三氯化铁浸出硫化铅精矿炼铅新工艺

D0第8糝3第1蚶sn100103x.1996.9北01景科技大学学报 Vol.18 No.1 1992 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.199% 三氯化铁浸出硫化铅精矿炼铅新工艺 田秋占”郑安胜) 招光文) 1)北京科技大学物理化学系，北京1000832)天津冶金情报研究所，天津300061 摘要应用正交试验及对其结果的方差分析法，对三氯化铁浸出硫化铅精矿进行了研究，找出了影 响浸出率的主要因素和浸出最佳工艺条件，同时，用浸出产物氯化铅进行了熔融盐电解冶炼金属 铅的研究，试验证明浸出一熔融盐电解炼铅新工艺是可行的· 关键词浸出，电解，铅，三氯化铁 中图分类号0645.4，TF803.21 目前世界上85%~90%的铅是用传统火法熔炼一电解精炼生产的川.它包括硫化铅 精矿烧结焙烧、鼓风炉还原熔炼、火法精炼和电解精炼4个主要冶炼工序，在传统火法炼铅 过程中，产生大量的严重污染环境的二氧化硫气体和对人体十分有害的铅蒸气；另外还需要 大量焦炭，因此，人们一直在寻找炼铅新工艺.疏化铅精矿浸出一熔盐电解炼铅新工艺就 是其中之一，该新工艺具有流程简单，只有浸出和电解2个冶炼工序；对环境无污染；产品 质量高等优点.国外早在1923年就开始对该工艺进行探索，美国矿务局1974年报导了达到 试验室扩大规模的试验结果，然而，由于某些材料未解决以及研究经费等方面原因，研究 进展缓慢·国内对此项研究很少·近年来由于能源供应日趋紧张，人们对环境质量要求越来 越高，国外已经有部分火法炼铅厂被迫停产或减少产量，人们对浸出一电解炼铅又引 起极大关注，本文就是以硫化铅为原料，用三氯化铁水溶液浸出一电解沉积炼铅进行了研究· 1 硫化铅精矿三氯化铁浸出热力学分析 从热力学角度来说，判断一个化学反应发生的可能性和反应程度的大小，需要计算该反 应的吉布斯自由能变化△G°及反应平衡常数K值· 1.1三氯化铁浸出反应△G°计算 三氯化铁与硫化铅反应如下： PbS+2FeCl;PbCl,+2FeCl,+S 得出如下离子反应方程式： PbS(s)+2Fe3++2CI-PbCl2(s)+2Fe2++S(s) △G=△G°(Pmc,+2AGe-(AG°%s+2△Ge+2AGc) 经计算△G°=-2466.60(kJ/mol). 由于△G°<0，说明该反应在标准状态下能自动进行，在本研究非标准状态下△G° 1995-08-10收稿 第一作者男54岁副教授

第 卷 第 期 北 京 科 技 大 学 学 报 赐年 月 如 均 。 臾场 三氯化铁浸 出硫化铅精矿炼铅新工艺 田 秋 占 ’ 郑安胜 招 光文 ’ 北 京科技大 学物理 化学系 ， 北 京 侧洲犯 天 津 冶金情报研究所 ， 天 津 义众拓 摘要 应用 正交试验及 对其结果 的方差分析法 ， 对三氯化铁浸 出硫化铅精矿进行了研究 ， 找 出了影 响浸 出率 的主要 因素和 浸 出最佳工艺条件 同时 ， 用浸 出产物氯化铅进行 了熔融盐 电解冶炼金属 铅 的研究 ， 试验证 明浸 出 一 熔融盐 电解炼铅新工艺是可行 的 关键词 浸 出 ， 电解 ， 铅 ， 三氯化铁 中图 分类号 “ ， 即 目前世界上 一 的铅是用 传 统 火 法 熔 炼 一 电解 精 炼 生 产 的 川 它 包 括 硫 化 铅 精矿烧结 焙 烧 、 鼓 风 炉还原熔炼 、 火法 精 炼 和 电解精 炼 个 主要 冶炼工序 在传 统火法 炼铅 过程 中 ， 产 生大量 的严重污染环境 的二 氧化硫气体和 对人体 十分有 害的铅蒸气 另 外 还需要 大量 焦 炭 因此 ， 人们 一直在 寻找炼铅新 工 艺 硫化铅 