教学情景四.ppt

情景四 硫化铅精矿的直接熔炼,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1t金属就产生1t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１５％～２０％，处理１t精铅矿可生产０.５t硫酸，但烧结焙烧脱硫率只有７０％左右，故硫的回收率往往低于７０％，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受控氧化即按反应式PbS+O2→ Pb+SO2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SO2烟气用于制硫，减小对环境污染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成功冶金工作者通过Pb－S—O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,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+O2== Pb+SO2,控制氧的供给量与PbS的加入量的比例(简称为氧/料比),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-S-O系硫势-氧势化学势图进行讨论在图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，并用多相体系中硫的平衡分压和氧的平衡分压表示，其对数值分别为lgPs2和lgPo2.图中间一条黑实线（折线）将该体系分成上下两个稳定区（又称优势区）上部PbO-PbSO4为熔盐，代表PbS氧化生成的烧结焙烧产物在该区域，随着硫势或SO2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SO2进入气相在这里，用点实线（斜线）代表二氧化硫的等分压线（用PSO2表示）等PSO2线表示在多相体系中存在的平衡反应1/2S2+O2=SO2.在一定PSO2下，体系中的氧势增大，则硫势降低反之亦然4.2.2直接炼铅的方法,硫化铅精矿直接熔炼的方法：1.闪速熔炼法：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．2.熔池熔炼法：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 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，正在试验中瓦纽可夫法，是一种侧吹的熔池熔炼法直接熔炼铅方法的优点：,（１）硫化精矿的直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，免除了返粉破碎和烧结车间的铅粉、铅尘和SO2烟气污染，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熔炼的方法，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SO2浓度高，硫的利用率高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含Pb、Zn的二次物料，伴生的各种有价元素综合回收好基夫赛特法炼铅(Kivcet法),,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年意大利威斯姆港铅锌厂购买其专利建成处理炉料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炉结构图,基夫赛特法炼铅的设备连接图如下图4-9所示：,作为氧化段的闪速熔炼炉,作为还原段的电炉,锌蒸气冷凝器,（1）生产过程 干燥后的硫化铅精矿、细粒焦炭、熔剂和工业氧（ ～ 95%）一起喷入反应塔，在1300~1400℃的氧化气氛中，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SO2的烟气，并放出大量热。

由于氧气-精矿的喷射速度达100～120m/s，炉料的氧化、熔化和形成初步的粗铅、炉渣熔体仅在2～3s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，落在反应塔下方的沉淀池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2）化学反应在基夫赛特炉的反应塔内由上到下分为氧化脱硫、熔炼造渣和焦滤还原三个基本过程氧化反应(反应塔空间内）PbS + 1.5O2 → PbO + SO2 + 420KJZnS + 1.5O2 → ZnO + SO2 + 441KJFeS + 1.5O2 → FeO + SO2 + 426KJPbS + O2 → Pb + SO2 + 202KJPbS+2PbO→3Pb+SO2-217KJPbSO4 → 3PbO + SO2 + 0.5O2 - 304KJ还原反应（焦炭过滤层）PbO + CO → Pb + CO2 + 82.76KJPbO + C → Pb + CO -108.68KJ CO2 + C → 2CO - 165. 8KJ,基夫赛特工艺流程,,石英,铅精矿,二次铅料,石灰石,,,,,,,配 料,干 燥,破碎筛分,基 夫 赛 特 炉,,,,焦炭,干燥,纯氧,,,,,,,,,,竖炉烟气,竖 烟 道,余热锅炉,电 收 尘,烟气净化,SO2烟气（送制酸）,,,,,,电炉烟气,后燃烧室,余热锅炉,热交换器,布袋收尘,铅锌烟尘（送锌厂）,,,,,,,粗 铅,精 炼,,,炉 渣,水淬或烟化,,,铅冰铜（回收铜）,,工 艺 流 程 演 示,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,尾矿渣,硫化物 滤渣,金精矿,银精矿,铅精矿,氧化锌浸出渣,银浮选矿,石英砂石灰石,粉媒,,混料胶带输送机,电动桥式抓斗起重机,原料仓,混合料（去干燥）,工 艺 流 程 演 示,回转干燥窑,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,混合料,合格炉料（去熔炼）,自配料,,散落料,,,,,,,,,,,,,,去二级布袋收尘,烟气,干物料,烟尘(去熔炼),烟气,电收尘器,旋涡收尘器,干式球磨机,工 艺 流 程 演 示,,,,,,,合格炉料,竖炉烟气（去余热回收）,电炉区烟气（去余热回收）,,,,,,,,,,,炉渣层,焦炭过滤层,粗铅层,电 炉,反应竖炉,直升烟道,电极,电极,电极,焦炭,焦炭,粗铅（去精炼）,渣,,氧气,,,水淬,水淬渣,送渣场,4个给料烧嘴,氧气,牛鼻,隔墙,工 艺 流 程 演 示,辐射段,下降段,对流锅炉,蒸汽包,,,,,,,烟气,（去制酸）,烟尘（返熔炼）,,竖炉烟气,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,电收尘器,,,,电炉烟气,辐射段,下降段,对流锅炉,,,,,蒸汽包,复燃段,,,,,,,,,,,,,,,一级布袋收尘器,二级布袋收尘器,,,,,,,,,,,,,,烟气（自回转干燥窑）,,,,,,,,烟尘（送锌系统）,,,,,,废气,（排空）,,基夫赛特炉电炉,,主要技术经济指标 1、炉料含水 ＜1%2、干燥强度 35kg/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%,主要技术经济指标 11、烟尘率 5～7%12、竖炉烟气SO2浓度 ～18%13、渣率 49.5%14、渣含铅 2.10%15、硫酸净化工序SO2回收率 99.5 %16、硫酸总转化率 99.75 %17、车间总硫回收率 99.05%18、尾气中SO2含量 870.16 mg/m3(标)19、工作制度 330d/a, 24h/d,,基夫赛特熔炼的优点：,①劳动条件好；②对原料适应性强,Pb 20～70%, S 13.5%～28%, Ag 100～8000g/t的原料均能适应，且能处理渣料；③连续作业，氧化和还原在一个炉内完成，生产环节少；④烟气SO2浓度高，可直接制酸；烟气量少，带走的热少，余热利用好，从而烟气冷却和净化设备小，烟尘率约5%，烟尘可直接返回炉内冶炼；⑤主金属回收率高（Pb回收率>98%），渣含铅低（<2%)，贵金属回收率高，金、银入粗铅率达99%以上，还可回收原料中锌60%以上；⑥能耗低，粗铅能耗为0.35t标煤/t；⑦炉子寿命长，炉期可达3年，维修费用低。