最新鼓风炉还原熔炼的基本原理课件

鼓风炉还原熔炼的基本原理鼓风炉还原熔炼的基本原理位于CO-CO2线上方的氧化物易还原，贵金属、铜等进入粗铅；SiO2,CaO,Al2O3等不会被还原，进入炉渣；ZnO在1500K以内，比FeO难还原，进入炉渣；应控制还原条件，使FeO进入炉渣，而不被还原为金属铁；As,Sb,Bi部分以低价氧化物挥发，部分被还原进入粗铅。图4-14.2还原熔炼的原理与反应位于CO-CO2线上方的氧化物易还原，贵金属、铜等进入粗铅；4.4

鼓风炉炼铅4.4.1铅烧结块鼓风炉还原熔炼的目的

烧结焙烧得到的铅烧结块中的铅主要以PbO（包括结合态的硅酸铅和铁酸铅）和少量的PbS、金属Pb及PbSO4形态存在，此外还含有伴存的Cu、Zn、Bi等有价金属和贵金属Ag、Au以及一些脉石氧化物。最大限度地将烧结块中的铅还原出来获得金属铅，同时将Au、Ag、Bi等贵金属富集其中；将铜还原进入粗铅；若烧结块中含Cu、S都高时，则使铜呈Cu2S形态进入铅锍（俗称铅冰铜）中，以便下一步回收；如果炉料中含有Ni、Co时，使其还原进入黄渣（俗称砷冰铜）；将烧结块中一些易挥发的有价金属化合物(CdO）富集于烟尘中，便于进一步综合回收；使脉石成分(SiO2、FeO、CaO、MgO、Al2O3)造渣，锌也以ZnO形态入渣，便于回收。最新鼓风炉还原熔炼的基本原理课件4.4.2铅鼓风炉炉料组成与熔炼过程发生的主要过程

物料：炉料和燃料。炉料的主要组成是自熔烧结块（占90％～100％）；熔剂在烧结就配好了。其它炉料有返料、铁屑、萤石、石英块（烧结块残硫高、熔炼炉渣渣型改变以及炉况不正常时可添加）等。燃料为焦炭，为炉料的9%~14%。焦炭既是燃料也是还原剂。国内外各炼铅厂烧结块成分及鼓风炉炉料组成见表4－2、表4-3.

烧结块化学成分：含铅40％～50％，含硫率视块中铜、锌含量而定。含锌高时，应进行死烧，彻底脱硫；含铜高于1.5%，则应留少量的硫；若含铜、锌都高时，先进行死烧，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等成分应符合选定的渣型。烧结块物相分析实例如表4-4。

块度：50～120mm，小于50mm和大于120mm的不大于25％；空隙度：不小于50％～60％；强度：烧结块的转鼓率为28%～40％，或从1.5m高处三次自然落至水泥地面或钢板上，经筛分后，小于10mm的重量低于15％～20％。铅鼓风炉用焦炭性质实例最新鼓风炉还原熔炼的基本原理课件4-24-24-3

鼓风炉中一般不加返渣(占用炉子生产能力,增加焦炭的消耗)。铁、硅、钙熔剂和萤石应严格拒绝入炉，只作炉况不好，渣型变化时临时措施之用。

4-3鼓风炉中一般不加返渣(占用炉子生产能力,增加焦对焦炭的质量要求：①高热值，保证化学反应过程和熔炼过程进行；②高着火温度，避免在炉子上部发生过早的燃烧；③适当孔隙率，提高透气性，促进空气与炉气在料柱中均匀分布；④足够的机械强度，防止在炉子下部被压碎或磨碎；⑤少量灰分和水分。某厂具体要求：固定碳75％～80％，灰分小于16％；发热值25～29MJ/kg；着火温度600～800℃，孔隙率40％～50％；抗压强度大于7.0MPa；块度50～100mm。表4-5对焦炭的质量要求：表4-54.4.2熔炼过程发生的主要过程碳质燃料燃烧；金属氧化物还原；脉石及氧化锌成分造渣等过程；可能还发生硫化物形成锍、砷化物形成黄渣过程；上述熔体产物的沉淀分离过程最新鼓风炉还原熔炼的基本原理课件4.4.3铅鼓风炉还原熔炼的理论基础

氧化铅还原热力学（根据炉内上下区域温度）

327℃：PbO(s)+CO=Pb(s)+CO2+63625J327～883℃：PbO(s)+CO=Pb(l)+CO2+58183J

＞883℃:PbO(l)+CO=Pb(l)+CO2+67895J

均为放热反应，反应的平衡常数方程为

lgKp=3250/T+0.417×10-3T+0.3

由表可知：还原所需CO浓度不大，低于1000℃，为万分之几至千分之几，高于1000℃为3％～5％。不管固体氧化铅还是液体氧化铅都易还原。T高，所需CO浓度也越大。PbO被C直接还原反应为：

