第十次课 硫化铅精矿的烧结焙烧 - 副本

1、第第 二二 节节 硫化铅精矿的烧结焙烧硫化铅精矿的烧结焙烧1烧结焙烧的主要目的：烧结焙烧的主要目的：1 1、将精矿矿中的硫化物氧化成氧化物，并将较、将精矿矿中的硫化物氧化成氧化物，并将较多的砷锑挥发除去。多的砷锑挥发除去。2 2、将铅精矿粉料烧结成坚硬多孔的烧结块。、将铅精矿粉料烧结成坚硬多孔的烧结块。2烧结焙烧产出的烧结块，应该：烧结焙烧产出的烧结块，应该： 1 1、烧结块的化学成份，应与配料计算的化学成、烧结块的化学成份，应与配料计算的化学成份相符；份相符； 2 2、烧结块必须坚实，在鼓风炉还原熔炼时，不、烧结块必须坚实，在鼓风炉还原熔炼时，不致被压碎；致被压碎； 3 3、烧结块应具有多孔

2、质构造和良好的透气性；、烧结块应具有多孔质构造和良好的透气性； 4 4、在原料含铜低的情况下，要求烧结块含硫愈、在原料含铜低的情况下，要求烧结块含硫愈低愈好，以保证绝大部分的硫化物生成氧化物。低愈好，以保证绝大部分的硫化物生成氧化物。31、硫化铅的氧化反应、硫化铅的氧化反应 铅精矿的主要成分是方铅矿（铅精矿的主要成分是方铅矿（PbS),占精矿组成的占精矿组成的60%80%。在烧结焙烧过程中，精矿的焙烧主要是。在烧结焙烧过程中，精矿的焙烧主要是PbS发生氧化反应，生成氧化物（发生氧化反应，生成氧化物（ PbO），也可能生），也可能生成硫酸盐或碱式硫酸盐（成硫酸盐或碱式硫酸盐（PbSO4, PbS

3、O4 PbO，PbSO4 2PbO，PbSO4 4PbO)，还可能生成金属铅，还可能生成金属铅（Pb)。422422222232SOPbOPbSPbSOOPbSSOPbOOPbS24222232SOPbPbSOPbSSOPbPbOPbS上述反应生成的上述反应生成的PbO和和PbSO4（包括碱式硫酸铅），与（包括碱式硫酸铅），与未氧化的未氧化的PbS之间，发生下列各种交互反应之间，发生下列各种交互反应,如：如：在焙烧高温下，交互反应析出的金属铅，大部分被烟气在焙烧高温下，交互反应析出的金属铅，大部分被烟气中的氧所氧化。中的氧所氧化。PbOOPb2225 综观上述反应可知，方铅矿的焙烧过程可以认为

4、是在综观上述反应可知，方铅矿的焙烧过程可以认为是在Pb-O-S三元系中进行，焙烧产物的形成取决于实际焙三元系中进行，焙烧产物的形成取决于实际焙烧温度和平衡气相（主要成分是烧温度和平衡气相（主要成分是O2和和SO2）组成。因）组成。因此，在冶金热力学上，常用恒温下的此，在冶金热力学上，常用恒温下的M（金属）（金属）-S-O系系lgpSO2-lgpO2平衡状态图（又称化学势图）来研究金平衡状态图（又称化学势图）来研究金属硫化物的氧化规律。属硫化物的氧化规律。1100K(827)时时Pb-O-S系状态系状态图如图图如图2-1所示。所示。6 在硫化铅精矿烧结焙烧的实际生产中，在硫化铅精矿烧结焙烧的实际

