鼓风炉还原熔炼的基本原理.ppt

《鼓风炉还原熔炼的基本原理.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《鼓风炉还原熔炼的基本原理.ppt（93页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、第第4章章 还原熔炼的基本原理还原熔炼的基本原理4.1 概述概述 铅锌锡锑铋等重金属的还原熔炼是以氧化矿或硫化矿的焙烧产物为原料，以碳铅锌锡锑铋等重金属的还原熔炼是以氧化矿或硫化矿的焙烧产物为原料，以碳质还原剂兼作燃料，在高温炉内进行熔融和还原冶炼，呈液态（气态冷凝后）产质还原剂兼作燃料，在高温炉内进行熔融和还原冶炼，呈液态（气态冷凝后）产出金属，同时使脉石和杂质形成炉渣被分离出去。还原熔炼（出金属，同时使脉石和杂质形成炉渣被分离出去。还原熔炼（MO（包括金属硅（包括金属硅酸盐、铁酸盐等）还原为酸盐、铁酸盐等）还原为M）的主要特征为）的主要特征为:还原剂均为固体碳质还原剂。高温下，实际为还原剂

2、均为固体碳质还原剂。高温下，实际为CO。碳的气化反应（布多尔反。碳的气化反应（布多尔反应，波应，波贝反应）。贝反应）。被还原金属以被还原金属以MO或硅酸盐、铁酸盐等形态存在；还原过程既有气固反应，又或硅酸盐、铁酸盐等形态存在；还原过程既有气固反应，又有液固反应。有液固反应。产出液态金属。对沸点低的金属（如锌）则以气态产出，再冷凝为液态；产出液态金属。对沸点低的金属（如锌）则以气态产出，再冷凝为液态；鼓风炉中，焦炭为燃料和还原剂。在强还原气氛与提供过程所需热量间，存鼓风炉中，焦炭为燃料和还原剂。在强还原气氛与提供过程所需热量间，存在矛盾。密闭鼓风炉炼铅锌，通过预热鼓风使这一问题得到解决。在矛盾。

3、密闭鼓风炉炼铅锌，通过预热鼓风使这一问题得到解决。表4-1位于位于CO-CO2线上方的氧化线上方的氧化物易还原，贵金属、铜等进物易还原，贵金属、铜等进入粗铅；入粗铅；SiO2,CaO,Al2O3等不会被还等不会被还原，进入炉渣；原，进入炉渣；ZnO在在1500K以内，比以内，比FeO难还原，进入炉渣；难还原，进入炉渣；应控制还原条件，使应控制还原条件，使FeO进进入炉渣，而不被还原为金属入炉渣，而不被还原为金属铁；铁；As,Sb,Bi部分以低价氧化物部分以低价氧化物挥发，部分被还原进入粗铅。挥发，部分被还原进入粗铅。图图4-14-14.2 4.2 还原熔炼的原理与反应还原熔炼的原理与反应 4.

4、4 鼓风炉炼铅鼓风炉炼铅4.4.1 铅烧结块鼓风炉还原熔炼的目的铅烧结块鼓风炉还原熔炼的目的 烧结焙烧得到的铅烧结块中的铅主要以烧结焙烧得到的铅烧结块中的铅主要以PbO（包括结合态的硅酸铅和铁酸铅）（包括结合态的硅酸铅和铁酸铅）和少量的和少量的PbS、金属、金属Pb及及PbSO4形态存在，此外还含有伴存的形态存在，此外还含有伴存的Cu、Zn、Bi等等有价金属和贵金属有价金属和贵金属Ag、Au以及一些脉石氧化物。以及一些脉石氧化物。最大限度地将烧结块中的铅还原出来获得金属铅，同时将最大限度地将烧结块中的铅还原出来获得金属铅，同时将Au、Ag、Bi等贵等贵金属富集其中；金属富集其中；将铜还原进入粗

5、铅；若烧结块中含将铜还原进入粗铅；若烧结块中含Cu、S 都高时，则使铜呈都高时，则使铜呈Cu2S形态进入形态进入铅锍（俗称铅冰铜）中，以便下一步回收；铅锍（俗称铅冰铜）中，以便下一步回收；如果炉料中含有如果炉料中含有Ni、Co时，使其还原进入黄渣（俗称砷冰铜）；时，使其还原进入黄渣（俗称砷冰铜）；将烧结块中一些易挥发的有价金属化合物将烧结块中一些易挥发的有价金属化合物(CdO）富集于烟尘中，便于进一）富集于烟尘中，便于进一步综合回收；步综合回收；使脉石成分使脉石成分(SiO2、FeO、CaO、MgO、Al2O3)造渣，锌也以造渣，锌也以ZnO形态入渣，形态入渣，便于回收。便于回收。4.4.2

6、铅鼓风炉炉料组成与熔炼过程发生的主要过程铅鼓风炉炉料组成与熔炼过程发生的主要过程 物料物料：炉料和燃料。炉料的主要组成是自熔烧结块（占：炉料和燃料。炉料的主要组成是自熔烧结块（占9090100100）；熔）；熔剂在烧结就配好了。其它炉料有返料、铁屑、萤石、石英块（烧结块残硫高、剂在烧结就配好了。其它炉料有返料、铁屑、萤石、石英块（烧结块残硫高、熔炼炉渣渣型改变以及炉况不正常时可添加）等。燃料为焦炭，为炉料的熔炼炉渣渣型改变以及炉况不正常时可添加）等。燃料为焦炭，为炉料的9%9%14%14%。焦炭既是燃料也是还原剂。国内外各炼铅厂烧结块成分及鼓风炉炉料。焦炭既是燃料也是还原剂。国内外各炼铅厂烧结

