1、1铅冶炼知识2目 录第一章 铅冶炼基本知识 4第二章 铅精矿的氧化熔炼 7第三章 高铅渣的还原熔炼 13第四章 还原渣的烟化吹炼 17第五章 粗铅的火法初步精炼.23第六章 铅的电解精炼 27第七章 铅的再生.32第一章 铅冶炼基本知识31铅的性质和用途11 铅的主要性质 铅属于重有色金属，银白色（有时略带蓝色），化学符号 Pb，原子序数82，原子量 207.2；在地壳中的含量为 1.610 -3 ，很少以游离状态存在于自然界，主要矿物有方铅矿(PbS)、白铅矿(PbCO 3)、铅钒矿(PbSO 4）；铅是铀和钍的衰变产物，因此也存在于各种铀矿和钍矿中。 铅硬度小，密度大；熔点 低，沸点高；展
2、性好，延性差。对电和热的传导性能差；高温下易挥发，液态时流动性大。炼铅厂必须设置完善的收尘设备，防止铅在冶炼过程导致挥发损失和环境污染。 铅的主要物理性质密度(20)：11.3437gcm 3熔点：327.5 沸点：1740平均比热(0 1000)：129.8J(kgK)熔化热：4.98kJmol 汽化热：178.8kJmol热导率(0100)：34.9W(mK)电阻率(20 )：20.6cm 莫氏硬度：1.5（很柔软） 在空气中失去光泽，慢慢变成暗灰色，在潮湿的含有二氧化碳的空气中，表面形成碱式碳酸铅薄膜，能阻止铅被进一步氧化；在加热时能与氧、硫、卤素化合生成相应的化合物；铅的氧化物有 3
3、种：氧化铅(PbO)俗称密陀僧，有红色和黄色的两种变体；二氧化铅(PbO 2)为棕色固体，具有强氧化性；四氧化三铅(Pb3O4）俗称铅丹或红丹，是红色粉末。氢氧化铅Pb（OH） 2是两性氢氧化物，既可溶于酸 ，又可溶与碱 。Pb 不与水作用，与盐酸反应时，生成溶解度小的氯化铅覆盖在铅的表面，使反应终止,与硫酸的作用和盐酸相似,能溶于浓热的硫酸中，生成可溶性的硫酸氢铅；Pb 能溶于硝酸、硼氟酸、硅氟酸、醋酸及硝酸银等。由于硝酸铅不溶于浓硝酸，所以与浓硝酸的作用很快会终止。铅的氧化态为2 和4。 摄取铅及其化合物后对人体有毒，它主要贮存在骨骼内，部分取代磷酸钙中的钙，不易排出。维生素 B1 和 C
4、 、芸香苷可改进铅中毒患者的新陈代谢，并加速铅的排出。乙二胺四乙酸二钠钙等有驱铅作用。中草药金钱草煎剂等也能治铅中毒。1.2、铅的主要化合物的性质41.2.1、硫化铅 硫化铅（PbS）在自然界中以方铅矿存在，色黑有金色光泽。密度 7.4-7.6gcm 3 ， 熔点 1135 ，熔化后流动性很大，可透过耐火材料而不起侵蚀作用，极易渗入砖缝。 PbS 中的 Pb 可被对硫亲和力大的金属所置换，如 PbS+Fe=FeS+Pb(T 大于1000),它是炼铅中常见的沉淀反应。 在铅的熔点附近，PbS 不熔于铅中，随着温度的升高，PbS 在铅中的溶解度增加。到 1040时，PbS 与 Pb 的熔合体分为两
5、层。当降温时 PbS 从熔合体中析出。 PbS 溶解于 HNO3及 FeCl3的水溶液中，所以 HNO3及 FeCl3可作方铅矿的浸出剂。 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,开始氧化温度为 360-3801.2.2 氧化铅 氧化铅（PbO）又叫密陀僧。熔点 886，沸点 1472。PbO 是强氧化剂，能氧化 Te 、S、 As、 Sb、 Bi、Zn 等。PbO 是两性氧化物，可与 SiO2和 Fe2O3结合,也可与 CaO MgO 等形成铅酸钙等，还可与 Al2O3结合。PbO 对硅砖和粘土砖的侵蚀作用很强烈。 PbO 是良好的助熔剂
6、。在 PbO 过剩的情况下，难熔的金属氧化物即使不形成化合物也会变成易熔物，在铅冶炼过程中有重要意义。 PbO 难离解，但易被 C 和 CO 还原。1.2.3 硫酸铅硫酸铅的密度(20)6.34gcm 3， 熔点 1170。在高温下吸热分解成 PbSPbSO4和 PbO 都能与 PbS 反应生成金属铅，是硫化铅精矿直接熔炼的反应之一。13铅的主要用途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定剂。