5、生产中，要求要求PbS尽可尽可能全部变成能全部变成PbO，而不希望得到，而不希望得到PbSO4和和PbSO4mPbO，因为铅烧结块中的，因为铅烧结块中的PbSO4或（或（PbSO4mPbO）在下一步鼓风炉熔炼中不能被碳或一氧化碳还原成金在下一步鼓风炉熔炼中不能被碳或一氧化碳还原成金属铅，而被还原成属铅，而被还原成PbS，如，如 PbSO4+4CO= PbS+4CO2 这就造成铅以这就造成铅以PbS形态损失于炉渣或铅锍中的数量增形态损失于炉渣或铅锍中的数量增加，所以在烧结焙烧时，应使加，所以在烧结焙烧时，应使PbS尽可能生成尽可能生成PbO，而，而不生成不生成PbSO4。7 从从Pb-O-S系状

6、态图可以看出，硫酸铅及其碱式盐的稳系状态图可以看出，硫酸铅及其碱式盐的稳定区域大，这说明它们在烧结时容易生成。只有当气定区域大，这说明它们在烧结时容易生成。只有当气相中的相中的SO2分压较小分压较小和和O2的分压较大的分压较大时，才能保证时，才能保证PbO的稳定范围，从而不生成或少生成的稳定范围，从而不生成或少生成PbSO4。具体。具体地说，要使地说，要使PbSO4（甚至包括（甚至包括PbSO44PbO）完全不）完全不生成的条件，必须保证气相中生成的条件，必须保证气相中pSO2小于图小于图2-1中反应式中反应式PbSO44PbO = 5PbO+ SO2 +1/2O2 的平衡的平衡SO2分压。但

7、是，降低气相中分压。但是，降低气相中pSO2来减少硫酸盐来减少硫酸盐的措施是不可取的，因为将不利于用烟气制硫酸。的措施是不可取的，因为将不利于用烟气制硫酸。8综合上述反应，焙烧产物的形成取决于实际焙烧温度综合上述反应，焙烧产物的形成取决于实际焙烧温度和平衡气相（主要是氧气和二氧化硫）组成。和平衡气相（主要是氧气和二氧化硫）组成。9 在实际生产中，可考虑用下面一些措施来减少在实际生产中，可考虑用下面一些措施来减少PbSO4的生成，以尽可能增加烧结产物中的生成，以尽可能增加烧结产物中PbO的数量的数量： （1）提高烧结焙烧温度）提高烧结焙烧温度 随着温度升高，硫酸盐将变随着温度升高，硫酸盐将变得越

8、来越不稳定。硫酸盐的分解是吸热反应，升高温得越来越不稳定。硫酸盐的分解是吸热反应，升高温度有利于度有利于PbSO4及其及其PbSO4mPbO向着生成向着生成PbO的方的方向逐级分解，最后生成稳定的向逐级分解，最后生成稳定的PbO（见图（见图2-2）。因此，）。因此，铅烧结焙烧过程料层温度实际上是在铅烧结焙烧过程料层温度实际上是在8001000下进下进行。行。1011 （2）将熔剂（石灰石、石英砂和铁矿石等）配料与铅精矿）将熔剂（石灰石、石英砂和铁矿石等）配料与铅精矿一起添加到烧结炉料之中，有助于减少一起添加到烧结炉料之中，有助于减少PbSO4的生成，提高的生成，提高烧结脱硫率。烧结脱硫率。 （

9、3）改善烧结炉料的透气性，改进烧结设备的供风和排烟，）改善烧结炉料的透气性，改进烧结设备的供风和排烟，使鼓风炉中的使鼓风炉中的O2和氧化反应生成的和氧化反应生成的SO2迅速达到或离开迅速达到或离开PbS精矿颗粒的反应界面，即降低反应界面的精矿颗粒的反应界面，即降低反应界面的pSO2和提高和提高pO2，均，均有利于有利于PbO的生成。的生成。 还值得注意的是，在较低的还值得注意的是，在较低的pSO2和和pO2数值范围内（图数值范围内（图2-1）中的左下方区域）是金属铅的稳定区域，这说明烧结产物中中的左下方区域）是金属铅的稳定区域，这说明烧结产物中还可能出现金属铅。如前面关于还可能出现金属铅。如前