7、块成分及鼓风炉炉料组成见表组成见表4 42 2、表、表4-3.4-3.烧结块化学成分烧结块化学成分：含铅：含铅40405050，含硫率视块中铜、锌含量而定。含锌高，含硫率视块中铜、锌含量而定。含锌高时，应进行死烧，彻底脱硫；含铜高于时，应进行死烧，彻底脱硫；含铜高于1.5%1.5%，则应留少量的硫；若含铜、锌都，则应留少量的硫；若含铜、锌都高时，先进行死烧，在鼓风炉熔炼时，则加入少量黄铁矿使铜硫化而造锍。高时，先进行死烧，在鼓风炉熔炼时，则加入少量黄铁矿使铜硫化而造锍。FeOFeO、SiO2SiO2、CaOCaO、MgOMgO、Al2O3Al2O3等成分应符合选定的渣型。烧结块物相分析实例等成

8、分应符合选定的渣型。烧结块物相分析实例如表如表4-44-4。块度块度：5050120mm120mm，小于，小于50mm50mm和大于和大于120mm120mm的不大于的不大于2525；空隙度：不小于；空隙度：不小于50506060；强度：烧结块的转鼓率为；强度：烧结块的转鼓率为28%28%4040，或从，或从1.5m1.5m高处三次自然落高处三次自然落至水泥地面或钢板上，经筛分后，小于至水泥地面或钢板上，经筛分后，小于10mm10mm的重量低于的重量低于15152020。铅鼓风炉。铅鼓风炉用焦炭性质实例用焦炭性质实例4-24-24-34-3 鼓风炉中一般不加返渣鼓风炉中一般不加返渣(占用炉子生

9、产能力占用炉子生产能力,增加焦炭的消耗增加焦炭的消耗)。铁、硅、钙熔剂。铁、硅、钙熔剂和萤石应严格拒绝入炉，只作炉况不好，渣型变化时临时措施之用。和萤石应严格拒绝入炉，只作炉况不好，渣型变化时临时措施之用。对焦炭的质量要求：对焦炭的质量要求：高热值，高热值，保证化学反应过程和熔炼过程进行；保证化学反应过程和熔炼过程进行；高着火温度，高着火温度，避免在炉子上部发生过早的燃烧；避免在炉子上部发生过早的燃烧；适当孔隙率，提高透气性，促进空气与炉气在料柱中均匀分布；适当孔隙率，提高透气性，促进空气与炉气在料柱中均匀分布；足够的机械强度，足够的机械强度，防止在炉子下部被压碎或磨碎；防止在炉子下部被压碎或

10、磨碎；少量灰分和水分。少量灰分和水分。某厂具体要求：固定碳某厂具体要求：固定碳7580，灰分小于，灰分小于16；发热值；发热值2529MJ/kg；着火温度；着火温度600800，孔隙率，孔隙率4050；抗压强度大于；抗压强度大于7.0MPa；块度；块度50100mm。表表4-54-54.4.2 熔炼过程发生的主要过程熔炼过程发生的主要过程碳质燃料燃烧；碳质燃料燃烧；金属氧化物还原；金属氧化物还原；脉石及氧化锌成分造渣等过程；脉石及氧化锌成分造渣等过程；可能还发生硫化物形成锍、砷化物形成黄渣过程；可能还发生硫化物形成锍、砷化物形成黄渣过程；上述熔体产物的沉淀分离过程上述熔体产物的沉淀分离过程4.

11、4.3 4.4.3 铅鼓风炉还原熔炼的理论基础铅鼓风炉还原熔炼的理论基础 氧化铅还原热力学氧化铅还原热力学 （根据炉内上下区域温度）（根据炉内上下区域温度）327327 ：PbO(s)+CO=Pb(s)+COPbO(s)+CO=Pb(s)+CO2 2+63625J +63625J 327 327883883：PbO(s)+CO=Pb(l)+COPbO(s)+CO=Pb(l)+CO2 2+58183J+58183J 883:PbO(l)+CO=Pb(l)+CO883:PbO(l)+CO=Pb(l)+CO2 2+67895J+67895J 均为放热反应，反应的平衡常数方程为均为放热反应，反应的平衡

12、常数方程为 lgKlgKp p=3250/T+0.41710=3250/T+0.41710-3-3T+0.3T+0.3 由表可知：还原所需由表可知：还原所需COCO浓度不大，低于浓度不大，低于10001000，为万分之几至千分之几，高，为万分之几至千分之几，高于于10001000为为3 35 5。不管固体氧化铅还是液体氧化铅都易还原。不管固体氧化铅还是液体氧化铅都易还原。T T高，所需高，所需COCO浓度也越大。浓度也越大。PbOPbO被被C C直接还原反应为：直接还原反应为：PbOPbOC CPbPbCOCO90581.84J90581.84J 为吸热反应，在为吸热反应，在400400500