7、 铅对X 射线及 r 射线有良好的吸收能力，广泛用于 X 光机和原子能装置的防护材料。目前，有研究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、微电子和超导材料。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。5（金属铅能很好地阻挡 X 射线和放射性射线。在医院里，大夫作 X 射线透视诊断时，胸前常有一块铅板保护着；在原子能反应堆工作的人员，也常穿着含有铅的大围裙。铅具有较好的导电性，被制成粗大的电缆，输送强大的电流。铅字是人们熟知的，书便是用铅字排版印成的，然而，“铅字”并不完全是铅做的，而使用活字合金浇铸成的。活字合金一般含有 5 一 30的
8、锡和 10 一 20的锑，其余则是铅。加了锡，可降低熔点，便于浇铸。加了锑，可使铅字坚硬耐磨，特别是受冷会膨胀，使字迹清晰。 保险丝也是用铅合金做的，在焊锡中也含有铅。 铅的许多化合物，色彩缤纷，常用作颜料，如铬酸铅是黄色颜料，碘化铅是金色颜料(与硫化锡齐名)。至于碳酸铅，早在古代就被用作白色颜料。考古工作者发掘到的古代壁画或泥俑，其中人脸常是黑色的。经过化学分析和考证，证明这黑色的颜料是铅的化合物硫化铅。其实，古代涂上去的并不是黑色的硫化铅，而是白色的碳酸铅。只不过由于长期受空气中微量硫化氢或墓中尸体腐烂产生的硫化氢的作用，才逐渐变成了黑色的硫化铅。这件事一方面说明碳酸铅作为白色颜料的历史很
9、悠久，另一方面也说明碳酸铅作白色颜料有很大的缺点变黑。现在，我国已不大用碳酸铅作白色颜料，而是用白色的二氧化钛俗称“钛白”。）2炼铅原料21 矿物原料 铅矿石由含铅矿物、共生矿物和脉石组成，分为硫化矿和氧化矿二大类。分布最广的硫化矿（方铅矿 PbS）属原生矿，是炼铅的主要矿石，多与辉银矿Ag2S、闪锌矿（ZnS）共生。含银高的叫银铅矿，含铅高的叫铅锌矿。其它共生矿还有黄铁矿、黄铜矿、辉铋矿等； 氧化矿主要由白铅矿（PbCO3）和铅钒(PbSO 4)组成，属次生矿。 矿石含铅不高，39%，最低含量 0.4%-1.5.。必须进行选矿得到铅精矿用于冶炼2.2 再生铅原料从废旧金属和工业金属废料中提取
10、的金属称为再生金属，或叫二次金属。再生铅原料包含废蓄电池料、各种铅浮渣和铅炉渣、铅烟尘、浸出铅渣、铅锍等。3铅冶金方法 火法炼铅-主要包括焙烧（氧化）-还原熔炼；硫化矿直接熔炼（碱法炼铅） 。 湿法炼铅-主要指浸出法炼铅（包括氯化物、碱、胺等浸出法）6 铅的再生第二章 氧化熔炼1目的和主要方法1.1 目的： 氧化脱硫，使金属硫化物变成易被还原的金属氧化物； 使硫以 SO2逸出，能够制酸。并除去部分砷锑等杂质； 使有价元素富集在高铅渣、铅锍或粗铅中。1.2 主要方法 烧结焙烧-在高温下将粉料烧结成块，以适应鼓风炉还原熔炼；主要设备有烧结盘、烧结锅、烧结机； 富氧熔炼-采用工业高纯氧气，使炉料在高
11、温下迅速发生反应，生成含铅约 40%右的高铅渣，含 SO2达 15-20%以上的烟气，同时产部分一次粗铅。液态高铅渣可直接进行还原炼铅，目前主要经铸渣机铸成小块以适应鼓风炉还原熔铅。主要方法有基夫赛特法（闪速熔炼） 、氧气底吹法（QSL 法和 SKS 法） 、富氧顶吹法（艾萨法、奥斯麦特法） 、富氧侧吹法（瓦纽可夫法）和倾斜式旋转转炉（卡尔多炉）法（又称顶吹旋转转炉法TBRC 法） 。需要说明的是：基夫赛特法和 QSL 法才是真正的一步炼铅法。从硫化铅精矿直接产出粗铅的一系列过程均在一台冶金炉内完成。2基本过程及反应21 水分挥发22 高价化合物及碳酸盐的分解:2FeS2-2 FeS + S2
