2022年产万吨粗铅毕业设计方案.docx

摘要本次设计主要是年处理 10 万吨铅精矿的铅顶吹直接熔炼炉，通过对铅及其主要化合物的物理化学性质和用途的熟悉、铅生产方法的了 解、铅直接熔炼原理及工艺流程的挑选、运算熔炼炉炼铅的物料平 衡与热平稳运算；对铅顶吹直接熔炼炉进行挑选运算，依据运算出 的尺寸对熔炼炉进行定型，通过尺寸定型画出熔炼炉的结构图；设 计方案以技术新、效益高为原就，充分表达了先进、敏捷、多功能 的特点；关键词: 铅顶吹直接熔炼炉、年产 10 万吨、工艺流程的挑选、物料平稳与热平稳运算、尺寸定型、画结构图；0 / 33目录1 绪论 12、铅生产概述 32、1 铅及其主要化合物的物理化学性质和用途 32、1、1 铅的性质和用途 32、1、2 铅的主要化合物的物理化学性质 52、2 铅生产方法概述 82、2、1 直接炼铅法 82、2、2 传统炼铅法 92、3 铅直接熔炼 92、3、1 铅直接熔炼的基本原理 92、3、2 铅直接熔炼工艺流程 112、3、3 铅直接熔炼中各主要组分的行为 142、3、4 铅直接熔炼主要产物 162、4 铅直接冶炼艾萨炉熔炼系统主要设备结构 172、4、1 艾萨炉的炉体结构 172、4、2 艾萨炉喷枪 172、4、3 帮助燃烧喷嘴 182、4、4 艾萨炉的熔体排放 192、4、5 艾萨熔炼操作要点 193、冶金运算 213、1 原料 213、2 燃料 223、3 帮助材料 233、3、1 石英石 233、3、2 石灰石 243、3、3 铁焙砂 242 / 331 、绪论在全部金属的冶炼中，铅冶炼始终是个难点；世界已查明的铅 资源储量为 150 万吨，中国的铅储量为 9 万吨，在世界上居其次位；中国的铅产量接近世界的 .，居世界第一位；中国的铅消费也在增加，成为世界其次大消费国，仅次于美国； 2003 年中国的铅消费6量为 116.82 ×10 吨；随着铅工业的进展，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，主要表达在以下几个方 面：⑴、铅冶炼企业的规模较小；⑵、技术装备相对落后；⑶、再生资源利用率低；⑷、环境污染比较严峻；⑸、技术经济指标偏低；目前，世界上以，硫化铅矿为原料铅，冶炼生产仍以烧结 - 仍原熔炼工艺为主，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 10%-15%；中国铅冶炼的情形与上述情形大致相同，对矿产铅而言，烧结 - 仍原熔炼工艺占 65%，ISA 工艺占 12%，新工艺占 23%；ISA 工艺将铅精矿混合冶炼，一般铅锌比例为 1:2 ，烧结烟气中 SO2 浓度为 5%左右，可采纳两转两吸接触制酸工艺回收其中的 SO2，烟气可达标排放；中国采纳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，采纳0 / 33富31 / 33氧熔炼脱硫，烟气 SO2 浓度可达到 10%以上，均采纳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仍原熔炼，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 的产量和成效；按工艺沟通学习其氧气顶吹的鼓风炉直接熔炼，掌 握其原理，对我们将来的进展有着重要作用；2、铅生产概述2、1 铅及其主要化合物的物理化学性质和用途2 、1、1 铅的性质和用途铅是周期表中第四族元素，原子序数为 