13、500时已较为显著，在时已较为显著，在700700时，则强烈进行。时，则强烈进行。表表4-64.4.3 4.4.3 铅鼓风炉还原熔炼的理论基础铅鼓风炉还原熔炼的理论基础复杂铅氧化物复杂铅氧化物(PbO(PbOSiO2)还原的热力学还原的热力学 PbO.SiOPbO.SiO2(2(晶体）晶体）COCOPbPb(液液)+SiO+SiO2(2(无定形）无定形）COCO2 2 2PbO.SiO 2PbO.SiO2(2(晶体）晶体）2CO2CO2Pb2Pb(液液)+SiO+SiO2(2(无定形）无定形）2CO2CO2 2 硅酸铅（硅酸铅（(XPbOySiO2)）是烧结块中最多的一种结合态氧化铅，熔化温度

14、是烧结块中最多的一种结合态氧化铅，熔化温度为为720-800,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。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。还原反应进行的极限以氧化物形态残留在炉渣中的金属铅量，按如下反应进行：还原反应进行的极限以氧化物形态残留在炉渣中的金属铅量，按如下反应进行：PbO(熔渣熔渣)+CO=Pb(l)+CO2 G=-87320+8.95T(J)PCO2/PbO.XPbO.PCO=K=425 (1473K,aPb=1)XPbO=PCO2/PCO.PbO.425其中其中PbO 作为碱性较强的氧化物，在铁硅酸盐炉渣中的活度系数被认为是作为碱性较强

15、的氧化物，在铁硅酸盐炉渣中的活度系数被认为是0.3，计算计算PCO2/PCO与与 XPbO和和wpb(炉渣中铅的百分含量）的关系如表炉渣中铅的百分含量）的关系如表4-8t/t/t/Kt/K计算值计算值平衡气相中平衡气相中(CO+CO(CO+CO2 2）中）中COCO含量含量/%/%lgKplgKpCO/%CO/%纯纯PbOPbO2PbO.SiO2PbO.SiO2 2PbO.SiOPbO.SiO2 25005006006007007007737738738739739735.0845.0844.6244.6244.2594.2598.2108.2104 42.37102.37103 33.741

16、03.74103 31.1101.1103 33.7103.7103 38.5108.5103 33.4103.4102 29.4109.4102 22.1102.1101 11.2101.2101 18.2108.2101 18.2108.2101 1表表48 复杂铅氧化物用复杂铅氧化物用CO还原时平衡气相中还原时平衡气相中CO含量含量由上表可知，复杂铅氧化物被由上表可知，复杂铅氧化物被COCO还原比游离还原比游离PbOPbO要困难得多。通过热力学计算要困难得多。通过热力学计算 固固体炭和一氧化碳还原氧化铅和硅酸铅的反应标准自由焓变化与温度的关系图，即体炭和一氧化碳还原氧化铅和硅酸铅的反应标

17、准自由焓变化与温度的关系图，即直接还原和间接还原的直接还原和间接还原的G G0 0T T图（图图（图4 42 2）。）。表表4-7 还原气氛对炼铅渣渣含铅的影响4-24-2 1、不管有无熔剂参与反应，同一种铅化合物用固体炭还原比一、不管有无熔剂参与反应，同一种铅化合物用固体炭还原比一氧化碳还原容易得多。氧化碳还原容易得多。2、在无碱性氧化物在无碱性氧化物FeOFeO和和CaOCaO参与情况下，铅氧化物被还原的参与情况下，铅氧化物被还原的顺序为顺序为PbOPbO、2PbO.SiO2PbO.SiO2 2和和PbO.SiOPbO.SiO2 2，但在有碱性氧化物存在时，但在有碱性氧化物存在时，难易顺序

18、发生变化。难易顺序发生变化。CaOCaO存在时，为存在时，为PbO.SiOPbO.SiO2 2 、2PbO.SiO2PbO.SiO2 2 、PbOPbO，FeOFeO存在时，为存在时，为PbO.SiOPbO.SiO2 2 、PbOPbO、2PbO.SiO2PbO.SiO2 2 。3 3、由于、由于CaOCaO与与SiOSiO2 2形成多种硅酸盐形成多种硅酸盐,所以炉料中所以炉料中CaO:SiOCaO:SiO2 2的比的比值对还原反应进行程度有很大关系。生成值对还原反应进行程度有很大关系。生成3CaO.SiO3CaO.SiO2 2的的G G0 0负值最负值最大，因此，从降低鼓风炉熔炼的渣含铅损失

19、以及提高含锌炉渣烟化大，因此，从降低鼓风炉熔炼的渣含铅损失以及提高含锌炉渣烟化处理时的金属回收率出发，要求选用高钙渣型是合理的（但与提高处理时的金属回收率出发，要求选用高钙渣型是合理的（但与提高烧结脱硫和降低冶炼成本有矛盾）。在某种情况下，熔炼过程不容烧结脱硫和降低冶炼成本有矛盾）。在某种情况下，熔炼过程不容许大量加入石灰石熔剂时，以许大量加入石灰石熔剂时，以FeOFeO代替部分代替部分CaOCaO也是可以的，在处理也是可以的，在处理高锌炉料时，选用含铁高的渣型，增大炉渣对高锌炉料时，选用含铁高的渣型，增大炉渣对ZnOZnO的溶解度，有利的溶解度，有利于炉况顺行。于炉况顺行。4 4、硅酸铅的直