PbO＋C＝Pb＋CO－90581.84J

为吸热反应，在400～500℃时已较为显著，在700℃时，则强烈进行。表4-64.4.3铅鼓风炉还原熔炼的理论基础表4-64.4.3铅鼓风炉还原熔炼的理论基础复杂铅氧化物(PbO•SiO2)还原的热力学

PbO.SiO2(晶体）＋CO＝Pb(液)+SiO2(无定形）＋CO22PbO.SiO2(晶体）＋2CO＝2Pb(液)+SiO2(无定形）＋2CO2

硅酸铅（(XPbO•ySiO2)）是烧结块中最多的一种结合态氧化铅，熔化温度为720-800℃,熔融后的硅酸铅还原反应进行的程度是降低鼓风炉渣含铅的关键。还原反应进行的极限以氧化物形态残留在炉渣中的金属铅量，按如下反应进行：

PbO(熔渣)+CO=Pb(l)+CO2

Gθ=-87320+8.95T(J)

PCO2/PbO.XPbO.PCO=K=425(1473K,aPb=1)

XPbO=PCO2/PCO.PbO.425其中PbO作为碱性较强的氧化物，在铁硅酸盐炉渣中的活度系数被认为是0.3，计算PCO2/PCO与XPbO和wpb(炉渣中铅的百分含量）的关系如表4-84.4.3铅鼓风炉还原熔炼的理论基础硅酸铅（(XPbO•t/℃t/K计算值平衡气相中(CO+CO2）中CO含量/%lgKpCO/%纯PbO2PbO.SiO2PbO.SiO25006007007738739735.0844.6244.2598.2×10－42.37×10－33.74×10－31.1×10－33.7×10－38.5×10－33.4×10－29.4×10－22.1×10－11.2×10－18.2×10－18.2×10－1表4－8复杂铅氧化物用CO还原时平衡气相中CO含量由上表可知，复杂铅氧化物被CO还原比游离PbO要困难得多。通过热力学计算

固体炭和一氧化碳还原氧化铅和硅酸铅的反应标准自由焓变化与温度的关系图，即直接还原和间接还原的△G0－T图（图4－2）。表4-7

还原气氛对炼铅渣渣含铅的影响t/℃t/K计算值平衡气相中(CO+CO2）中CO含量/%l4-24-2

1、不管有无熔剂参与反应，同一种铅化合物用固体炭还原比一氧化碳还原容易得多。

2、在无碱性氧化物FeO和CaO参与情况下，铅氧化物被还原的顺序为PbO、2PbO.SiO2和PbO.SiO2，但在有碱性氧化物存在时，难易顺序发生变化。CaO存在时，为PbO.SiO2

、2PbO.SiO2

、PbO，FeO存在时，为PbO.SiO2

、PbO、2PbO.SiO2

。

3、由于CaO与SiO2形成多种硅酸盐,所以炉料中CaO:SiO2的比值对还原反应进行程度有很大关系。生成3CaO.SiO2的△G0负值最大，因此，从降低鼓风炉熔炼的渣含铅损失以及提高含锌炉渣烟化处理时的金属回收率出发，要求选用高钙渣型是合理的（但与提高烧结脱硫和降低冶炼成本有矛盾）。在某种情况下，熔炼过程不容许大量加入石灰石熔剂时，以FeO代替部分CaO也是可以的，在处理高锌炉料时，选用含铁高的渣型，增大炉渣对ZnO的溶解度，有利于炉况顺行。

4、硅酸铅的直接还原或间接还原，如没有碱性氧化物参与是困难的(CaO可以置换硅酸铅中的铅），甚至是不可能的。1、不管有无熔剂参与反应，同一种铅化合物用固体铅烧结块中其它金属氧化物的还原

在烧结块中除铅化合物外，还有铁、锌、铜、锡、锑、砷锑铋镍镉等杂质化合物，它们在熔炼过程中的行为，对于熔炼的结果具有重要的意义。

在1000℃，还原顺序：Cu2O、PbO、NiO、CdO、Fe3O4、FeO、ZnO、Cr2O3、MnO等。决定了熔炼过程金属是被还原还是被渣化，可以确定主金属中的杂质含量。由于Al2O3、CaO、MgO、SiO2之间对氧亲和力相差很大，容易实现这些氧化物造渣和PbO还原。化学反应通式为：

M'O＋CO＝[M′]Pb＋CO2

式中[M′]Pb为溶解于铅液中金属杂质Cu、Bi、As、Sb等。当被还原出的元素溶于主金属熔体中，则该元素氧化物变得容易还原。这就是粗铅中为何含有其它杂质元素甚至是难以还原的杂质的原因；当杂质元素在粗铅的浓度还很小时，该杂质元素的氧化物越易被还原。铅烧结块中其它金属氧化物的还原铅烧结块中其它金属氧化物的还原