12、 4CuFeS2-2Cu2S + 4FeS +S2CaCO3-CaO +CO2 MgCO3- MgO +CO223 硫化物的氧化PbS +O2=PbO +SO2 PbS +O2=PbSO4 +SO2PbSO4 +PbS= PbO +SO2 FeS +O2=FeO + SO2ZnS +O2=Zn0 + SO2 As2S3 +O2= As2O3+ SO2其它元素（Cu、Sb Bi Sn Cd）的硫化物也被氧化。24 沉铅反应PbS + PbO=Pb + SO2 PbS +O2=Pb+SO225 造渣反应PbO + SiO2 =PbOSiO2 PbO + Fe2O3 =PbOFe2O3ZnO + S
13、iO2 =ZnOSiO2 ZnO + Fe2O3 =ZnOFe2O37FeO + SiO2 = FeOSiO2 CaO + SiO2 = CaOSiO2MgO、Al 2O3也参与造渣，总的造渣反应：PbO+ZnO+FeO+Fe2O3+SiO2+CaO+MgO+Al2O3= PbOZnOFe2O3FeOSiO2CaOMgOAl2O33主要工艺流程：铅精矿 金/银精矿 石灰石/石英石 碎煤 提金尾渣/铅膏/铅杂料 备/配料 水 园 盘 制 粒 烟尘 富 氧 底 吹 炉 O 2N2水 一次粗铅 高 铅 渣 软化水 烟气 精炼系统 还原熔炼炉 蒸汽 余热锅炉 烟尘发电 电收尘器 烟尘 硫酸系统 布袋收
14、砷器 骤冷塔 砷尘 包装 副产品4炉料和主要产物41 炉料411 原料铅精矿由主元素 Pb、S 和伴生元素 Zn、Fe、Cu、As、Sb、Bi、Sn、Au、Ag及脉石成分 SiO2、CaO、MgO、Al2O3 等组成。主金属 Pb 含量通常大于 40%（高的近 80%） ；Cu 小于 1.5%；Zn5%-9%；As+Sb 小于 1.5%；MgO 小于 2%，Al2O3 小于 4%。铅精矿的粒度 90%小于 0.1mm，堆密度约 2.5，水分 5%-15%.8硫化铅精矿具有较大的发热值，1 吨 PbS 精矿（60%品位左右）氧化并造渣可放出 2Gj 以上的热量。可见，精矿粒度小，比表面积大，化学
15、活性高，硫化物氧化发热值大，精矿本身就是一种燃料，这些都是能采用直接自热熔炼的根本。铅精矿含 S 一般 15%-20%，处理 1 吨 PbS 精矿可生产 0.5 吨硫酸。412 含铅杂料主要有氧化炉、还原炉产烟尘（或铜系统转炉烟尘） ，含 Pb30%-70%;从废铅蓄电池处理得到的铅膏（含 Pb65%-85%） ；铅氧化矿；铅锍以及各种含铅杂料，统称为再生铅原料。 熔剂主要指石灰石和石英石，它们的主要作用是造渣。石英石主要成分为 SiO2，其含量要求 95%以上，粒度小于 10mm生产实践中，除非特殊情况，一般不用石英石，另外可用含 SiO2 较高的 Au 矿或 Ag 矿；石灰石主要成分为 C
16、aCO3，粒度 15-30mm。它在 910时吸热分解成石灰（CaO） ，可以在氧化底吹炉一次加入，但一般分氧化炉和还原炉两次加入，主要是为了在还原炉调整渣型。 燃料富氧底吹炉对燃料的适应性强，固体的、液体的、气体的燃料都行。生产实践中，当炉料发热值不能满足自热熔炼时，一般在配料时加入固体燃料，如碎煤或焦籽。42 主要产物 粗铅在整个熔炼系统中，相对于还原熔炼所产粗铅而言，称其为一次粗铅。一般含：Pb94%-98%、Cu1%、S1%、As+Sb2%，还含有 Ag、Au、Bi、Sn 等有价元素。一次粗铅产率（或一次沉铅率）35%左右，随精矿铅品位的提高而提高。炉内液态粗铅（温度 950左右）由虹
17、吸道、溜槽、中间包、溜槽到元盘铸锭机铸成重不超过 2.0 吨的方梯形粗铅锭，表面平整，不夹铜锍、炉渣及其它杂物。 高铅渣相对于下步还原熔炼所产炉渣而言，称其为初渣。是熔炼系统中诸多金属氧化物的共熔体，主要成分为 PbOZnOFeOFe2O3SiO2CaO，其含量占渣量的 90%以上，另外还含有 MgO、Al2O3 及 Cu、As、Sb、Bi、Cd 等元素的氧化物。一般含：Pb38%-50%、Zn6%-10%、S1%、Fe8%-15% SiO2 7%-14%、 CaO 4%-10%。炉内液态高铅渣由渣口、溜槽直接入还原炉熔炼；目前大部分厂家，利用铸渣机铸成高铅渣块料（冷态） ，再进行鼓风炉还原熔
