氧氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鉛法

金屬硫化物精礦不經(jīng)焙燒或燒結(jié)焙燒直接生產(chǎn)出金屬的熔煉方法稱為直接熔煉。對硫化鉛精礦來說,這種粒度僅為幾十微米的浮選精礦因其微粒小，比表面積大，化學反映和熔化過程都有可能很快進行，充分利用硫化礦粒子的化學活性和氧化熱，采用高效、節(jié)能、少污染的直接熔煉流程處理是合理的。傳統(tǒng)的燒結(jié)一鼓風爐流程將氧化一一還原兩過程分別在兩臺設(shè)備中進行，存在許多難以克服的弊端。隨著能源、環(huán)境污染控制以及生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本對冶煉過程的要求越來越嚴格，傳統(tǒng)煉鉛法受到多方面的嚴峻挑戰(zhàn)。具體說來，傳統(tǒng)法有如下主要缺點：隨著選礦技術(shù)的進步，鉛精礦品位一般可以達到60%，這樣精礦給正常燒結(jié)帶來許多困難，導致大量的熔劑、反粉或還有爐渣的加入，將燒結(jié)爐料的含量降至40%?50%。送往熔煉的是低品位的燒結(jié)塊，致使每生產(chǎn)1t多爐渣，設(shè)備生產(chǎn)能力大大降低。1tPbS精礦氧化并造渣可放出2x106kJ以上的熱量，這種能量在燒結(jié)作業(yè)中幾乎完全損失掉，而在鼓風爐熔煉過程中又要另外消耗大量昂貴的冶金焦。鉛精礦一般含硫15%?20%，處理1t精鉛礦可生產(chǎn)0.5t硫酸，但燒結(jié)焙燒脫硫率只有70%左右，故硫的回收率往往低于70%，還有30%左右，還有30%左右的硫進入鼓風爐煙氣，回收很困難，容易給環(huán)境造成污染。流程長，尤其是燒結(jié)及其返粉制備系統(tǒng)，含鉛物料運轉(zhuǎn)量大，粉塵多，大量散發(fā)的鉛蒸汽、鉛粉塵嚴重惡化了車間勞動衛(wèi)生條件，容易造成勞動者鉛中毒。近30年來，冶金工作者力圖通過PbS受控氧化即按反映式PbS+O2=Pb+SO2的途徑來實現(xiàn)硫化鉛精礦的直接熔煉，以簡化生廠流程，降低生產(chǎn)成本，利用氧化反應(yīng)的熱能以降低能耗，產(chǎn)出高濃度的SO2煙氣用于制硫，減小對環(huán)境污染。但由于直接熔煉產(chǎn)生大量鉛蒸汽、鉛粉塵，且熔煉產(chǎn)物不是粗鉛含硫高就是爐渣含鉛高，致使許多直接熔煉方法都不很成功。冶金工作者通過Pb-S-O系化學勢圖的研究，找到了獲得成分穩(wěn)定的金屬鉛的操作條件，但也明確指出，直接熔煉要么產(chǎn)出高硫鉛，要么形成高鉛渣；要獲得含硫低的合格粗鉛，就必須還原處理含鉛高的直接熔煉爐渣。根據(jù)金屬硫化物直接熔煉的熱力學原理，運用現(xiàn)代冶金強化熔煉的技術(shù)，探討結(jié)構(gòu)合理的冶金反應(yīng)器，對直接煉鉛進行多種方法的研究，其中有些已經(jīng)成功地用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，顯示了直接熔煉的強大生命力?？梢灶A(yù)言，直接熔煉將逐漸取代傳統(tǒng)法生產(chǎn)金屬鉛。4.2硫化鉛精礦直接熔煉的基本原理和方法4.2.1直接熔煉的基本原理金屬硫化物精礦直接熔煉的特點之一是利用工業(yè)氧氣,二是采用強化冶煉過程的現(xiàn)代冶金設(shè)備，從而使金屬硫化物受控氧化熔煉在工業(yè)上應(yīng)用成為可能。