杂质以复杂氧化物存在时，实际上是从硅酸盐融体中还原M'O：（M'O）渣＋CO＝[M′]+CO2

例如：(Cu2O）渣＋CO＝2[Cu]+CO2

(Bi2O3）渣＋3CO＝2[Bi]+3CO2(AS2O5）渣＋5CO＝2[Bi]+5CO2(Sb2O5）渣＋5CO＝2[Bi]+5CO2(ZnO）渣＋CO＝[Bi]+CO2Cu、Bi对氧的亲和力很小，大部分被还原进入粗铅，As、Sb及Sn对氧的亲和力虽大于铅，但它们在铅中溶解度很大，也容易还原进入粗铅。锌对氧的亲和力大，难被碳还原，大部分呈ZnO入渣。但也有少量的ZnO在炉子下部被CO、C所还原：ZnO+CO=Zn(气）+CO2

产出的的锌蒸汽随炉气上升，被炉气中的CO2

、H2O和O2氧化为ZnO（次氧化锌），也可以被炉气中的SO2

所硫化为ZnS。如果氧化锌和硫化锌若沉积于半融状态的碎料上或炉壁上，在炉子上部产生炉结；若氧化锌沉积在炉料表面空隙之间，就会随炉料下降到炉子下部，重新还原为Zn蒸汽，又炉气上升，如此循环。因此在处理高锌铅精矿时要求烧结块残硫低，一般铅精矿锌在5%以下。铅烧结块中其它金属氧化物的还原CO还原金属氧化物与温度和炉渣中MO活度的关系4-3CO还原金属氧化物与温度和炉渣中MO活度的关系4-3铁的氧化物还原

1、由于FeO在熔体中的浓度大大低于其独立存在时的浓度，即αFeO＜1，使FeO→Fe的还原曲线上移，故FeO在铅鼓风炉内还原为金属铁是不大可能。炉内积铁现象只是由于局部产生强烈的还原气氛所引起。

2、由于铁对氧的亲和力高于铅对氧的亲和力，即△G0FeO＜△G0PbO，根据△G＝RTlnKp得Kp（Fe）＞Kp（Pb)，对反应式：（MO）＋CO=[M]+CO2,平衡常数Kp=pCO·α(MO)/pCO2·α[M]，Kp越大α(MO)也越大，即在熔渣中的浓度也越大,所以FeO留在熔渣中的浓度也越大，FeO不易还原；α[M]越大且接近于1，则还原所需pCO也越大，越不易还原。实际上，铅鼓风炉应保持的还原气氛是使铁的各种氧化物还原至FeO，而不出现金属铁，即图4－3中虚线构成的阴影部分。铁的氧化物还原1、由于FeO在熔体中的浓度大大低于其铅烧结块中金属硫化物在熔炼过程中的行为

烧结块中有少量PbS与PbSO4，PbS主要进入铅锍中，少部分挥发；PbSO4可被还原成PbS进入铅锍。

Cu2S与PbS、FeS形成贫铜锍（Cu10％～15％）。

ZnSO4部分离解：2ZnSO4＝2ZnO＋SO2＋O2；部分被CO还原：

ZnSO4＋4CO＝ZnS＋4CO2ZnS在是非常有害的物质，在熔炼过程中进入炉渣和锍相，使炉渣粘度增大，难溶性增加；使锍相密度降低，熔点升高，导致熔炼产物分离困难，渣含铅升高。很多则在炉缸上部出现泡沫状态锌锍独立相，位于铜锍相（或渣相）与铅之间，由于它熔点高，粘度大，排出非常困难，当温度降低时，则在铅相表面凝结成硬壳阻止铅流入炉缸。

CaSO4＋4CO＝CaS＋4CO2CaS部分进入锍相，部分进入炉渣。金、银呈Au、Ag、Ag2S、Ag2SO4状态，绝大部分进入粗铅，极少部分进入锍。铅烧结块中金属硫化物在熔炼过程中的行为在铅的还原熔炼过程中，要求铁的氧化物还原为FeO,若以Fe3O4存在，或过还原为Fe，均可能会造成炉缸积铁。PCO2/PCO：高低Fe2O3Fe3O4FeOFe

FeO(液）+CO=Fe(γ)+CO2

ΔGθ=-43640+38.12T

K1473=(αFe•PCO2)/(αFeO•PCO)=0.36一般认为硅酸盐炉渣中的FeO活度接近与它的摩尔分数，故取αFeO=0.4,则PCO2/PCO与Fe(γ)的活度关系如表4-9PCO2/PCO1041.441.00.290.144αFe0.01440.0360.10.1440.51.0图4-9：还原气氛对炉渣中的铁还原的影响