精 矿 浸 出一 熔 盐 电解 炼 铅 新 工 艺 就 是 其 中之 一 该新工 艺具有流程 简单 ， 只 有 浸 出和 电解 个 冶炼工序 对环境无污染 产 品 质量 高等优 点 国外 早在 年就 开始对该工艺 进行探索 ， 美 国矿务局 年报 导 了 达 到 试验 室扩 大规模 的试验结果 然而 ， 由于某些 材料未解决 以 及 研 究 经 费 等 方 面 原 因 ， 研 究 进展缓慢 国 内对此 项研究 很少 近年来 由于 能源供应 日趋 紧张 ， 人们 对环境质 量 要求 越来 越 高 ， 国 外 已 经 有 部 分 火 法 炼 铅 厂 被 迫 停 产 或 减 少 产 量 ， 人 们 对 浸 出 一 电 解 炼 铅 又 引 起极大 关 注 本文 就是 以硫化铅为原料 ， 用三氯化铁水 溶液浸 出一 电解 沉积炼铅进行 了 研究 硫化铅精矿三 氯化铁浸 出热 力学分析 从 热力 学 角度来说 ， 判 断一个化 学反 应 发生 的可 能性 和反 应程 度 的大 小 ， 需要计算该 反 应 的吉布 斯 自由能 变化△ 。 及 反 应平衡常数 值 三 氯化铁浸 出反应据 。 计 算 三氯化铁 与硫 化铅反 应 如下 得 出如 下 离子反 应方 程 式 △ 。 △ “ 。 ， 一 。 一 “ ， 。 ，· “ 一 经 计算 。 一 由于 △ 。 ， 说 明 该 反 应 在 标 准 状 态 下 能 自动 进 行 ， 在 本 研 究 非 标 准 状 态 下 △ “ 一 一 收 稿 第 一 作 者 男 岁 副 教 授 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1996．01．013

·56 北京科技大学学报 199%年No.1 会更负。从热力学角度而言，本研究理论上是可行的， 1,2三氯化铁浸出硫化铅反应平衡常数K值计算 由热力学公式： △G°=-RTInK. 当浸出温度为78℃时，K=1.99×10 由以上计算结果K值很大，说明上述浸出反应进行得很完全· 2 试验 2.1试验原料及试剂 (1)试验原料 本试验所用原料是从株州冶炼厂购进的硫化铅精矿，其成分为(%)：Pb-62.60, Zn-6.94,Fe-6.89,Cu-0.56,As-0.47,Sb-0.38,S-17.43. (2)试验所用试剂 试验所用试剂为化学纯的三氯化铁、氯化钠、盐酸和工业纯氯化钾， 2.2试验方法 用三氯化铁、氯化钠和盐酸，加水配制浸出液，其用量按正交表规定选取并置人烧 杯中，温度是由恒温水浴锅控制·待浸出液达到预定温度后，将称量好的硫化铅精矿试 样加入浸出液中，同时启动机械搅拌器进行搅拌并计时，浸出完毕趁热过滤，滤液静置自 然冷却结晶出氯化铅晶体，再过滤出氯化铅晶体，然后干燥称量；过滤出的结晶母液通 人氯气使二氯化铁转化成三氯化铁再反回浸出精矿·每次浸出试验得到的结晶氯化铅中 的铅和过滤母液中的铅之和与投入疏化铅精矿中的铅之比的百分数即浸出率. 3正交试验结果和分析 3.1正交试验条件和结果 为找出三氯化铁浸出硫化铅精矿主要影响因素，诚少试验次数和提高效率，采用了三因素 水平正交试验，用正交表L3)安排进行试验，试验的条件和结果列于表1.每次试验精矿试样 用量为7g,浸取固定用量为250. 表1正义试验条件及结果” 温度 时间氯化铁 氯化铅 结晶母液 编号 Tic t/min ￥/g 质量/g铅含量/g体积/ml铅含量/g1浸出率/% 1 1 1 4.366 50.30 287 5.76 87.5 2 1 2 2 4.388 41.00 292 7.24 893 4.388 32.34 289 9.45 94.7 4 2 4383 34.09 292 8.84 93.0 4.057 69.00 303 5.01 98.5 6 4.306 60.54 286 5.96 98.4 3 4.381 47.34 289 7.44 96.4 8 3 2 4.381 25.47 314 9.41 92.9 9 3 3 2 4.379 52.34 262 7.44 96.8 I)T1-68℃2-78℃3-88℃，t:1-15min2-25mim3-35 min,Xr1-1258g2-14.86g3-14.86g