在鉛精礦的直接熔煉中，根據(jù)原料主成分PbS的含量，按照PbS氧化發(fā)生的基本反應(yīng)PbS+O2==Pb+SO2,控制氧的供給量與PbS的加入量的比例（簡稱為氧/料比），從而決定了金屬硫化物受控氧化發(fā)生的程度。實際上,PbS氧化生成金屬鉛有兩種主要途徑：一是PbS直接氧化生成金屬鉛，較多發(fā)生在冶金反應(yīng)器的爐膛空間內(nèi)；二是PbS與PbO發(fā)生交互反應(yīng)生成金屬鉛，較多發(fā)生在反應(yīng)器熔池中。為使氧化熔煉過程盡可能脫除硫（包括溶解在金屬鉛中的硫），有更多的PbO生成是不可避免的，在操作上合理控制氧/料比就成為直接熔煉的關(guān)鍵。在理論上，可借助Pb-S-O系硫勢一氧勢化學勢圖（圖4-1）進行討論。\釧+Pa圖4-1 ptj-s^o系硫勢-氧勢圖在圖4-1中，橫坐標和縱坐標分別代表Pb-S-O系中的硫勢和氧勢，并用多相體系中硫的平衡分壓和氧的平衡分壓表示，其對數(shù)值分別為lgPs2和lgPo2.圖中間一條黑實線（折線）將該體系分成上下兩個穩(wěn)定區(qū)（又稱優(yōu)勢區(qū)）。上部PbO-PbSO4為熔鹽，代表PbS氧化生成的燒結(jié)焙燒產(chǎn)物。在該區(qū)域，隨著硫勢或SO2勢增大，燒結(jié)產(chǎn)物中的硫酸鹽增多；圖下部為Pb-PbS共晶物的穩(wěn)定區(qū)，由于Pb和PbS的互溶度很大，因此在高溫下溶解在金屬鉛中的S含量可在很大范圍內(nèi)變化。如圖所示，在低氧勢、高硫勢條件下，金屬鉛相中的硫可達13%，甚至更高，這就形成了平衡于縱坐標的等硫量（S%）線。隨著硫勢降低，意味著粗鉛中更多的硫被氧化生成SO進入氣相。在這里，用點實線（斜線）代表二氧化硫的等分2壓線（用P表示）。等P線表示在多相體系中存在的平衡反應(yīng)1/2S+O=SO.SO2 SO2 2 2 2在一定PSO2下，體系中的氧勢增大，則硫勢降低。反之亦然4.2.2直接煉鉛的方法硫化鉛精礦直接熔煉方法可分為兩類：一類是把精礦噴入灼熱的爐膛空間，在懸浮狀態(tài)下進行氧化熔煉，然后在沉淀池進行還原和澄清分離，如基夫賽特法.這種熔煉反應(yīng)主要發(fā)生在爐膛空間的熔煉方式稱為閃速熔煉.另一類是把精礦直接加入鼓風翻騰的熔體中進行熔煉，如QSL法、水口山法、奧斯麥特法和艾薩法等。這種熔煉反應(yīng)主要發(fā)生在熔池內(nèi)的熔煉方式稱為熔池熔煉。按照閃速熔煉和熔池分類的硫化鉛精礦直接熔煉的各種方法概括起來列于表4-1。熔池熔煉法除了此表列出的底吹和頂吹法外，正在試驗中的還有瓦紐柯夫法，它是一種側(cè)吹的熔池熔煉方法。無論是閃速熔煉，還是熔池熔煉，上述各種直接熔煉鉛方法的共同優(yōu)點是：（1） 硫化精礦的直接熔煉取代了氧化燒結(jié)焙燒與鼓風爐還原熔煉兩過程，冶煉工序減少，流程縮短，免除了反粉破碎和燒結(jié)車間的鉛粉、鉛塵和SO2煙氣污染，勞動衛(wèi)生條件大大改善，設(shè)備投資減少。（2） 運用閃速熔煉或熔池的方法，采用富氧或氧氣熔煉，強化了冶金過程。由于細粒精礦直接進入氧化熔煉體系，充分利用了精礦表面巨大活性，反應(yīng)速度快，加速了反應(yīng)器中氣-液-固物料之間的傳熱傳質(zhì)。充分利用了硫化精礦氧化反應(yīng)發(fā)熱值，實現(xiàn)了自熱或基本自熱熔煉。能耗低，生產(chǎn)率高，設(shè)備床能率大，余熱利用好。（3） 氧氣或富氧熔煉的煙氣SO2濃度高，硫的利用率高。（4） 由于熔煉過程得到強化，可處理鉛品位波動大、成分復(fù)雜的各種鉛精礦以及其他含Pb、Zn的二次物料，伴生