82，在化合物中铅为两价及四价，原子量为 207.21207，呈蓝灰色或银灰色银灰色蓝，晶体结构为面心立方晶格，熔点 327.4 ℃，沸点 1725℃， 密度11.336 克/ 厘 M；铅主要用于制造合金：耐蚀合金 <用于蓄电池栅板、电缆护套、化工设备及管道等）；焊料合金 <用于电子工业、高温焊料、电解槽耐蚀件）；电池合金 <用于产干电池）；轴承和模合金；应用于颜料的铅化合物有铅白、铅丹、铅黄、密陀僧；可用于聚氯乙烯的稳固 剂；铅对 X 射线及 r 射线有良好的吸取才能，广泛用于 X 光机和原子能装置的防护材料；目前，有争论将铅用于电动汽车和电动自行车 <动力电池）、重力水淮测量装置、核废料包装物、氡气防护屏、微电子和超导料；铅的最重要的有机化合物是四乙基铅，常用作汽油的防爆剂；⑴、物理性质金属铅结晶属于等轴晶系，其物理性质方面的特点为硬度小、密度大、熔点低、沸点高、展性好、延性差、对电与热的传导性能差、高温下简洁挥发、在液态下流淌性大；这些性质如表 1— 1 所示；工程单位原子量密度〔20 ℃3>g/cm表 1-l 铅的主要物理性质熔点 硬度〔 莫 沸点氏>℃ ℃粘度 〔340 ℃> Pa·s数值207.2111.3437327.43 1.5 15250.189工程比电阻导热系数平均热容表面张力气化潜热熔化潜热〔20 ～f100 ℃>〔 一〔327.5 ℃单位μ Ω/cm2 J/〔cm · sJ／〔g-Pa/cmJ／ gJ/g数值20.6480.3390.150544.484026.17温度〔 ℃>铅的蒸气压与温度的关系如下：620 710 820 960 1130 1290 1360 1415 1525蒸气压〔kPa>1.33 × 101.33 × 101.33 × 100.1331.33 6.7 13.3 38.5101.3-4-3-2可见在高温下铅的挥发程度很大，所以在火法炼铅过程中简洁导致铅的挥发缺失和环境污染，炼铅厂必需设置完善的收尘设备；⑵、化学性质铅在完全干燥的常温空气中或在不含空气的水中，不发生任何 化学变化；但在潮湿和含有 CO2 的空气中，就失去光泽而变成暗灰色，其表面被 PbO2 薄膜所掩盖，此膜渐渐地转变成碱性碳酸铅 3PbCO3· Pb〔OH>2；铅在空气中加热熔化时，最初氧化成 Pb2O，温度上升时就氧化为 PbO， 连续加热到 330~450℃ 形成的 PbO 氧化为 Pb2O3 ， 在 450~470℃的温度范畴内，就形成 Pb3O4；〔 即 2PbO· PbO2，俗称铅丹>；无论是 Pb2O3，或 Pb3O4 在高温下都会离解生成 PbO，因此 PbO是高温下惟一稳固的氧化物；CO2 对铅的作用不大；浸没在水中 〔 无空气 >的铅很少腐蚀；铅易溶于硝酸 〔HNO3>、硼氟酸 〔HBF4>、硅氟酸 〔H2SiF6 >、醋酸〔CH3COOH及> AgNO3 等；盐酸与硫酸仅在常温下与铅的表面起作用而形成几乎是不溶解的 PbCl2 和 PbSO4 的表面膜；可见，以工业上常用的“三酸”作为溶剂，都不太相宜用于湿法炼铅和粗金属铅的水溶液电解精炼，由于尽管硫酸、盐酸价廉易得，但生成的 PbSO4 、PbCl2 在水溶液中溶解度小；而与硝酸形成的 Pb〔NO3>2 在水溶液中不太稳固，简洁生成挥发性的氧化氮；这就是湿法炼铅工业化规模生产的困难所在，也是粗铅电解精炼不得不采纳较昂贵的 H2SiF 6 作电解质的缘故；铅是放射性元素铀、锕和钍分裂的最终产物，可吸取放射性线，且具有抗击放射性物质透过的性能；2 