· · 北 京 科 技 大 学 学 报 会 更 负 从 热 力 学 角 度 而 言 ， 本 研究 理 论上 是 可 行 的 书场 年 三 级 化 铁 浸 出硫化 铅反 应 平 衡常数 值计算 由热 力 学 公 式 △ “ 一 当浸 出温 度 为 ℃ 时 ， 由 以 上 计 算 结 果 值 很 大 ， 说 明 上 述 浸 出反 应 进 行 得 很 完 全 试验 试验 原 料及试剂 试 验 原 料 本 试 验 所 用 原 料 是 从株 州 冶 炼 厂 购 进 的 硫 化 铅 精 矿 ， 其 成 分 为 一 ， 一 ， 一 ， 一 ， 一 ， 一 ， 一 试 验 所 用 试 剂 试验所 用 试 剂 为化 学 纯 的三 氯 化 铁 、 氯化 钠 、 盐 酸 和 工 业 纯 氯 化 钾 试验 方 法 用 三 氯 化 铁 、 氯 化钠 和 盐 酸 ， 加 水 配 制 浸 出液 ， 其 用 量 按 正 交 表 规 定 选 取 并 置 人 烧 杯 中 ， 温 度 是 由恒 温 水 浴 锅 控 制 待 浸 出液 达 到 预 定 温 度 后 ， 将 称 量 好 的 硫 化 铅 精 矿 试 样 加 人 浸 出 液 中 ， 同 时启 动 机 械 搅 拌器进行搅拌并计 时 ， 浸 出完毕趁 热过滤 ， 滤 液 静 置 自 然 冷 却 结 晶 出 氯 化 铅 晶 体 再 过 滤 出氯 化 铅 晶 体 ， 然 后 干 燥 称 量 过 滤 出 的 结 晶 母 液 通 人 氯 气 使 二 氯 化 铁 转 化 成 三 氯 化 铁再反 回 浸 出精 矿 每 次浸 出试 验得 到 的 结 晶 氯 化 铅 中 的 铅 和 过 滤 母 液 中 的铅 之 和 与 投 人硫 化 铅 精 矿 中 的铅 之 比 的 百 分 数 即 浸 出率 正 交试验 结 果 和 分析 正 交 试验 条 件 和 结 果 为找 出三 氯化铁浸 出硫化铅精矿 主要 影 响 因素 ， 减 少试验 次数和提高 效率 ， 采用 了三 因素 水平正交试验 ， 用正交表以 庆排进行试验 ， 试验 的条件和 结果列 于 表 每次 试 验 精 矿试样 用 量 为 ， 浸取 固定 用量 为 表 正义试验条件及结果 ’ 温 度 编号 ℃ 时 间 而 氯 化 铁 耳 。 氯 化 铅 质量 铅含量 体积 铅含量 ’ 一 ’ 浸 出率 姗形卿 今乃，︸，‘ ︸ ，‘，，一门︸，，‘、 乃临 肠 引芜 功 抖 伪 困 田 印 又 抖 一 拐 ℃ 一 ℃ 一 ℃ ， 一 一 一 刀 ， 爪 一 · 一 · 一 ·

Vol.18 No.1 田秋占等：三氯化铁浸出硫化铅精矿炼铅新工艺 .57. 3.2正交试验结果方差分析 用方差分析法能够把试验条件变化引起的数据变动和误差引起的波动区别开来，以便找 出影响浸出率的主要因素和选择浸出最佳工艺条件，正交试验数据方差分析用计算机进行， 其结果列于表2. 