18、炼（虽然要消耗昂贵的冶金焦，但是工艺相对成熟的多） 。烟尘富氧底吹熔炼烟尘率（相当于铅精矿）一般 15%左右，有时高达 20%以上，相对而言，重复冶炼费用较高。系统烟尘（含余热锅炉尘、电收尘）成分：Pb 60%-70%、S 10%-15%、Zn 1.5%-2.0% 。通过烟尘输送系统返回元盘制粒。当处理含砷物料时，收砷系统得到的砷尘一般含 As2O3 达 85%以上，经袋装作为副产品外售。As2O3 俗名砒霜，是一种巨毒物品。9烟气氧气底吹熔炼烟气温度高，烟气量大，烟气热焓量高，含尘170g/ Nm3（锅炉入口）.含 SO2 气浓大（20%-25%） ，应当经过余热回收和收尘（含收砷）后，再送
19、制酸系统。 5 各主要组分的行为5.1 铁的硫化物黄铁矿（FeS 2）和滋硫铁矿（Fe nSn+1）是硫化铅精矿中的必然生物，当加热到 300以上时，均分解成 FeS 和 S2（蒸气） 。FeS 氧化成 FeO、Fe2O3、 Fe3O4 并形成 2FeOSiO2、mPbOnFe2O3 等各种硅酸盐和铁酸盐进入炉渣。少部分以 FeS 形态入铅锍。5.2 铜的硫化物铜在硫化铅精矿中，以黄铜矿 Cu FeS2、铜蓝（CuS） 、辉铜矿（Cu 2S）等形态存在，部分在高温下分解、氧化成氧化物，以及生成各种硅酸盐和铁酸盐。部分未被氧化以 Cu2S 形态入铅锍。5.3 硫化锌、硫化镉硫化锌在高温下氧化成
20、ZnO，也能生成硅酸盐和铁酸盐入渣；硫化镉在高温下氧化成 CdO，部分入渣，大部分挥发入烟尘。5.4 砷的硫化物砷在硫化铅精矿中，以毒砂（ FeAsS） 、雄黄（As 2S3）等形态存在，在高温下分解、氧化成极易挥发的 As2O3(在 120时已显著挥发)入烟尘。少部分未挥发的进一步氧化成难挥发的 As2O5，与其它金属氧化物作用生成很稳定的砷酸盐入渣。 （FeAsS=As+FeS， 少部分As2S3 也挥发入烟尘）5.5 锑的硫化物锑在硫化铅精矿中，以辉锑矿（Sb 2S3） 、硫锑铅矿（5PbS2 Sb 2S3）等形态存在，在高温下分解、氧化成 Sb2O3,，少量挥发入烟尘。极大部分进一步氧
21、化成稳定且难挥发的 Sb2O4、Sb 2O5，与其它金属氧化物作用生成锑酸盐入渣。5.6 银的硫化物、金银常以辉银矿（Ag 2S）存在于硫化铅精矿中，在高温下氧化成 Ag+ SO2。因此，金和银主要以金属形态留在粗铅和高铅渣中。57 铋的硫化物铋以辉铋矿 Bi2S3存在于硫化铅精矿中，在高温下氧化成 Bi2O3入渣。6烟气处理6.1 余热回收利用氧气底吹熔炼烟气温度 1100-1200，烟气量 15000-20000 Nm3/h，烟气热焓高达 35-45Gj/h，具有极大的余热回收利用价值。出炉烟气经炉口漏风（漏风率 50%-80%）稀释后，温度降至 800-900，气量增到 25000-35
22、000 Nm3/h。经过余热锅炉后，温度降至350-400左右，能产生约 10-13t/h 饱和蒸汽（汽压 3.5-4.0MPa）,并网后送余热发电。同时能回收约 30%的烟尘。1062 电收尘从余热锅炉出来的烟气进入电收尘器（60m2 六电场） ，烟气温度约 350左右，烟气中的尘 99%以上被回收。6.3 骤冷如果处理含砷（0.5%以上）物料，烟气中的砷（As2O3 气体状态）必须予以回收，否则硫酸系统污酸处理难度极大，甚至造成环保事件。电收尘器出来的烟气进入骤冷塔喷水骤冷后，温度从 350左右骤降至 120-150左右，气态的 As2O3 直接转变成固态（跃过胶体态） 。选用 4000，
23、H=12m（有效高度）骤冷塔 1 座，喷水量为 3.7t/h,塔体材质为 316L， ，外设 150厚外保温。6.4 布袋收砷从骤冷塔来的含 As2O3 尘的烟气，经过布袋收砷器将其回收，包装后作为副产品。选用 4000m2带覆膜防腐双系列脉冲袋式除尘器 1 台，正常生产时烟气过滤速度为 0.23m/min。壳体、骨架以及本体进出口均采用不锈钢材质，壳体外保温100，并加本体电加热器。6.5 制酸系统烟气经过降温和除尘后，烟气量约 30000-45000 Nm3/h，温度约 120左右，SO2 气浓约 10%-15%，经 SO2 风机抽至制酸系统。制酸采用比较成熟的高效洗涤器洗涤、3+2（五段