10、面关于PbS的氧化反应所述，金属的氧化反应所述，金属铅的生成有两种可能：一是铅的生成有两种可能：一是PbS直接氧化，二是直接氧化，二是PbS和和PbO、PbSO4发生交互反应。这也是硫化铅精矿直接炼铅新工艺的发生交互反应。这也是硫化铅精矿直接炼铅新工艺的理论依据。理论依据。12 根据某厂烧结块的物相分析，以其中含铅总量为基根据某厂烧结块的物相分析，以其中含铅总量为基数，不同形态的铅含量如表数，不同形态的铅含量如表2-12-1所示。所示。13（1 1）铁的硫化物）铁的硫化物 黄铁矿（黄铁矿（FeS2）和磁硫铁矿（）和磁硫铁矿（FenSn+1）是硫化铅精矿中的）是硫化铅精矿中的必然伴生物。当加热到

11、必然伴生物。当加热到300以上时，黄铁矿和磁硫铁矿以上时，黄铁矿和磁硫铁矿都发生分解而产生硫的蒸气。都发生分解而产生硫的蒸气。21222121SnFeSSFeSFeSFeSnn在烧结鼓风和高温下，硫化亚铁（在烧结鼓风和高温下，硫化亚铁（FeS）氧化成氧化亚铁）氧化成氧化亚铁（FeO）、三氧化二铁（）、三氧化二铁（Fe2O3）和四氧化三铁（）和四氧化三铁（Fe3O4 ），），其中以其中以Fe2O3为主，能与为主，能与PbO等金属氧化物进一步结合成等金属氧化物进一步结合成xPbOyFe2O3。14（2 2）铜的硫化物）铜的硫化物铜在硫化铅精矿中，呈黄铜矿（铜在硫化铅精矿中，呈黄铜矿（CuFeS2）

12、、铜蓝（）、铜蓝（CuS）和辉铜矿）和辉铜矿（Cu2S）等形态存在。焙烧时，铜的各种硫化物多变为氧化物，最终）等形态存在。焙烧时，铜的各种硫化物多变为氧化物，最终以游离的或结合的氧化亚铜或少量未氧化的硫化亚铜的形式，留在烧以游离的或结合的氧化亚铜或少量未氧化的硫化亚铜的形式，留在烧结块中。结块中。222342222226(35 / 2)32122(5 / 2)2223222C uF eSOC u OF e OSOC uSOC u OSOC u SOC u OSO15（3 3）硫化锌）硫化锌 硫化锌的结构是很致密的，故它是一种比较难氧化的物质。硫化锌的结构是很致密的，故它是一种比较难氧化的物质。

13、加之氧化后生成的硫酸盐和氧化物，是一种很致密的膜层，加之氧化后生成的硫酸盐和氧化物，是一种很致密的膜层，它能紧紧地包裹在未被氧化的硫化物颗粒表面，阻碍氧的它能紧紧地包裹在未被氧化的硫化物颗粒表面，阻碍氧的渗入。所以在烧结焙烧时，需要较长的时间、过量的空气渗入。所以在烧结焙烧时，需要较长的时间、过量的空气和较高的烧结温度，才能使硫化锌转化为氧化锌，其反应和较高的烧结温度，才能使硫化锌转化为氧化锌，其反应为：为：221.5ZnSOZnOSO16（4 4）砷的硫化物）砷的硫化物 铅精矿中的铅精矿中的As是以毒砂（是以毒砂（FeAsS）及雌黄（）及雌黄（As2S3）的）的形态存在。焙烧时，首先受热离解

