鼓风炉还原熔炼的基本原理

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1、第4章还原熔炼的基本原理4.1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（MO（包括金属硅酸盐、铁酸盐等）还原为M）的主要特征为:还原剂均为固体碳质还原剂。高温下，实际为CO。碳的气化反应（布多尔反应，波—贝反应）。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；鼓风炉中，焦炭

2、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。表4-1位于CO-CO2线上方的氧化物易还原，贵金属、铜等进入粗铅；SiO2,CaO,Al2O3等不会被还原，进入炉渣；ZnO在1500K以内，比FeO难还原，进入炉渣；应控制还原条件，使FeO进入炉渣，而不被还原为金属铁；As,Sb,Bi部分以低价氧化物挥发，部分被还原进入粗铅。图4-14.2还原熔炼的原理与反应4.4鼓风炉炼铅4.4.1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PbO（包括

3、结合态的硅酸铅和铁酸铅）和少量的PbS、金属Pb及PbSO4形态存在，此外还含有伴存的Cu、Zn、Bi等有价金属和贵金属Ag、Au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Au、Ag、Bi等贵金属富集其中；将铜还原进入粗铅；若烧结块中含Cu、S都高时，则使铜呈Cu2S形态进入铅锍（俗称铅冰铜）中，以便下一步回收；如果炉料中含有Ni、Co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(CdO）富集于烟尘中，便于进一步综合回收；使脉石成分(SiO2、FeO、CaO、MgO

4、、Al2O3)造渣，锌也以ZnO形态入渣，便于回收。4.4.2铅鼓风炉炉料组成与熔炼过程发生的主要过程物料：炉料和燃料。炉料的主要组成是自熔烧结块（占90％～100％）；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、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%~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组成见表4－2、表4-3.烧结块化学成分：含铅40％～50％，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1.5%，则应留少

5、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。FeO、SiO2、CaO、MgO、Al2O3等成分应符合选定的渣型。烧结块物相分析实例如表4-4。块度：50～120mm，小于50mm和大于120mm的不大于25％；空隙度：不小于50％～60％；强度：烧结块的转鼓率为28%～40％，或从1.5m高处三次自然落至水泥地面或钢板上，经筛分后，小于10mm的重量低于15％～20％。铅鼓风炉用焦炭性质实例4-24-3鼓风炉中一般不加返渣(占用炉子生产能力,增加焦炭的消耗)。铁、硅、钙熔剂和萤石

6、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：①高热值，保证化学反应过程和熔炼过程进行；②高着火温度，避免在炉子上部发生过早的燃烧；③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；④足够的机械强度，防止在炉子下部被压碎或磨碎；⑤少量灰分和水分。某厂具体要求：固定碳75％～80％，灰分小于16％；发热值25～29MJ/kg；着火温度600～800℃，孔隙率40％～50％；抗压强度大于7.0MPa；块度50～100mm。表4-54.4.2熔炼过程发生的主要过程碳质燃料燃烧；金属氧化物还原；

7、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；上述熔体产物的沉淀分离过程4.4.3铅鼓风炉还原熔炼的理论基础氧化铅还原热力学（根据炉内上下区域温度）327℃：PbO(s)+CO=Pb(s)+CO2+63625J327～883℃：PbO(s)+CO=Pb(l)+CO2+58183J＞883℃:PbO(l)+CO=Pb(l)+CO2+67895J均为放热反应，反应的平衡常数方程为lgKp=3250/T+0.417×10-3T+0.3由表可知：还原所需CO浓度不大，低于1000℃，为万分之几至千分之几

8、，高于1000℃为3％～5％。不管固体氧化铅还是液体氧化铅都易还原。T高，所需CO浓度也越大。PbO被C直接还原反应为：PbO＋C＝Pb＋CO－90581.84J为吸热反应，在400～500℃时已较为显著，在700℃时，则强烈进行。表4-64.4.3铅鼓风炉还原熔炼的理论基础复杂铅氧化物(PbO•SiO2)还原的热力