20、接还原或间接还原，如没有碱性氧化物参与是、硅酸铅的直接还原或间接还原，如没有碱性氧化物参与是困难的困难的(CaO(CaO可以置换硅酸铅中的铅），甚至是不可能的。可以置换硅酸铅中的铅），甚至是不可能的。铅烧结块中其它金属氧化物的还原铅烧结块中其它金属氧化物的还原 在烧结块中除铅化合物外，还有铁、锌、铜、锡、锑、砷锑铋镍镉等杂质化在烧结块中除铅化合物外，还有铁、锌、铜、锡、锑、砷锑铋镍镉等杂质化合物，它们在熔炼过程中的行为，对于熔炼的结果具有重要的意义。合物，它们在熔炼过程中的行为，对于熔炼的结果具有重要的意义。在在10001000，还原顺序：，还原顺序：CuCu2 2O O、PbOPbO、NiO

21、NiO、CdOCdO、FeFe3 3O O4 4、FeOFeO、ZnOZnO、CrCr2 2O O3 3、MnOMnO等。决定了熔炼过程金属是被还原还是被渣化，可以确定主金属中的杂质含量。等。决定了熔炼过程金属是被还原还是被渣化，可以确定主金属中的杂质含量。由于由于AlAl2 2O O3 3、CaOCaO、MgOMgO、SiOSiO2 2之间对氧亲和力相差很大，容易实现这些氧化物造渣之间对氧亲和力相差很大，容易实现这些氧化物造渣和和PbOPbO还原。还原。化学反应通式为：化学反应通式为：MOMOCOCO MMPbPbCOCO2 2 式中式中 MMPbPb为溶解于铅液中金属杂质为溶解于铅液中金属

22、杂质CuCu、BiBi、AsAs、SbSb等。等。当被还原出的元素溶于主金属熔体中，则该元素氧化物变得容易还原。这就当被还原出的元素溶于主金属熔体中，则该元素氧化物变得容易还原。这就是粗铅中为何含有其它杂质元素甚至是难以还原的杂质的原因；当杂质元素在粗是粗铅中为何含有其它杂质元素甚至是难以还原的杂质的原因；当杂质元素在粗铅的浓度还很小时，该杂质元素的氧化物越易被还原。铅的浓度还很小时，该杂质元素的氧化物越易被还原。铅烧结块中其它金属氧化物的还原铅烧结块中其它金属氧化物的还原 杂质以复杂氧化物存在时，实际上是从硅酸盐融体中还原杂质以复杂氧化物存在时，实际上是从硅酸盐融体中还原MO MO：（MO

23、MO）渣渣COCOM+COM+CO2 2 例如：例如：(Cu2O）渣渣CO2Cu+CO2 (Bi2O3）渣渣3CO2Bi+3CO2 (AS2O5）渣渣5CO2Bi+5CO2 (Sb2O5）渣渣5CO2Bi+5CO2 (ZnO）渣渣COBi+CO2 Cu Cu、BiBi对氧的亲和力很小，大部分被还原进入粗铅，对氧的亲和力很小，大部分被还原进入粗铅，AsAs、SbSb及及SnSn对氧的亲和对氧的亲和力虽大于铅，但它们在铅中溶解度很大，也容易还原进入粗铅。锌对氧的亲和力力虽大于铅，但它们在铅中溶解度很大，也容易还原进入粗铅。锌对氧的亲和力大，难被碳还原，大部分呈大，难被碳还原，大部分呈ZnOZnO入

24、渣。但也有少量的入渣。但也有少量的ZnOZnO在炉子下部被在炉子下部被COCO、C C所还所还原：原：ZnO+COZnO+CO=Zn(=Zn(气）气）+CO+CO2 2 产出的的锌蒸汽随炉气上升，被炉气中的产出的的锌蒸汽随炉气上升，被炉气中的COCO2 2 、H H2 2O O和和 O O2 2氧化为氧化为ZnOZnO（次氧化（次氧化锌），也可以被炉气中的锌），也可以被炉气中的SOSO2 2 所硫化为所硫化为ZnSZnS。如果氧化锌和硫化锌若沉积于半融。如果氧化锌和硫化锌若沉积于半融状态的碎料上或炉壁上，在炉子上部产生炉结；若氧化锌沉积在炉料表面空隙之状态的碎料上或炉壁上，在炉子上部产生炉结；

25、若氧化锌沉积在炉料表面空隙之间，就会随炉料下降到炉子下部，重新还原为间，就会随炉料下降到炉子下部，重新还原为ZnZn蒸汽，又炉气上升，如此循环。蒸汽，又炉气上升，如此循环。因此在处理高锌铅精矿时要求烧结块残硫低，一般铅精矿锌在因此在处理高锌铅精矿时要求烧结块残硫低，一般铅精矿锌在5%5%以下。以下。CO还原金属氧化物与温度和炉渣中还原金属氧化物与温度和炉渣中MO活度的关活度的关系系4-34-3铁的氧化物还原铁的氧化物还原 1 1、由于、由于FeOFeO在熔体中的浓度大大低于其独立存在时的浓度，即在熔体中的浓度大大低于其独立存在时的浓度，即FeOFeO1 1，使使FeOFeFeOFe的还原曲线上