14、，然后氧化生成极形态存在。焙烧时，首先受热离解，然后氧化生成极易挥发的三氧化二砷（易挥发的三氧化二砷（As2O3）。）。223232232223232F e A sS = A s+ F e S2 A s+ (3 /2 )O= A s OA s S+ (9 /2 )O= A s O32 F e A sS + 5 O= F e O+ A s O2S OS O17 As2O3在在120时，已显著挥发。到时，已显著挥发。到500 时，其蒸气时，其蒸气压已达到压已达到105Pa。故烧结焙烧时的脱砷程度，一般能达。故烧结焙烧时的脱砷程度，一般能达到到40%80%。少部分未挥发的三氧化二砷进一步氧。少部分未

15、挥发的三氧化二砷进一步氧化，变为难于挥发的五氧化二砷（化，变为难于挥发的五氧化二砷（As2O5 ），随即与），随即与其他金属氧化物（如其他金属氧化物（如PbO、CuO、FeO、CaO等）作等）作用生成很稳定的砷酸盐，残留于烧结块中用生成很稳定的砷酸盐，残留于烧结块中。18（5 5）锑的硫化物）锑的硫化物 锑主要是以辉锑矿（锑主要是以辉锑矿（Sb2S3）和硫锑铅矿（）和硫锑铅矿（5PbS2 Sb2S3 ）形态存在于铅精矿中，锑的硫化物在烧结焙烧过程中的行形态存在于铅精矿中，锑的硫化物在烧结焙烧过程中的行为类似为类似As2S3，只不过在同样焙烧温度下，生成的，只不过在同样焙烧温度下，生成的Sb2O

16、3较较As2O3的蒸气压小，挥发的温度高，故脱锑程度不及脱砷的蒸气压小，挥发的温度高，故脱锑程度不及脱砷高。高。 在高温及大量过剩空气下，部分氧化成稳定的且难挥发的在高温及大量过剩空气下，部分氧化成稳定的且难挥发的四氧化二锑（四氧化二锑（ Sb2O4 ）及五氧化二锑（）及五氧化二锑（ Sb2O5 ）同金属氧）同金属氧化物作用而生成锑酸盐。化物作用而生成锑酸盐。2322323SOOSb)2/9(SSbO19 镉常伴生于铅精矿中，其形态主要为硫化镉（镉常伴生于铅精矿中，其形态主要为硫化镉（CdS），），焙烧时有少部分挥发进入烟尘。硫化镉氧化成氧化镉焙烧时有少部分挥发进入烟尘。硫化镉氧化成氧化镉（

17、CdO ）和硫酸镉（）和硫酸镉（CdSO4）：）： 生成的硫酸镉，在焙烧末期的高温下，离解成氧化镉，生成的硫酸镉，在焙烧末期的高温下，离解成氧化镉，最后残留于烧结块中的镉一般以存最后残留于烧结块中的镉一般以存CdO在。在。4222CdSO2OCdS2SO2CdO3OCdS220 金以金属状态存在，烧结时不起变化。金以金属状态存在，烧结时不起变化。 银常以辉银矿（银常以辉银矿（Ag2S）存在于铅精矿中，氧化焙烧时，）存在于铅精矿中，氧化焙烧时，部分变为金属银和硫酸银（部分变为金属银和硫酸银（ Ag2S O4）：）： Ag2SO4是较稳定的化合物，在是较稳定的化合物，在850时开始分解，因时开始分

18、解，因此，银以金属银及硫酸银的形态存在于烧结块中。此，银以金属银及硫酸银的形态存在于烧结块中。222O S2AgOSAg2122 为了在生产实践中能顺利地对含铅炉料进为了在生产实践中能顺利地对含铅炉料进行烧结焙烧，并能获得具有孔隙度大和足够强行烧结焙烧，并能获得具有孔隙度大和足够强度的烧结块，又能满足鼓风炉熔炼对化学成分度的烧结块，又能满足鼓风炉熔炼对化学成分的要求，所以烧结焙烧炉料的准备，无论是对的要求，所以烧结焙烧炉料的准备，无论是对烧结焙烧本身，对鼓风炉熔炼，都具有重要意烧结焙烧本身，对鼓风炉熔炼，都具有重要意义。义。23 烧结前进行配料，烧结前进行配料，主要满足主要满足S S、PbPb