24、）/-两转两吸工艺流程，制酸尾气再经过碱洗脱硫后排空。7核心设备 4.114.5m 氧气底吹炉氧 气 底 吹 熔 炼 是 我 国 自 主 研 发 的 具 有 专 利 知 识 产 权 的 富 氧 熔 池 熔 炼技 术 ， 氧 气 底 吹 熔 炼 炉 是 该 技 术 的 核 心 设 备 。在 氧 气 底 吹 熔 炼 炉 生 产 过 程 中 ， 炉 子 底 部 的 氧 气 喷 枪 将 氧 气 及 保 护 性气 体 （ 氮 气 和 雾 化 水 ） 吹 入 熔 池 ， 使 熔 池 处 于 强 烈 的 搅 拌 状 态 。 炉 料 从炉 子 顶 部 加 入 到 熔 炼 区 的 熔 池 表 面 ， 迅 速 被
25、 卷 入 搅 拌 的 熔 体 中 ， 形 成 良好 的 传 热 和 传 质 条 件 ， 使 氧 化 反 应 和 造 渣 反 应 激 烈 地 进 行 ， 释 放 出 大 量的 热 能 ， 使 炉 料 很 快 熔 化 ， 生 成 粗 铅 和 高 铅 渣 。 在 沉 降 区 进 行 沉 降 分离 后 ， 铅 由 虹 吸 口 放 出 ， 渣 从 渣 口 放 出 ， 烟 气 由 排 烟 口 排 出 ， 进 入 余 热锅 炉 经 降 温 除 尘 后 送 酸 系 统 。氧 气 底 吹 熔 炼 炉 具 有 熔 化 速 度 快 ， 对 炉 料 的 适 应 性 强 ， 烟 气 量 相 对 较小 ， 含 尘 低 ，
26、 SO2 浓 度 高 ， 有 利 于 制 酸 ， 机 械 化 程 度 高 ， 操 作 方 便 ， 烟气 外 溢 少 ， 环 境 条 件 好 等 突 出 优 点 。底 吹 炉 是 一 个 卧 式 圆 筒 型 转 动 炉 ， 炉体为 5070 厚的 16MnR 钢板外11壳内衬耐火砖， 两 端 采 用 封 头 形 式 ， 结 构 紧 凑 。 在 炉 体 的 吹 炼 区 下 部0位 安 装 6 支 氧 枪 。 在 炉 顶 部 的 氧 枪 区 域 设 有 三 个 水 冷 加 料 孔 ， 其中 心 线 与 氧 枪 中 心 错 开 位 于 两 只 氧 枪 水 平 位 置 的 中 间 。 在 吹 炼 区 一
27、 侧的 端 面 上 安 装 一 台 主 燃 烧 器 ， 用 于 开 炉 烘 炉 、 化 料 和 生 产 过 程 中 需 要 进行 补 热 用 。 在 炉 体 的 另 一 端 端 面 上 ， 可 安 装 一 支 辅 助 烧 嘴 ， 需 要 时 用 于熔 化 从 锅 炉 掉 入 炉 内 的 熔 体 结 块 ， 提 高 熔 渣 温 度 。 在 此 端 面 上 设 有 放 渣口 ， 炉 渣 由 此 放 出 ， 经 过 流 槽 进 入 还 原 炉 。 虹 吸 式 放 铅 口 设 在 炉 体 的另 一 端 。 烟 气 出 口 设 在 炉 尾 部 垂 直 向 上 ， 与 余 热 锅 炉 的 上 升 段 保
28、持 一 致 。氧 枪 是 底 吹 熔 炼 炉 至 关 重 要 的 部 件 。 其 基 本 结 构 为 双 层 套 管 式 ，内 管 通 工 业 氧 气 ， 外 管 通 氮 气 及 雾 化 水 用 以 冷 却 保 护 氧 枪 。 氧 枪 是 自 耗式 的 ， 当 氧 枪 的 前 段 腐 蚀 、 烧 损 到 一 定 长 度 就 必 须 更 换 喷 枪 。 炼 铅 的 氧枪 寿 命 相 对 比 较 短 。底 吹 炉 炉 衬 采 用 优 质 镁 铬 砖 砌 筑 ， 在 铅 口 、 渣 口 、 下 料 口 以 及 烟 气 出口 处 等 易 损 坏 部 位 设 置 铜 水 套 保 护 ， 保 证 其 使