表2正交试验数据计算机处理结果 (1)正交试验排列和试验结果 2 3 (T) (t) (区)浸出率/% 1 1.000 1.0001.000 87.500 (2)主效应 2 1.000 2.000 2.000 89.300 2 3 3 1.000 3.000 3.000 94.700 271.5276.9278.8 4 2.000 1.000 2.000 93.000 Q 289.9 280.7279.1 5 2.000 2.000 3.000 98.500 Ⅲ 286.1 289.9289.6 6 2.000 3.000 1.000 98.400 3.000 1.000 3.000 96.400 3.000 2.000 1.000 92.900 9 3.000 3.000 2.000 96.800 3) 方差分析 方差来源平方和自由度均方 临界值显著性 T 62.9 2 31.4 29.6 29.8 ny 14.9 14.0 25.2 12.6 11.9 误差 21 2 1.1 总计 120.0 P 注： F010,(2,2)=9.0 F0.w(2,2)=19.0 33最佳浸出条件的确定 由表2结果可知，温度的影响在95%信度下显著；浸出时间和三氯化铁的影响在90% 信度下显著；在浸出温度因素的三个水平中，T是三水平中最能使浸出率达到最佳值， 以第二水平最好，所以浸出温度T为78℃是最佳浸出温度，同理，浸出最佳时间为 35min;浸出三氯化铁的最佳浓度68.56g/1. 4 氯化铅熔融盐电解冶炼金属铅 用上述浸出最佳工艺条件浸出硫化铅精矿制取结晶氯化铅，做为熔融盐电解炼铅的原 料，双极性电解槽熔融盐电解炼铅工艺条件如下： 熔融盐电解质组成(mol):PbC12-60%,NaC1-20%,KC1-20%; 阴极电流密度：0.25A/cm;电解温度：500℃；阴阳极极距：3.0cm在此条件下获得产品电 解金属铅成分分析列于表3. 表3电解金属铅成分 元素 Pb Zn Cu Bi Sb 含量/% 99.995 <0.10.080.43037

、 田 秋 占等 三氯化铁浸 出硫化铅精矿炼铅新工艺 正交试验结果方差 分析 用 方 差分 析法 能够 把试验条件 变化 引起 的数据变 动 和误差 引起 的波 动 区 别 开来 ， 以 便 找 出影 响浸 出率 的 主要 因素和 选择浸 出最佳 工 艺 条件 ， 正交试验数据方 差 分 析 用 计 算 机 进 行 ， 其结果列 于 表 表 正交试验数据计算机处理结果 正 交试验排列 和 试验结果 浸 出率 《】】 刀 义刃 夕 侧刃 《】 别 〕 侧刃 《 旧 《】 一 兀旧 幻 仪刃 侧刃 《 】 兀旧 烈 一 ， 侧 仪 《叉】〕 喇刃 侧 兀旧 刀 一 喇卫 山〕 以 侧刃 刀 幻 以 以 主效应 别 方差分析 方差 来源 平方和 自由度 均 方 临界值 显著性 ，︸，一勺‘勺︸ 峙，月了 髓就爪 注 。 飞。 夕 。 』 只 · 最佳浸 出条件 的确定 由表 结果 可知 ， 温度 的影 响在 信度 下显著 浸 出 时 间 和 三氯 化铁 的影 响在 信度下 显著 在 浸 出温 度 因 素 的三 个 水 平 中 ， 是 三 水 平 中 最 能 使 浸 出 率 达 到 最 佳 值 ， 以 第 二 水 平 最 好 ， 所 以 浸 出 温 度 为 ℃ 是 最 佳 浸 出 温 度 同 理 ， 浸 出 最 佳 时 间 为 浸 出三氯 化铁 的最佳 浓度 氯化铅熔融盐 电解冶炼金属 铅 用 上述 浸 出最 佳 工 艺条件浸 出硫 化 铅 精 矿 制 取 结 晶 氯 化 铅 ， 做 为 熔 融 盐 电解 炼 铅 的 原 料 双极性 电解 槽熔融 盐 电解 炼铅工 艺条件 如下 熔融 盐 电解 质组成 一 ， 一 ， 一 阴极电流密度 电解温度 ℃ 阴阳极极距 在 此条件下 获得产品电 解 金 属铅成分分 析列 于 表 表 电解金属铅成分 元素 含量 卯 卯 谓