19、和造渣组分的要求和造渣组分的要求。 精矿中的硫化物就是焙烧过程的燃料，配料时硫的数精矿中的硫化物就是焙烧过程的燃料，配料时硫的数量的确定是直接与过程的热平衡和烧结块残硫联系在量的确定是直接与过程的热平衡和烧结块残硫联系在一起的，过高与过低都会导致过程热制度的破坏以及一起的，过高与过低都会导致过程热制度的破坏以及残硫不符合要求。烧结料适宜的硫量应当是：脱硫率残硫不符合要求。烧结料适宜的硫量应当是：脱硫率一般为一般为60%60%75%75%，欲得残硫，欲得残硫1.0%1.0%1.5%1.5%的烧结块，则的烧结块，则料含料含S S 应为应为5%5%7%7%。如果。如果S7%S7%时，则烧结块残硫必然

20、时，则烧结块残硫必然升高而不合要求。升高而不合要求。24 为了使鼓风炉熔炼获得高的生产率、金属回收率以及为了使鼓风炉熔炼获得高的生产率、金属回收率以及低的燃料和熔剂消耗，希望尽可能地提高烧结块的含低的燃料和熔剂消耗，希望尽可能地提高烧结块的含Pb量，但太高会导致熔炼困难，因此，许多工厂将混量，但太高会导致熔炼困难，因此，许多工厂将混合炉料中的铅含量提高到合炉料中的铅含量提高到45%左右。在日本有的工厂左右。在日本有的工厂已将混合料含铅从已将混合料含铅从48%提高到提高到51%，最高达，最高达52%。 由于各铅厂原料成分和原料性质的不同，再加上冶炼由于各铅厂原料成分和原料性质的不同，再加上冶炼技

21、术水平的差异，各铅厂选配渣成分就不一样，且差技术水平的差异，各铅厂选配渣成分就不一样，且差别极大，一般范围（别极大，一般范围（%）是：）是：SiO22032，Fe2230，CaO1420，Zn815。25 要求烧结炉料的物理性质均匀，同时要求有良好的透气要求烧结炉料的物理性质均匀，同时要求有良好的透气性。性。26 烧结炉料主要是由铅精矿、返粉、熔剂（主要是石灰烧结炉料主要是由铅精矿、返粉、熔剂（主要是石灰石、铁矿石、石英石等）、杂料（包括烟尘、含铅杂石、铁矿石、石英石等）、杂料（包括烟尘、含铅杂物如浸出渣等）组成。一些工厂铅烧结焙烧的炉料组物如浸出渣等）组成。一些工厂铅烧结焙烧的炉料组成列于表

22、成列于表2-62-6。经过配料后的混合料的化学成分列于表。经过配料后的混合料的化学成分列于表2-72-7。2728鼓风炉熔炼造渣所需要的熔剂，一般根据配料计算量全部混入烧鼓风炉熔炼造渣所需要的熔剂，一般根据配料计算量全部混入烧结炉料中，这样的烧结块在鼓风炉熔炼时就可以大大提高生产率。结炉料中，这样的烧结块在鼓风炉熔炼时就可以大大提高生产率。如果所需的熔剂在熔炼时才加入，由于熔剂与烧结愉中造渣成分如果所需的熔剂在熔炼时才加入，由于熔剂与烧结愉中造渣成分不能相互密切接触而使造渣过程缓慢，过程不均衡而引起熔炼速不能相互密切接触而使造渣过程缓慢，过程不均衡而引起熔炼速度下降。因此，度下降。因此，常把熔