29、用 寿 命 。 氧 枪 套 砖 及区 域 砖 结 构 是 特 殊 设 计 的 ， 砖 的 材 质 和 性 能 更 好 ， 可 以 延 长 氧 枪 寿 命 和枪 口 区 砖 体 的 寿 命 。圆 筒 形 的 炉 体 通 过 两 个 滚 圈 支 承 在 两 组 托 轮 上 ， 炉 体 通 过 传 动 装 置 ，拨 动 固 定 在 滚 圈 上 的 大 齿 圈 ， 可 以 做 3600 的 转 动 。 在 生 产 过 程 中 需停 风 、 保 温 或 更 换 氧 枪 时 ， 才 转 动 炉 体 ， 而 只 需 要 转 动 900 就 能 把 氧枪 转 到 液 面 以 上 ， 避 免 氧 枪 被 熔 体
30、 灌 死 ， 氧 枪 从 工 作 位 置 到 转 出 熔 体 需要 40 秒 。 传 动 系 统 由 电 动 机 、 减 速 器 、 小 齿 轮 、 大 齿 圈 组 成 。12第三章 还原熔炼1目的和主要方法1.1 目的最大限度地将高铅渣(或烧结块)中的铅还原得到粗铅，同时使有价元素Au、Ag、Cu、Bi、Sn 等富集其中；最大限度地使 ZnO 入渣，便于下步烟化回收。1.2 主要方法固态高铅渣(或烧结块)还原熔炼。主要工艺设备为鼓风炉；液态高铅渣直接还原熔炼。主要工艺有底吹法、瓦纽可夫法及其它固定式炉侧吹法。2基本原理 游离的氧化铅是易于还原的，而硅酸铅的还原就比较困难，但他们的还原总要比铁
31、和锌的氧化物还原容易得多。因此，能最大限度地将高铅渣(或烧结块)中的铅还原得到粗铅，而 FeO、ZnO 则不被还原而进入渣中。不管有无熔剂参与反应，相同的铅化合物用固体碳还原总比用 CO 还原要容易得多，适当改善熔体粘性，使熔融的炉料与固体 C(当然也包括 CO、H2)充分进行反应，对降低渣含铅是有利的。氧化物 FeO、CaO 使 PbOSiO2 的还原变得容易，这说明碱性熔剂的配入对铅还原是有利的，那么选用高钙渣型是合理的。当然，在不容许大量加入石灰石熔剂的情况下，如处理高锌炉料时，以 FeO 部分代替 CaO 也是可以的。还原熔炼过程基本上有两个步骤：一是碳质燃料的燃烧；二是氧系中亲和力较
32、小的金属氧化物（如氧化铅、硅酸铅等）被还原或沉铅与造渣反应。碳质燃料的燃烧反应C+O2= CO2 +Q CO2+C=CO -Q 金属氧化物的还原及沉铅反应PbO+C(或 CO) =Pb+ CO2 PbOSiO2 +C(或 CO) =Pb+ CO2+ SiO22PbOSiO2 +C(或 CO) =Pb+ CO2+ SiO2PbOFe2O3+C(或 CO) =Pb+ CO2+ Fe2O3 Fe2O3 +C(或 CO) = FeO+ CO2造渣反应高铅渣中的造渣成分（各种金属的氧化物）发生造渣反应，产生复杂的多元熔融体，即： ZnO+FeO+Fe2O3+SiO2+CaO+MgO+Al2O3= ZnO
33、Fe2O3FeOSiO2CaOMgOAl2O3（炉渣）133主要工艺流程高铅渣 石灰石 碎煤 还 原 炉 O2、 N2、空气、水、粉煤 二次粗铅 炉 渣 烟气 软化水 精炼系统 烟 化 炉 蒸汽 余热锅炉 烟尘 发电 表面冷却器 烟尘 布袋收尘器 烟尘 环保烟窗 脱硫系统 风机 熔炼制粒4炉料和产物4.1 炉料4.1.1 高铅渣主要成分为 PbOZnOFeOSiO2CaO，其含量占渣量的 90%以上，另外还含有 MgO、Al2O3 及 Cu、As、Sb、Bi、Cd 等元素的氧化物。一般含：Pb38%-50%、Zn6%-10%、S1%、Fe8%-15% SiO27%-14%、CaO 4%-10%
34、。氧化炉内液态高铅渣（温度 1000-1100左右）由渣口、溜槽入还原炉直接熔炼；目前大部分厂家，利用铸渣机铸成高铅渣块料（冷态） ，再进行鼓风炉还原熔炼（虽然要消耗昂贵的冶金焦，但是工艺相对成熟的多） 。4.1.2 熔剂石灰石熔剂主要成分为 CaCO3，粒度 10-30mm。它在 910时吸热分解成石灰（CaO） ，可以在氧化底吹炉一次加入，但一般分氧化炉和还原炉两次加入，主要是为了在还原炉调整渣型。4.1.3 燃料及还原剂还原炉对燃料的适应性强，固体的、液体的、气体的燃料都行。目前在生产实践中，一般采用气体和固体燃料作还原剂，如天然气、粉煤并加入部分碎煤或焦籽。鼓风炉使用冶金焦还原剂。4.