26、移，故的还原曲线上移，故FeOFeO在铅鼓风炉内还原为金属铁是不大可能。在铅鼓风炉内还原为金属铁是不大可能。炉内积铁现象只是由于局部产生强烈的还原气氛所引起。炉内积铁现象只是由于局部产生强烈的还原气氛所引起。2 2、由于铁对氧的亲和力高于铅对氧的亲和力，即、由于铁对氧的亲和力高于铅对氧的亲和力，即G G0 0FeO FeO G G0 0PbOPbO，根据，根据G GRTlnKpRTlnKp得得KpKp（FeFe）KpKp（Pb)Pb)，对反应式，对反应式：（：（MOMO）CO=M+COCO=M+CO2 2,平衡常数平衡常数Kp=pKp=pCOCO(MO)(MO)/p/pCOCO2 2MM，Kp

27、Kp越大越大(MO)(MO)也越大，即在熔渣中的浓度也越大也越大，即在熔渣中的浓度也越大,所所以以FeOFeO留在熔渣中的浓度也越大，留在熔渣中的浓度也越大，FeOFeO不易还原；不易还原；MM越大且接近于越大且接近于1 1，则还原，则还原所需所需p pCOCO也越大，越不易还原。也越大，越不易还原。实际上，铅鼓风炉应保持的还原气氛是使铁的各种氧化物还原实际上，铅鼓风炉应保持的还原气氛是使铁的各种氧化物还原至至FeOFeO，而不出现金属铁，即图，而不出现金属铁，即图4 43 3中虚线构成的阴影部分。中虚线构成的阴影部分。铅烧结块中金属硫化物在熔炼过程中的行为铅烧结块中金属硫化物在熔炼过程中的行

28、为 烧结块中有少量烧结块中有少量PbSPbS与与PbSOPbSO4 4，PbSPbS主要进入铅锍中，少部分挥主要进入铅锍中，少部分挥发；发；PbSOPbSO4 4可被还原成可被还原成PbSPbS进入铅锍。进入铅锍。CuCu2 2S S与与PbSPbS、FeSFeS形成贫铜锍（形成贫铜锍（Cu10Cu101515）。）。ZnSOZnSO4 4部分离解：部分离解：2ZnSO2ZnSO4 42ZnO2ZnOSOSO2 2O O2 2；部分被；部分被COCO还原：还原：ZnSOZnSO4 44CO4COZnSZnS4CO4CO2 2 ZnSZnS在是非常有害的物质，在熔炼过程中进入炉渣和锍相，使在是非

29、常有害的物质，在熔炼过程中进入炉渣和锍相，使炉渣粘度增大，难溶性增加；使锍相密度降低，熔点升高，导致熔炉渣粘度增大，难溶性增加；使锍相密度降低，熔点升高，导致熔炼产物分离困难，渣含铅升高。很多则在炉缸上部出现泡沫状态锌炼产物分离困难，渣含铅升高。很多则在炉缸上部出现泡沫状态锌锍独立相，位于铜锍相（或渣相）与铅之间，由于它熔点高，粘度锍独立相，位于铜锍相（或渣相）与铅之间，由于它熔点高，粘度大，排出非常困难，当温度降低时，则在铅相表面凝结成硬壳阻止大，排出非常困难，当温度降低时，则在铅相表面凝结成硬壳阻止铅流入炉缸。铅流入炉缸。CaSOCaSO4 44CO4COCaSCaS4CO4CO2 2 C

30、aSCaS部分进入锍相，部分进入炉渣。部分进入锍相，部分进入炉渣。金、银呈金、银呈AuAu、AgAg、AgAg2 2S S、AgAg2 2SOSO4 4状态，绝大部分进入粗铅，极状态，绝大部分进入粗铅，极少部分进入锍。少部分进入锍。在铅的还原熔炼过程中，要求铁的氧化物还原为在铅的还原熔炼过程中，要求铁的氧化物还原为FeO,若以若以 Fe3O4存在，存在，或过还原为或过还原为 Fe，均可能会造成炉缸积铁。，均可能会造成炉缸积铁。PCO2/PCO：高：高 低低 Fe2O3 Fe3O4 FeO Fe FeO(液）液）+CO=Fe()+CO2 G=-43640+38.12T K1473=(FePCO2

31、)/(FeOPCO)=0.36 一般认为硅酸盐炉渣中的一般认为硅酸盐炉渣中的FeO活度接近与它的摩尔分数，故取活度接近与它的摩尔分数，故取FeO=0.4,则则 PCO2/PCO与与Fe()的活度关系如表的活度关系如表4-9PCO2/PCO1041.441.00.290.144Fe0.01440.0360.10.1440.51.0图图4-9：还原气氛对炉渣中的铁还原的影响 在铅冶炼中，铅铁是完全不互溶的，因此，强还原气氛除在热利用上不在铅冶炼中，铅铁是完全不互溶的，因此，强还原气氛除在热利用上不经济外，还收到铁的还原反应的制约。烧结块中的经济外，还收到铁的还原反应的制约。烧结块中的 FeFe2

