第二章-重金属还原熔炼.ppt

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1、第二章重金属还原熔炼2.1概述2.2鼓风炉炼铅2.2.1铅鼓风炉炉料组成2.2.2铅鼓风炉内的金属氧化还原反应2.2.3铅鼓风炉熔炼产物2.2.4炼铅鼓风炉的结构及其生产工艺2.3鼓风炉炼锌铅2.3.1氧化锌还原反应的热力学2.3.2鼓风炉炼锌炉内主要反应分析2.3.3锌蒸气的冷凝2.3.4鼓风炉炼锌的生产实践2.1概述Pb、Zn、Sn、Sb、Bi等重金属的还原熔炼是以氧化矿或硫化矿的焙烧矿为原料，以碳质远原剂兼作燃料，在高温炉内进行熔融和还原冶炼，呈液态(或气态冷凝后)产出金属，同时使脉石和杂质形成炉渣被分离出去。几种重金属还原熔炼的主要特征，有如下共同之处

2、：(1)还原熔炼都是采用固体碳质还原剂，而实质上是在高温条件下起还原作用的是气体还原剂CO。因此，高温下的C-O系气相平衡成分(PCO2/PCO)和各种金属(包括杂质金属)氧化物本身的稳定性是讨论MO还原的热力学基础。(2)还原熔炼原料中的金属成分，有的是游离的MO，有的是以复杂化合物(主要是硅酸盐)形态存在。在高温熔融状态下，熔渣中也会溶解尚未被还原的金属氧化物，而被还原出来的杂质金属也可能进入主金属产品中，甚至形成合金。因此，还原温度、气氛和组分活度对金属回收率和纯度都有显著的影响，从而使MO的还原变得复杂化。2.1概述(3)还原熔炼获得的金属大多呈液态产

3、出，对于低沸点的锌，由于蒸气压大而以气体状态得到金属。在工业生产上，要使还原反应进行完全，应当尽可能提高锌的蒸气压，然后将产生的锌蒸气随炉气一道排出还原体系之外，并选择合适的冷凝温度和冷凝方法高效率地冷凝成液态锌。因此，影响还原反应的热力学因素还制约着锌蒸气冷凝过程。(4)鼓风炉熔炼主要用焦炭作燃料来得到高温，并兼作还原剂以造成适度的还原气氛。还原熔炼在保证主金属氧化物充分还原所需的气氛条件下，同时应尽可能地节省燃料消耗。2.2鼓风炉炼铅2.2.1铅鼓风炉炉料组成炼铅鼓风炉处理的物料主要是自熔烧结块，还原熔炼所需的熔剂是在配备烧结炉料时加好的，鼓风炉一般不再加

4、熔剂和其他炉料，只有在烧结块残硫高、熔炼炉渣渣型改变以及炉况不正常时可能添加铁屑、返渣、萤石和其地含铅返料。加入鼓风炉的燃料通常为焦炭，其数量为上述炉料的9％~14％。焦炭是燃料，也是还原剂。铅烧结块的一般化学成分(%)：Pb40~45，Zn3~10，Cu0.5~2，S0.8~2.5，SiO28~13，Fe7~14，CaO3~12。其中铅主要是以PbO(包括结合型的硅酸铅和铁酸铅)和少量的PbS、金属Pb及PbSO4形态存在。烧结块含硫率视块中Cu、Zn含量而定。铅精矿含锌高时，烧结焙烧应进行死烧，彻底脱硫；着含铜高于1.5%时，则应留少量的硫；若含铜、锌都高

5、时，首先应进行死烧，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等成分的含量应符合选定的渣型。2.2.2铅鼓风炉内的金属氧化还原反应鼓风炉还原熔炼以焦炭作还原剂时，固体C还原氧化物的固—固或固—液反应，与用CO还原的气—固或气—液反应相比，前者反应速度缓馒，因为固体C被反应产物所隔开,相互接触更为有限；在高温下，CO比CO2更稳定，在CO+CO2的混合气体中占有优势，随着温度升高这种优势更如增长，只要有固体C存在就可以提供大量的CO作为还原剂。从氧化铅还原的热力学考察，由于炉内上下区域温度的差别有下述三种情况：＜

6、327℃：PbO(固)+CO=Pb(固)+CO2+63625J327~883℃：PbO(固)+CO=Pb(液)+CO2+58183J＞883℃：PbO(液)+CO=Pb(液)+CO2+67895J上述三式均为放热反应，其反应的平衡常数方程式如下：2.2.2铅鼓风炉内的金属氧化还原反应由表2-2数据可知：PbO还原所需CO浓度不大，在<1000K的温度下为万分之几至千分之几，而在高于1000℃的温度时，CO的浓度为3％~5％。不管是固体氧化铅还是液体氧化铅都是易还原的氧化物。由于上述反应是放热反应，所以温度越高，还原所需CO浓度也越大。t/℃T/KP=0.1Mp

7、a时的PCO/Pa3005735.170.0011.0137271000-2.870.1311.9912271500-1.245.105129.36表2-2用CO还原PbO的热力学计算结果(教材P30)2.2.2铅鼓风炉内的金属氧化还原反应硅酸铅(xPbO·ySiO2)是烧结块中最多的一种结合态氧化铅;还原反应进行的极限或以氧化物形态残留在炉渣中的金属铅量。计算加以判断：PbO(熔渣)+CO=Pb(液)+CO2ΔGΘ=-87320+8.97T若熔炼温度为1200℃，则：因为金属相接近于纯铅，故可看做αPb＝l。αPbO可用活度系数γPbO与摩尔分数χPbO之积

8、表示。PbO作为碱性较强的氧化物，在铁