35、2、 产物4.2.1 粗铅在整个系统中，相对于氧化熔炼所产粗铅而言，我们称其为二次粗铅。一14般含：Pb94%-98%、Cu3%、S1%、As+Sb2%，还含有 Ag、Au、Bi、Sn 等有价元素。炉内液态粗铅（温度 950左右）由虹吸口、溜槽、中间包、溜槽到元盘铸锭机，铸成不超过 2.0 吨的方梯形粗铅锭，表面平整，不夹铜锍、炉渣及其它杂物。4.2.1 炉渣在整个系统中，相对于氧化熔炼所产炉渣而言，一般称其为终渣。是熔炼系统中诸多氧化物的共熔体，主要成分为 ZnOFeOSiO2CaO，其含量占渣量的 90%以上，另外还含有 MgO、Al2O3 等元素的氧化物。一般含：Pb26%、Zn1020
36、%、S1%、Fe26% SiO224%、CaO 15%-16%。炉内液态炉渣（温度 1100-1200左右）由渣口、溜槽直接入烟化炉吹炼；4.2.2 烟尘还原熔炼烟尘率（相当于高铅渣）一般 10%左右，相对而言，重复冶炼费用也较高。系统烟尘（含余热锅炉尘、冷却烟道尘、电收尘）成分：Pb60%-70%、S1.0%、Zn5% 。通过烟尘输送系统返回熔炼元盘制粒。4.2.3 烟气还原熔炼烟气温度 1100-1300， ，烟气量 10000Nm3/h,含尘300g/ Nm3.含 SO2 气浓 0.5%以下，应当经过余热回收和收尘后，再送工艺烟气脱硫系统。5各主要组分的行为5.1 铁的化合物铁主要以 F
37、e2O3（铁酸盐的形式） 、FeO（硅酸铁的形式）及 Fe3O4 存在于高铅渣中。在还原熔炼过程中，铁酸铅和 Fe3O4 中的铁主要被还原成 FeO，以硅酸铁的形式入渣；以铁酸锌形式的 Fe2O3，一般不会被还原而直接入渣；当然，在强还原性气氛下，也有少量 FeO 被还原成 Fe 入粗铅（在鼓风炉还原熔炼时，发现有炉缸积铁现象） ；高铅渣含 S 越高，入铅锍相的 Fe 越多。5.2 铜的化合物高铅渣中的铜主要以 Cu2O、Cu2OSiO2、Cu2S 的形态存在。Cu2S 在还原熔炼过程中不会变化而直接入铅锍（可以单独排放，一般和粗铅一起排放） ；高铅渣含 S 高，Cu2O 将与其它金属硫化物反
38、应变成 Cu2S 入铅锍，例如如下硫化过程：Cu2O+FeS=Cu2S+FeO；高铅渣含 S 很少时，Cu2O 被还原成 Cu 入粗铅；仍有少量Cu2OSiO2 未能完全被还原直接入渣。 5.3 锌的化合物锌在高铅渣中以 ZnO、ZnOFe2O3 状态存在，只有少部分以 ZnS 的形态。在还原熔炼过程中不起变化而直接入炉渣及铅锍。5.4 砷、锑、铋、锡、镉的化合物高铅渣中的 As 以砷酸盐状态存在，在还原熔炼过程中被还原成 As2O3 和As,，As2O3 挥发入烟尘，砷的 一部分入粗铅，一部分入渣（黄渣） ；锑的化合物在还原熔炼过程中的行为与砷相似；锡主要以 SnO2 形态存在，在还原熔炼过
39、程中被还原成 Sn 进入粗铅，很少部分进入烟尘、炉渣、铅锍；镉主要以 CdO 形态存在，在还原熔炼过程中被还原成金属镉。由于镉的沸点低（776） ，易于15挥发，大部分镉进入烟尘；铋主要以 Bi2O3 形态存在，在还原熔炼过程中被还原成金属进入粗铅中。5.5 金和银：铅是金、银的捕收剂，熔炼时，大部分进入粗铅。5.6 脉石成分炉料中的脉石成分 SiO2、CaO、MgO、Al2O3 等，在还原熔炼过程中不会被还原，全部与 FeO 一道形成炉渣。6烟气处理6.1 余热回收利用还原熔炼炉烟气温度高，烟气量较大，烟气热焓可达 20-25Gj/h，具有极大的余热回收利用价值。出炉烟气经炉口漏风（漏风率
40、50%-80%）稀释后，温度降至 800-900，气量增到 15000-20000 Nm3/h。经过余热锅炉后，温度降至350-400左右，能产生约 12t/h 饱和蒸汽（蒸汽压力 3.5-4.0MPa）,并网后送余热发电。同时能回收约 30%的烟尘。62 强制冷却余热锅炉出来的烟气经过 1200m2表面冷却器强制冷却后，温度降至120-150左右。表面冷却器是一组 U 型钢管，冷却介质为空气。也能回收部分烟尘。63 布袋收尘器布袋收尘器处理的工况烟气量为 36350. m3/h，考虑生产波动，选用 3200的脉冲布袋收尘器 1 台，过滤风速 0.20m/min。64 尾气脱硫布袋收尘器出来的
41、烟气经引风机（Q=45000m 3/h, P=4500Pa, 110kW,380V，风机电机采用变频调速器调速）引至工艺脱硫系统进一步净化后排空。7核心设备 4.118.5m 高铅渣底吹还原炉 还原炉具有足够大的容积，炉渣在炉内的停留时间超过 10 小时，充分保证炉渣的还原和沉淀分离。高铅渣底吹还原电炉的规格为 4.118.5m，分为炉体、400 石墨电极装置（3 套）和粉煤喷枪（10 支）三大部分。炉壳采用60厚的 16MnR 钢板卷制拼焊而成，还原段底部砖体加厚并砌成了沿轴线的斜度为 1/100 的缓坡，这样有利于还原过程中粗铅的沉降和凝聚，可提高还原效率。三根石墨电极铅炉体轴线排列，由一