32、2O O3 3应还原为应还原为FeOFeO，但不，但不能形成能形成FeFe3 3O O4 4或铁，否则会导致炉缸积铁，迫使炉子停产。而或铁，否则会导致炉缸积铁，迫使炉子停产。而FeOFeO则可以形成则可以形成性质很好的硅酸盐炉渣性质很好的硅酸盐炉渣炉气成分的调节炉气成分的调节 C+O2=CO2+408568（J）CO2+C=2CO-162297（J）2C+O2=2CO+246270（J）碳完全燃烧，放热大，有利于热平衡及热利用，但不能达到还原熔炼所需炉碳完全燃烧，放热大，有利于热平衡及热利用，但不能达到还原熔炼所需炉气成分；气成分；如果不完全燃烧，可得到充分的如果不完全燃烧，可得到充分的CO，

33、但对于相同质量的碳而言，发热量仅，但对于相同质量的碳而言，发热量仅为完全燃烧的为完全燃烧的30%左右，降低了焦炭利用率，燃料浪费大，左右，降低了焦炭利用率，燃料浪费大，100%的的CO也是铅冶也是铅冶炼过程所不容许的。炼过程所不容许的。炉气中炉气中CO和和CO2之比调节办法：对于加入炉内的一定炉料和燃料，要求在之比调节办法：对于加入炉内的一定炉料和燃料，要求在单位时间内鼓入恒定的风量。生产实践中，通常是按照焦炭的单位时间内鼓入恒定的风量。生产实践中，通常是按照焦炭的C 量的量的50%-55%燃烧成燃烧成CO，另外，另外50%-45%的的C 燃烧成燃烧成CO2的比例来计算风量的。焦炭的燃烧反的比

34、例来计算风量的。焦炭的燃烧反应在扩散区进行，可通过炉顶和风口水平的烟气进行测定。表应在扩散区进行，可通过炉顶和风口水平的烟气进行测定。表4-10为国外某厂鼓为国外某厂鼓风炉烟气成分分析风炉烟气成分分析 结果表明，烟气中出现有少量的氧，说明空气的不完全燃烧。结果表明，烟气中出现有少量的氧，说明空气的不完全燃烧。重金属还原熔炼鼓风炉风口区温度比炼铁高炉低，只有重金属还原熔炼鼓风炉风口区温度比炼铁高炉低，只有13001300而不是而不是1600-1800 1600-1800 ，焦炭与空气的反应更不可能达到气，焦炭与空气的反应更不可能达到气-固平衡，也不可能使炉固平衡，也不可能使炉渣的含铅量达到像高炉

35、炼铁炉渣中的渣的含铅量达到像高炉炼铁炉渣中的FeOFeO含量那样低，通常炼铅渣含含量那样低，通常炼铅渣含PbPb约约1%1%，低于此值的情况很少。，低于此值的情况很少。图图4-10：国外某铅厂鼓风炉烟气分析体积（体积（%）COCO2O2N2炉缸烟气炉缸烟气5.117.24.073.7风口炉气风口炉气13.810.53.971.8铅氧化物还原动力学铅氧化物还原动力学 机理：基本上是按吸附自动触媒催化的几个阶段进行，即：机理：基本上是按吸附自动触媒催化的几个阶段进行，即：1 1）COCO气体穿过界面层扩散到气体穿过界面层扩散到PbOPbO块的表面。块的表面。2 2）COCO气体通过气体通过PbOP

36、bO块的孔隙向块的内部扩散。块的孔隙向块的内部扩散。3 3）在块表面和空隙通道表面发生吸附结晶化学反应。）在块表面和空隙通道表面发生吸附结晶化学反应。PbOPbOCOCOPbPbCOCO2 2（吸附）（吸附）4 4）COCO2 2通过孔隙向外扩散。通过孔隙向外扩散。5 5）COCO2 2通过边界层扩散到主体气流中。通过边界层扩散到主体气流中。1 1、氧化铅被、氧化铅被COCO还原还原 在较低温度下在较低温度下PbOPbO被被COCO还原，就具有较快的反应速度。还原，就具有较快的反应速度。2 2、硅酸铅用、硅酸铅用COCO还原还原 硅酸铅是铅烧结块中铅的主要化合物，比游离硅酸铅是铅烧结块中铅的主

37、要化合物，比游离PbOPbO难还原。难还原。3 3、铁酸铅用、铁酸铅用COCO还原还原 PbO.FePbO.Fe2 2O O3 3 Pb+PbO.4Fe Pb+PbO.4Fe2 2O O3 3 Pb+PbO.6Fe Pb+PbO.6Fe2 2O O3 3 Pb+FePb+Fe3 3O O4 4 Pb+FeOPb+FeO Pb+Fe+CO Pb+Fe+CO2 2 在较高温度下，一开始就具有较快的速度。在较高温度下，一开始就具有较快的速度。+CO+CO+CO+CO+CO+CO+CO+CO+CO+CO 4 4、熔体硅酸铅被碳直接还原、熔体硅酸铅被碳直接还原 含铅的烧结块同时被含铅的烧结块同时被C C

