《卺济源职业技术学院 一铅治金 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。传统的烧结一鼓风炉流程将 氧化一一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治 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：
—铅冶金— 济源职业技术学院 1 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：
《心济源职业技术学院 铅治金 + (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)1tPbS精矿氧化并造渣可放出2x10kJ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 外消耗大量昂贵的治金焦
—铅冶金— 济源职业技术学院 2 • （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
济源职业技术学院 一铅治金 + (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
—铅冶金— 济源职业技术学院 3 • （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
心济源职业技术学院 一铅治金 X ·近30年来，治金工作者力图通过PbS受控氧化即按反应式 PbS+02→Pb+S02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$02烟气用于制硫，减小对环境污染。但由于直接熔炼产生大量 铅蒸汽、铅粉尘，且熔炼产物不是粗铅含硫高就是炉渣含铅高，致 使许多直接熔炼方法都不很成功
—铅冶金— 济源职业技术学院 4 • 近３０年来，冶金工作者力图通过PbS受控氧化即按反应式 PbS+O2→Pb+SO2的途径来实现硫化铅精矿的直接熔炼，以简化生厂 流程，降低生产成本，利用氧化反应的热能以降低能耗，产出高浓 度的SO2烟气用于制硫，减小对环境污染。但由于直接熔炼产生大量 铅蒸汽、铅粉尘，且熔炼产物不是粗铅含硫高就是炉渣含铅高，致 使许多直接熔炼方法都不很成功
心济源职业技术学院 铅治金 + 冶金工作者通过Pb一SO系化学势图的研究，找到了获得 成分稳定的金属铅的操作条件，但也明确指出，直接熔炼要么产 出高硫铅，要么形成高铅渣；要获得含硫低的合格粗铅，就必须 还原处理含铅高的直接熔炼炉渣。根据金属硫化物直接熔炼的热 力学原理，运用现代治金强化熔炼的技术，探讨结构合理的治金 反应器，对直接炼铅进行多种方法的研究，其中有些已经成功地 用于大规模工业生产，显示了直接熔炼的强大生命力。可以预言， 直接熔炼将逐渐取代传统法生产金属铅
—铅冶金— 济源职业技术学院 5 • 冶金工作者通过Pb－S—O系化学势图的研究，找到了获得 成分稳定的金属铅的操作条件，但也明确指出，直接熔炼要么产 出高硫铅，要么形成高铅渣；要获得含硫低的合格粗铅，就必须 还原处理含铅高的直接熔炼炉渣。根据金属硫化物直接熔炼的热 力学原理，运用现代冶金强化熔炼的技术，探讨结构合理的冶金 反应器，对直接炼铅进行多种方法的研究，其中有些已经成功地 用于大规模工业生产，显示了直接熔炼的强大生命力。可以预言， 直接熔炼将逐渐取代传统法生产金属铅
济源职业技术学院 一铅治金 ·4.2硫化铅精矿直接熔炼的基本原理和方法 ● 4.2.1直接熔炼的基本原理 金属硫化物精矿直接熔炼的特点之一是利用工业氧气，二是 采用强化治炼过程的现代治金设备，从而使金属硫化物受控氧化熔炼在 工业上应用成为可能。 在铅精矿的直接熔炼中，根据原料主成分PbS的含量，按照 PbS氧化发生的基本反应PbS+02=Pb+S02,控制氧的供给量与PbS的加入 量的比例（简称为氧/料比），从而决定了金属硫化物受控氧化发生的程 度
—铅冶金— 济源职业技术学院 6 • 4.2 硫化铅精矿直接熔炼的基本原理和方法 • 4.2.1直接熔炼的基本原理 金属硫化物精矿直接熔炼的特点之一是利用工业氧气,二是 采用强化冶炼过程的现代冶金设备,从而使金属硫化物受控氧化熔炼在 工业上应用成为可能。 在铅精矿的直接熔炼中，根据原料主成分PbS的含量,按照 PbS氧化发生的基本反应PbS+O2== Pb+SO2,控制氧的供给量与PbS的加入 量的比例(简称为氧/料比),从而决定了金属硫化物受控氧化发生的程 度
济源职业技术学院 一铅治金 X 实际上，Pb$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，较多发生在治金反应器的炉膛空间内；二是PbS与Pb0 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 Pb0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系疏势-氧势化学势图进行讨论
—铅冶金— 济源职业技术学院 7 • 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
心济源职业技术学院 铅治金 PbS0,·4Pb0 -PbS0,·2Pb0 PbSo,·Pb0 PbSO, 烧结焙烧 PbO -1 ano=0.1 、. Pso,=10'Pa 直接 PbS Pso,=10'Pa Pso,=10'Pa 0.3%3%13% Pb鼓风炉还原熔炼 S:S:S 11 -9 -7 -5 -3 1gps,/Pa 图4-11200℃时Pb-S-0系硫势-氧势图
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济源职业技术学院 一铅治金 。 在图4-1中，横坐标和纵坐标分别代表Pb-S0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1gPs2和1gPo2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Pb0-PbS04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$02势增大，烧结产物 中的硫酸盐增多；图下部为Pb-PbS共晶物的稳定区，由于Pb和PbS 的互溶度很大，因此在高温下溶解在金属铅中的$含量可在很大范 围内变化
—铅冶金— 济源职业技术学院 9 • 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
《心济源职业技术学院 一铅治金 文 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$02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Ps2表示)。等 Pso2线表示在多相体系中存在的平衡反应1/2S2+02=S02 ·在一定Ps2下，体系中的氧势增大，则硫势降低。反之亦然
—铅冶金— 济源职业技术学院 10 • 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