23、炼过程所需的熔剂预先与精矿一起配入烧常把熔炼过程所需的熔剂预先与精矿一起配入烧结炉料进行烧结焙烧而产出的烧结块称为自熔烧结块结炉料进行烧结焙烧而产出的烧结块称为自熔烧结块。在烧结焙烧时，在烧结焙烧时，为了稀释炉料中的硫，通常加入大量的返粉为了稀释炉料中的硫，通常加入大量的返粉，其，其数量可达精矿数量的数量可达精矿数量的23倍。所谓返粉，即为含硫低的烧结焙烧倍。所谓返粉，即为含硫低的烧结焙烧产品，经破碎后返回烧结配料的粉料。为了稀释炉料中的硫和铅，产品，经破碎后返回烧结配料的粉料。为了稀释炉料中的硫和铅，有时还加入一定量的鼓风炉水淬渣，也有利于改善烧结块的质量。有时还加入一定量的鼓风炉水淬渣，也

24、有利于改善烧结块的质量。29 烧结炉料的配料方法常见有两种，即仓式配料（也称烧结炉料的配料方法常见有两种，即仓式配料（也称皮带配料或圆盘配料）法和堆式配料法。也有联合使皮带配料或圆盘配料）法和堆式配料法。也有联合使用的。用的。 仓式配料法设备简单，占地面积小，便于机械化，我仓式配料法设备简单，占地面积小，便于机械化，我国普遍采用，其最大缺点是很难控制各组分的正确配国普遍采用，其最大缺点是很难控制各组分的正确配料比例和数量。料比例和数量。 堆式配料法的优点有：配料比较容易控制，炉料成分堆式配料法的优点有：配料比较容易控制，炉料成分均匀；可预先分析炉料成分，准确度高，可大量储存均匀；可预先分析炉料

25、成分，准确度高，可大量储存已配好的炉料，使烧结块成分长时间无波动。缺点是已配好的炉料，使烧结块成分长时间无波动。缺点是需要在一端设有为临时改变炉料组成用的补充配料仓，需要在一端设有为临时改变炉料组成用的补充配料仓，并且占地面积大，使大量精矿不能得到迅速处理。并且占地面积大，使大量精矿不能得到迅速处理。301、带式烧结机的构造及附属设备带式烧结机的构造及附属设备 烧结焙烧的主要设备是烧结机。烧结机是一种连烧结焙烧的主要设备是烧结机。烧结机是一种连续作业的冶金设备，按其形状分盘式和带式两种。带续作业的冶金设备，按其形状分盘式和带式两种。带式烧结机又称直线型烧结机，它由许多个紧密挤在一式烧结机又称直

26、线型烧结机，它由许多个紧密挤在一起的起的台台车组成。车组成。台台车用钢铸成，底部有炉篦，短边设车用钢铸成，底部有炉篦，短边设有挡板（即为车帮），挡板的高矮确定料层的厚薄，有挡板（即为车帮），挡板的高矮确定料层的厚薄，而长边则彼此紧密相连，形成一具有炉篦的大而长的而长边则彼此紧密相连，形成一具有炉篦的大而长的浅槽，类似一环形运输带。浅槽，类似一环形运输带。3132 机架的前端设有一对大齿轮（又称扣链轮），尾端则机架的前端设有一对大齿轮（又称扣链轮），尾端则为一半园形的固定钢轨或星轮。大齿轮由电动机通过为一半园形的固定钢轨或星轮。大齿轮由电动机通过减速装置而运动，其齿间距离与台车轮间距吻合，当减速装置而运动，其齿间距离与台车轮间距吻合，当其旋转时，其齿恰好扣住下轨道而来的台车将它提升其旋转时，其齿恰好扣住下轨道而来的台车将它提升到上轨道，同时将前面的所有台车推动，并使之紧紧到上轨道，同时将前面的所有台车推动，并使之紧紧地联接在一起。地联接在一起。33 台车沿上轨道移动到风箱顶部时，车箱底的两侧滑行台车沿上轨道移动到风箱顶部时，车箱底的两侧滑行在风箱边缘的钢制滑板上以构成风箱的