38、和和COCO还原。往硅酸铅熔体中加入钙和钠的还原。往硅酸铅熔体中加入钙和钠的氧化物时，均可加速其还原反应。氧化物时，均可加速其还原反应。2PbO.SiO2PbO.SiO2 2PbPbPbO.SiOPbO.SiO2 2PbPbPbO.2SiOPbO.2SiO2 2PbPbSiOSiO2 2 5 5、铅烧结块还原反应动力学、铅烧结块还原反应动力学 铅的还原程度和速度常数在很大程度上取决于烧结块的组成，铅的还原程度和速度常数在很大程度上取决于烧结块的组成，首先是硅酸铅的含量。当烧结块中铅的总量减少和硅酸铅的含量增首先是硅酸铅的含量。当烧结块中铅的总量减少和硅酸铅的含量增加时，还原程度和速度常数便会降

39、低；当温度升高时便会升高。铅加时，还原程度和速度常数便会降低；当温度升高时便会升高。铅烧结块还原的表观活化能值比同样条件下铅硅酸盐还原的表观活化烧结块还原的表观活化能值比同样条件下铅硅酸盐还原的表观活化能值小一些，这是铅烧结块中存在能值小一些，这是铅烧结块中存在CaOCaO和在还原中产生的金属铁的和在还原中产生的金属铁的催化现象，而加速了铅烧结块中铅的还原。催化现象，而加速了铅烧结块中铅的还原。4.4.4 铅鼓风炉熔炼产物铅鼓风炉熔炼产物鼓风炉内的物理化学变化鼓风炉内的物理化学变化 炉内不同高度炉气成分和温度不同，所发生的物理化学变化也各异。炉内不同高度炉气成分和温度不同，所发生的物理化学变化

40、也各异。1 1）炉料预热区（）炉料预热区（190190400400）。炉料被烘干，驱出表面水，易还原的氧）。炉料被烘干，驱出表面水，易还原的氧化物（化物（PbOPbO、CuCu2 2O O等）开始被还原。等）开始被还原。2 2）上还原区（）上还原区（400400700700）。结晶水开始脱除，碳酸盐及某些硫酸盐开）。结晶水开始脱除，碳酸盐及某些硫酸盐开始离解，始离解，PbSOPbSO4 4被被COCO还原成还原成PbSPbS。COCO2 2与与C C反应生成反应生成COCO，还原析出的铅滴进行聚集，还原析出的铅滴进行聚集，在向下流动过程中将在向下流动过程中将AuAu、AgAg捕集。铁的高价氧化

41、物被还原成低价氧化物。捕集。铁的高价氧化物被还原成低价氧化物。3 3）下还原区（）下还原区（700700900900）。）。COCO还原作用强烈进行，上述两区开始的反应还原作用强烈进行，上述两区开始的反应在此区基本完成，在此区基本完成，CaSOCaSO4 4、MgSOMgSO4 4、ZnSOZnSO4 4的离解和硫化物的沉淀反应，金属铜的的离解和硫化物的沉淀反应，金属铜的硫化反应分别进行，高价砷、锑的氧化物被还原成低价氧化物，硅酸铅呈熔融硫化反应分别进行，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。状态并开始被还原。4 4）熔炼区（）熔炼区（90090013001300

42、上述各区进行的反应均在此区完成，）。上述各区进行的反应均在此区完成，SiOSiO2 2、FeOFeO、CaOCaO造渣，并将造渣，并将AlAl2 2O O3 3、MgOMgO、ZnOZnO溶解其中，溶解其中，CaOCaO、FeOFeO置换硅酸铅中置换硅酸铅中PbOPbO，游，游离出来的氧化铅则被固体碳还原为金属铅，炉料完全熔融，形成的液体流经下离出来的氧化铅则被固体碳还原为金属铅，炉料完全熔融，形成的液体流经下面赤热的焦炭层过热，进入炉缸，而灼热的炉气则上升与下降的炉料作用，发面赤热的焦炭层过热，进入炉缸，而灼热的炉气则上升与下降的炉料作用，发生上述生上述反应。反应。5 5）炉缸区。过热后

43、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）炉缸区。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按密度差分层。并按密度差分层。最下层：粗铅（约最下层：粗铅（约11g/m11g/m3 3），其上层为黄渣（约），其上层为黄渣（约7g/m7g/m3 3），再），再上层为铅锍（约上层为铅锍（约5g/m5g/m3 3），最上层为炉渣（约），最上层为炉渣（约3.5g/m3.5g/m3 3）。）。产出的粗铅经渣层、铅产出的粗铅经渣层、铅锍和黄渣层而沉降，将贵金属捕集。锍和黄渣层而沉降，将贵金属捕集。铅鼓风炉熔炼产物铅鼓风炉熔炼产物 1 1、粗铅、粗铅 因原料成分和熔炼条件不同，粗铅

44、成分变化很大，一般含铅因原料成分和熔炼条件不同，粗铅成分变化很大，一般含铅97%-98%97%-98%，如果，如果处理大量铅的二次原料，则含铅降至处理大量铅的二次原料，则含铅降至92%-95%.92%-95%.粗铅中还含有粗铅中还含有CuCu（0.2-1.2%）、）、Bi（0.1-1.0%)、As、Sb、Sn、Au、Ag等。如果粗铅采取电解精炼，那么含等。如果粗铅采取电解精炼，那么含Sb应为应为0.4%-1.2%，使阳极泥不脱落。国内外几家炼铅厂的粗铅成分见表，使阳极泥不脱落。国内外几家炼铅厂的粗铅成分见表411。2、铅炉渣、铅炉渣 炼铅原料中的脉石氧化物以及在烧结炼铅原料中的脉石氧化物以及在