42、台三相变压器供电，变压器功率3000KVA，电压极数从 30V 到 120V 共 10 级，输入炉内功率可根据需要而调节。当转动炉体时，必须先将电极拔出炉外。高铅渣底吹还原电炉的主要技术性能如下：炉子规格： 4.118.5m炉子转速： 0.41r/min转动装置电机功率： 132kW水套冷却水量： 70t/h粉煤喷枪数量： 10 支二次电压： 30-60-120V（10V 一级，共 10 级）16二次侧最大电流： 28868A电极直径： 400（3 根石墨电极）电极最大行程： 3600电极升降速度： 1.4514.5m/min第四章 烟化炉吹炼1目的和主要方法 综合回收炉渣中的锌、铅、锡、镉等
43、有价金属和 In、Ge 等稀有金属。 通常有回转窑挥发法和烟化炉吹炼法。 烟化炉吹炼法具有生产能力大，金属直收率高，可用廉价的低级煤作燃料等优点；同时，燃料消耗量少，容易实现自动化，尤其可实现余热利用等。因此，被广泛用于处理铅还原炉渣。2基本原理 烟化炉吹炼的实质是一个还原挥发过程：把空气和粉煤吹入烟化炉内的熔池中，燃烧后产生热量和 CO,使熔渣保持高温，并使熔渣中的化合物和游离的 ZnO及 PbO 还原成锌和铅的蒸汽，上升到炉子的上部空间，遇到含 CO2 烟气或三次风口来的空气再度被氧化成 ZnO 及 PbO 以烟尘状态被收集。熔渣中含有 Sn,其挥发过程与 Pb、Zn 相似。因此，收集到的
44、烟尘大部分为 ZnO 及 PbO，此外为少量的 SnO2 及铅和锡的硫化物，还有易挥发的稀有元素。 燃烧反应C+O2=CO+Q C+O2=CO2+Q H2+O2=H2O+Q金属氧化物的还原反应MeO+CO=Me+ CO2-Q MeO+C=Me+ CO-Q (Me 指 Zn、Pb、Sn 等元素)金属蒸汽的再氧化Me+O2= MeO Me+ CO2= MeO+CO烟化炉烟化法属于熔池熔炼，当温度在 1200以上时，ZnO、ZnOFe2O3 的还原已进行得比较完全，硅酸锌也大部分还原。铅化合物的还原比锌化合物容易，所以在满足锌挥发的条件下（有比较高的还原气氛） ，铅的挥发已相当彻底了。 熔池温度和还
45、原气氛靠调整风煤比来实现。烟化过程是周期性作业，每一17个周期分提温和还原两个阶段，提温阶段的空气过剩系数（实际消耗空气量与理论所需空气量的比）a=0.81.0，使 C 几乎完全燃烧，以提高熔池的温度；还原阶段的 a=0.60.7，使 C 不完全燃烧而产生一定的 CO,提高炉内的还原气氛。3主要工艺流程还原炉渣 空 气 原煤 烟 化 炉 粉煤 粉煤制造 空气 炉渣 烟气 除盐水 渣水淬系统 饱和蒸汽 余热锅炉 烟尘 水淬渣 发 电 表面冷却器 烟尘 布袋收尘器 烟尘 环保烟囱 脱硫系统 风机 氧化锌尘 包装 4炉料和产物4.1 原料和燃料/还原剂烟化炉处理的含 Pb、Zn 原料有两类：一是铅还
46、原炉的熔融渣；另一是还原炉的水淬渣、渣溜槽及烟化炉烟道结壳、富锌氧化矿（15%-30%Zn）和 其它含锌固体冷料。冷料量一般不超过 30%。大多数工厂的烟化炉通常用粉煤作还原剂和燃料，对煤质没有严格的要求，粉煤中挥发分高（含 H 高）对烟化过程有利；粒度对挥发效果和烟尘质量有比较大的影响，因此一般要求粉煤颗粒 80%-85%以上小于 0.074mm（-200 目） ，其中 0.020.05mm 粒级应占多数，粉煤水分不超过 1%，利于输送和储存。4.2 主要产物18炉渣烟化的主要产物包括氧化锌尘和水淬渣。4.2.1 氧化锌尘的主要成分为铅、锌氧化物及少量 In、Ge、Cd、Sn 稀有元素，是炉
47、渣烟化的主要产物，受原料成分、工艺控制参数等影响，不同集尘点捕集到的氧化锌尘不仅化学成分差异较大，外观颜色差异也明显。一般含 10%-20%Pb、40%-65%Zn，其中，以最后产的布袋尘含锌量最高，一般大于 60%Zn，颜色也更白，明显优于锅炉尘和烟道尘。 4.2.2 还原炉渣经烟化炉吹炼，熔渣中的 Pb、Zn、Ge 可分别降至 0.1%-0.5%、2%-4%和 0.001%以下。经水淬后一般成分（%）：21-26Fe、20-25SiO2、18-21CaO、5-7Al2O3，可作为生产硅酸盐水泥的原料。渣成分对锌的挥发速度的影响：（1）提高 CaO 含量有利于锌的挥发；（2）FeO对锌的挥发影响较小；（3）提高 SiO2 和