、1、2 铅主要化合物的物理化学性质⑴、硫化铅3硫化铅 〔PbS>在自然界呈方铅矿存在，色黑 〔 结晶状态呈灰色 >， 具有金属 光泽 ；PbS 含 Pb86.6 ％ ，密 度 7.4 ～ 7.6g/cm ，熔 点1135℃，熔化后流淌性很大，可透过粘土质材料而不起腐蚀作用，易渗入砖缝；PbS在 600℃时已开头挥发，其蒸气压与温度的关系如下：温度〔 ℃> 852 928 975 1074 1108 1160 1221 1281蒸气压〔kPa>0.1330.6671.33 7.99 13.3 26.7 53.3101.3PbS的离解压很小， 1000℃时仅为 16.8Pa；但 PbS中的 Pb 可被对硫亲和力大的金属所置换，如温度高于 1000℃时，铁可置换 PbS 中的铅 〔PbS+Fe=FeS +Pb>；这就是炼铅常见的“沉淀反应”；PbS 可与 FeS、Cu2S 等金属硫化物形成锍， CaO、BaO对 PbS 可起分解作用 〔4PbS+4CaO=4Pb+3CaS+Ca4>S；O在仍原气氛下，可发生 以下反应： 2PbS+CaO+C〔CO> =Pb+P·bSCaS+CO〔C2O>；当炉料中存在大量 CaS 时，会降低铅的回收率，由于 CaS 将与 PbS 形成稳固的CaS·PbS；在铅的熔点邻近， PbS不溶于铅中，随着温度的上升， PbS在铅中的溶解度增加；到 1040℃时， PbS与 Pb 的熔合体分为两层，上层含 PbS 89.5 ％， Pb10.5％；下层含 PbS19.4％， Pb 80.6 ％；当冷却时 PbS 以纯洁的结晶体从 Pb—PbS 熔合体中析出，这是鼓风炉熔炼中炉结形成的缘由之一；PbS 溶解于 HNO3 及 FeCl3 的水溶液中，所以 HNO3 和 FeCl3 均可用来作为方铅矿的浸出剂；PbS 几乎不与 C 和 CO发生作用； PbS在空气中加热时生成 PbO和 PbSO4，其开头氧化温度为 360~380℃；⑵、氧化铅氧化铅 〔PbO>又名密陀僧，熔点 886℃，沸点 1472℃，有两种同素异形体：属于正方晶系的红密陀僧和斜方晶系的黄密陀僧；熔化的密陀僧急冷时呈黄色，缓冷时呈红色，前者在高温下稳固，两者的相变点为 450~500℃；PbO在不同温度下的平稳蒸气压如下：温度〔 ℃> 943 1039 1085 1222 1265 1330 1402 1472蒸 气 压〔kPa>0.1330.6671.33 7.99 13.3 26.7 53.3 101.3PbO是强氧化剂，能氧化 Te、S、As、Sb、Bi 和 Zn 等；PbO 是两性氧化物，既可与 SiO2、Fe2O3，结合成硅酸盐或铁酸盐；也可与 CaO， MgO等形成铅酸盐 〔 如 PbO2+CaO=CaPb3>O；仍可与 Al 2O3 结合成铝酸盐； PbO 对硅砖和粘土砖的腐蚀作用很猛烈；全部 的铅酸盐都不稳固，在高温下离解并放出氧气；PbO 是良好的助熔剂，它可与很多金属氧化物形成易熔的共晶体或化合物；在 PbO 过剩的情形下，难熔的金属氧化物即使不形成化合物也会变成易熔物；此种作用在炼铅过程中具有重要意义；PbO属于难离解的稳固化合物，但简洁被 C和 CO所仍原；⑶、硫酸铅3硫酸铅 〔PbSO4>的密度为 6.34g/cm ，熔点为 1170℃；PbSO4 是比较稳固的化合物，开头分解的温度为 850℃，而猛烈分解的温度为 905℃；PbS、ZnS 和 Cu2S 等的存在可促进 PbSO4 的分解，促使其开头分解温度降低；例如 PbSO4+P。