·58· 北京科技大学学报 19%年No.1 双极性电解槽熔融盐电解炼铅技术经济指标如下： 阴极电流效率：96.9%； 1kg铅直流电能消耗：1.658kW·h; 电解铅直收率：98.8%. 5结论 (1)三氯化铁浸出硫化铅精矿的最佳浸出条件如下：浸出温度78℃；浸出时间35min; 三氯化铁用量68.56g/1. (2)从原料硫化铅精矿经浸出一电解炼得金属铅的总回收率为97.30%.由此看出，硫 化铅精矿三氯化铁浸出一熔融盐电解生产金属铅是很有发展前途的新工艺· 参考文献 1赵天从，重金属冶金学（下），北京：冶金工业出版社，1981.174~175 2 Wong MM,Sandbery R G,et al.Integrated Operation of Ferric Chloride Leaching Molten-Salt Electrolysis Process for Production of Lead.In:Proc of Moiten Salt Electrolysis in Metal Production. France,1977.21~29 New Extraction Lead Process of Leaching PbS Concentration with FeCl, Tian Qiuzhan"Zheng Ansheng2 Zhao Guangwen) 1)Department of Physical Chemistry,USTB,Beijing 100083,PRC 2)Metallurgy Information Research Institute,Tianjin 300061,PRC ABSTRACT Leaching galena concentrate with ferric chloride solution has been made using a orthogonal array to arrange experiments.The main factors of affect- ing leaching ratio have been found.The optimum process conditions were given. Simultaneously,the fused-salt electrolysis for production metal lead with leaching product lead chloride has been investigated.Experiments show that the new process of the leaching-fused salts electrolysis for making lead is presented. KEY WORDS leaching,electrolysis,lead

北 京 科 技 大 学 学 报 望双 年 双极性 电解槽熔融盐 电解 炼铅技 术 经 济指 标 如 下 阴极 电流效 率 铅直 流 电能 消耗 · 电解 铅直 收率 结论 三 氯化铁浸 出硫 化 铅 精 矿 的最 佳 浸 出条 件 如 下 浸 出温 度 ℃ 浸 出时 间 三氯化铁用 量 从原料硫 化铅精 矿 经浸 出一 电解 炼 得 金 属 铅 的 总 回 收 率 为 由此看 出 ， 硫 化铅精矿 三氯化铁浸 出一 熔融盐 电解 生 产金 属 铅是很有 发展前 途 的新工 艺 参 考 文 献 赵 天从 重金 属 冶金 学 下 北京 冶金工 业 出版社 ， 一 ， ， 环 记币 玫 一 。 沈 娜 代 ℃ 庄 切汉 丈习〔 代兀 娜 创 代心 沁 功况 一 湍 玫 ” 。 ’ 即 ， ， ， ， 玫 亡 ， 一 一 ，