45、烧结-还原熔炼过程中炉料发生物理化学变化还原熔炼过程中炉料发生物理化学变化而生成的铁、锌氧化物都是铅鼓风炉炉渣的主要来源。而生成的铁、锌氧化物都是铅鼓风炉炉渣的主要来源。1吨粗铅通常可产出吨粗铅通常可产出12t炉渣。按炉渣密度炉渣。按炉渣密度3.5t/m3、粗铅密度、粗铅密度11t/m3估算，炉渣的容积为粗铅的估算，炉渣的容积为粗铅的36倍。倍。因此，冶炼过程经济技术指标在很大程度上与炉渣有关。而任何金属提炼过程实因此，冶炼过程经济技术指标在很大程度上与炉渣有关。而任何金属提炼过程实际上就是将脉石成分造渣与主金属分离的过程。加入的溶剂就是为了获得炉渣。际上就是将脉石成分造渣与主金属分离的过程。

46、加入的溶剂就是为了获得炉渣。4-11炉渣的作用：炉渣的作用：1 1）使矿石中的脉石、溶剂及燃料中的灰分造渣，实现高温下与主金属分离。）使矿石中的脉石、溶剂及燃料中的灰分造渣，实现高温下与主金属分离。2 2）熔渣是一中介质，进行着许多极为重要的冶金反应。如铅炉渣中硅酸铅可）熔渣是一中介质，进行着许多极为重要的冶金反应。如铅炉渣中硅酸铅可直接被还原剂还原，铅在渣中损失决定于这一反应的完全程度。直接被还原剂还原，铅在渣中损失决定于这一反应的完全程度。3 3）炉渣中发生金属液滴或锍液滴的沉降分离。其分离程度对金属在渣中机械）炉渣中发生金属液滴或锍液滴的沉降分离。其分离程度对金属在渣中机械夹杂损失起决定

47、作用。夹杂损失起决定作用。4 4）鼓风炉内炉渣是热状况的调节剂。炉内最高温度决定于炉渣的熔点，一般鼓风炉内炉渣是热状况的调节剂。炉内最高温度决定于炉渣的熔点，一般最高温度为炉渣熔点再过热最高温度为炉渣熔点再过热150-250150-250.当炉渣组成一定时，向炉内增加热量不能当炉渣组成一定时，向炉内增加热量不能提高温度，只会增加炉料熔化的速度。提高温度，只会增加炉料熔化的速度。5 5）在用于炉渣沉淀保温的电热前床中，炉渣和电极周围的气膜起着电阻的作在用于炉渣沉淀保温的电热前床中，炉渣和电极周围的气膜起着电阻的作用，可用调节电极插入渣中深度的方法来调节前床内的温度。用，可用调节电极插入渣中深度的

48、方法来调节前床内的温度。因此，必须根据冶炼过程的特点，合理选择炉渣成分，使之具有良好的物理因此，必须根据冶炼过程的特点，合理选择炉渣成分，使之具有良好的物理化学性质，即适当的熔点、较低的密度和年度化学性质，即适当的熔点、较低的密度和年度 铅炉渣中各主要组分含量的波动范围铅炉渣中各主要组分含量的波动范围():):4 430ZnO30ZnO，8 830SiO30SiO2 2，171741FeO41FeO，3 325CaO25CaO，含铅，含铅0.3%0.3%3.8%,3.8%,含铜含铜0.5%0.5%1.5%1.5%，还含有，还含有2 23 3AlAl2 2O O3 3，约约2 2MgOMgO等。

49、有等。有8080以上的锌、以上的锌、2020的铜、的铜、2 23 3铅及一些铅及一些GeGe、InIn、CdCd、SnSn和和贵金属进入炉渣中。贵金属进入炉渣中。含锌大于含锌大于10%，烟化炉碳热还原回收，烟化炉碳热还原回收Zn,Pb。铅炉渣合理成分的选择铅炉渣合理成分的选择 对炉渣成分的选择应满足对炉渣成分的选择应满足选用自熔性渣型，减少溶剂消耗；选用自熔性渣型，减少溶剂消耗；粘度小，在粘度小，在熔炼温度下不大于熔炼温度下不大于0.5-1.0Pa0.5-1.0Pas；密度小，渣与铅的密度差应大于密度小，渣与铅的密度差应大于1t/m3;适适当的熔点，为当的熔点，为1100-1150。“标准渣型

50、标准渣型”方法。炉渣中方法。炉渣中FeOFeO含量越多，含量越多，ZnOZnO的溶解越完全，而的溶解越完全，而CaOCaO、SiOSiO2 2、MgOMgO及及AlAl2 2O O3 3在炉渣中含量增高，会使在炉渣中含量增高，会使ZnOZnO的溶解度降低。在锌质炉渣中，的溶解度降低。在锌质炉渣中，ZnOZnOSiOSiO2 2之和为之和为4040，而，而ZnOZnOCaOCaO之和不超过之和不超过28282929。其推荐的示范渣型见表。其推荐的示范渣型见表4 41212。从提高工厂生产能力、改善技术经济指标、减少熔剂量、提高烧结块品位、从提高工厂生产能力、改善技术经济指标、减少熔剂量、提高烧结