综合回收。2直接炼铅既是高效、节能的提取治金方法，也是综合利用高、环境保护好的 方法。表4-1硫牝铅精矿直接熔炼的方法擬述熔炼类型闪速熔炼熔池熔炼闪速/熔池喷吹方式底吹L顶吹炼铅方注城夫赛特法迭水口山法奥斯丈特法/艾 萨法倾斜式旋转转炉（卡尔多炉）法主要i殳笛- 1精矿下燥设备；由 闪速反应塔、有焦 炭层的沉淀池和连 通电炉部分构成 的草夬赛特炉桁矿制粒设备； 设有氧化/还原 两段的
11、卧式长 转炉只有氧化段的 卧式矩转炉带有直插顶吹 喷枪及凋节装 置的固左式皓 竭炉带有顶吹喷枪， 既可沿横轴倾斜 幻叮沿纵轴旋转 的转炉炉子数量底吹转炉与鼓凤炉各1台氣化炉、还原炉 （或豉风炉）各J台1台作业方式连绩连续氧化熔炼连续氧化熔炼连续间断粕矿人炉 方式从反应塔顶部喷十精矿制粒湿精矿卜 落人炉制粒温梢莎V落人炉湿耕矿（块矿） 下蒋入炉干丿湿;喷枪喷吹 下落4.3基夫赛特法炼铅（Kivcet）前苏联有色金属科学研究院从六十年代开始研究开发的直接炼铅工艺，八十 年代用于大型工业生产，1986 年初在哈萨克斯坦的乌斯季卡缅诺尔斯克建成 基夫赛特法炼铅厂。1986年意大利萨明公司购买其专利建成
12、处理炉料600t/d铅厂（KSS厂），目 前在生产。1996年底，加拿大科明科公司120000t/a粗铅的基夫赛特炼铅厂投产成功, 目前在生产。基夫赛特法炼铅属于闪速熔炼一电热还原法（Kivcet法），其反应过程主要 在基夫赛特炉的反应塔空间进行。其设备连接图如下图所示：制酸-210O1239511粗水17777,回图4-9 基夫赛特熔炼设备连接图1料仓；2给料机；3闪速炉反应塔；4-沉淀池拓隔墙;6 电炉；7烟气冷却室；8电收尘器；9一冷凝器；A.优点:10 -焦眉仓；11-收上器；12-洗涤器1. 原料适应性强 ，能处理含铅锌渣料 ；2. 主要金属回收率高，综合回收较好；3. 渣含铅低，V
13、2.0%；4. 烟尘率低，约 5%，可直接返回炉内冶炼；5. 生产成本低，粗铅综合能耗0.35t标煤/t ；6. 炉子寿命长，炉寿可达 3 年，维修费用省。B. 缺点:1. 原料需干燥至含水 1%以下。2. 一次性投资较高。 基夫赛特炼铅技术属哈萨克斯坦东方有色金属矿冶研究院专利。目前该技术仍处于专利保护期内，我国采用该技术必须购买专利许可证，实行技术引进 。 需要引进内容:1 购买专利许可证；2 干燥、熔炼工序的基本设计及详细设计的技术参数；3 现场指导及试车投产时技术服务；4 基夫赛特炉专用物料喷嘴。报价 420 万美元（前 3 项）C.主要技术经济指标1、炉料含水1%2、干燥强度35kg
14、/m3.h3、干燥回收率99%4、 Kivcet 炉料量1583.81t/d 炉料5、炉料含铅24.17%6、铅回收率96.96%7、银入粗铅率99.5%8、金入粗铅率98.06%9、铜入粗铅率80%10、锌入氧化锌率50%11、烟尘率57%12、竖炉烟气SO浓度218%13、渣率49.5%14、渣含铅2.10%15、硫酸净化工序SO回收率99.5 %216、硫酸总转化率99.7517、车间总硫回收率99.05%18、尾气中 SO 含量2870.16 mg/m3 （标）19 、工作制度330d/a, 24h/d1）生产过程含铅物料+熔剂+工业氧（95%）喷入竖炉内，反应温度1573-1673K
15、，硫化 铅精矿在悬浮状态下完成氧化脱硫和熔化过程，生成粗铅、高铅炉渣和含SO的2烟气，并放出大量热。由于氧气-精矿的喷射速度达100120m/s，炉料的氧化、 熔化和形成初步的粗铅、炉渣熔体仅在23s内完成。当焦炭通过约4m高的反应塔空间时，被灼热的炉气加热，但由于精矿粒度 细，着火温度低，先于焦炭燃烧。焦炭在反应塔下落过程中仅有 10%左右被燃烧。焦炭密度小，落在反应塔下言的沉淀熔体上面形成赤热的焦炭层，这就像炼 铅鼓风炉风口区的焦炭层一样，将含有一次粗铅和高铅炉渣的熔体进行过滤，使 高铅渣中的PbO被还原出金属铅来，故称为焦炭过滤层。在这里，约有80%90% 的氧化铅被还原。基夫赛特法直接炼铅系统的设备组合如图4-2，炉料在反应塔 和焦炭层发生的