在铅冶炼中，铅铁是完全不互溶的，因此，强还原气氛除在热利用上不经济外，还收到铁的还原反应的制约。烧结块中的Fe2O3应还原为FeO，但不能形成Fe3O4或铁，否则会导致炉缸积铁，迫使炉子停产。而FeO则可以形成性质很好的硅酸盐炉渣在铅的还原熔炼过程中，要求铁的氧化物还原为FeO,若以Fe炉气成分的调节

C+O2====CO2+408568（J）CO2+C====2CO-162297（J）2C+O2====2CO+246270（J）

①碳完全燃烧，放热大，有利于热平衡及热利用，但不能达到还原熔炼所需炉气成分；②如果不完全燃烧，可得到充分的CO，但对于相同质量的碳而言，发热量仅为完全燃烧的30%左右，降低了焦炭利用率，燃料浪费大，100%的CO也是铅冶炼过程所不容许的。③炉气中CO和CO2之比调节办法：对于加入炉内的一定炉料和燃料，要求在单位时间内鼓入恒定的风量。生产实践中，通常是按照焦炭的C量的50%-55%燃烧成CO，另外50%-45%的C燃烧成CO2的比例来计算风量的。焦炭的燃烧反应在扩散区进行，可通过炉顶和风口水平的烟气进行测定。表4-10为国外某厂鼓风炉烟气成分分析炉气成分的调节

结果表明，烟气中出现有少量的氧，说明空气的不完全燃烧。

重金属还原熔炼鼓风炉风口区温度比炼铁高炉低，只有1300℃而不是1600-1800℃

，焦炭与空气的反应更不可能达到气-固平衡，也不可能使炉渣的含铅量达到像高炉炼铁炉渣中的FeO含量那样低，通常炼铅渣含Pb约1%，低于此值的情况很少。图4-10：国外某铅厂鼓风炉烟气分析体积（%）COCO2O2N2炉缸烟气5.117.24.073.7风口炉气13.810.53.971.8结果表明，烟气中出现有少量的氧，铅氧化物还原动力学

机理：基本上是按吸附－自动触媒催化的几个阶段进行，即：

1）CO气体穿过界面层扩散到PbO块的表面。

2）CO气体通过PbO块的孔隙向块的内部扩散。

3）在块表面和空隙通道表面发生吸附－结晶化学反应。

PbO＋CO＝Pb＋CO2（吸附）

4）CO2通过孔隙向外扩散。

5）CO2通过边界层扩散到主体气流中。

1、氧化铅被CO还原在较低温度下PbO被CO还原，就具有较快的反应速度。

2、硅酸铅用CO还原硅酸铅是铅烧结块中铅的主要化合物，比游离PbO难还原。

3、铁酸铅用CO还原

PbO.Fe2O3Pb+PbO.4Fe2O3Pb+PbO.6Fe2O3

Pb+Fe3O4Pb+FeOPb+Fe+CO2

在较高温度下，一开始就具有较快的速度。

+CO+CO+CO+CO+CO铅氧化物还原动力学+CO+CO+CO+CO+CO

4、熔体硅酸铅被碳直接还原含铅的烧结块同时被C和CO还原。往硅酸铅熔体中加入钙和钠的氧化物时，均可加速其还原反应。

2PbO.SiO2→Pb＋PbO.SiO2→Pb＋PbO.2SiO2→Pb＋SiO2

5、铅烧结块还原反应动力学铅的还原程度和速度常数在很大程度上取决于烧结块的组成，首先是硅酸铅的含量。当烧结块中铅的总量减少和硅酸铅的含量增加时，还原程度和速度常数便会降低；当温度升高时便会升高。铅烧结块还原的表观活化能值比同样条件下铅硅酸盐还原的表观活化能值小一些，这是铅烧结块中存在CaO和在还原中产生的金属铁的催化现象，而加速了铅烧结块中铅的还原。4、熔体硅酸铅被碳直接还原4.4.4

铅鼓风炉熔炼产物鼓风炉内的物理化学变化炉内不同高度炉气成分和温度不同，所发生的物理化学变化也各异。

1）炉料预热区（190～400℃）。炉料被烘干，驱出表面水，易还原的氧化物（PbO、Cu2O等）开始被还原。

2）上还原区（400～700℃）。结晶水开始脱除，碳酸盐及某些硫酸盐开始离解，PbSO4被CO还原成PbS。CO2与C反应生成CO，还原析出的铅滴进行聚集，在向下流动过程中将Au、Ag捕集。铁的高价氧化物被还原成低价氧化物。3）下还原区（700～900℃）。CO还原作用强烈进行，上述两区开始的反应在此区基本完成，CaSO4、MgSO4、ZnSO4的离解和硫化物的沉淀反应，金属铜的硫化反应分别进行，高价砷、锑的氧化物被还原成低价氧化物，硅酸铅呈熔融状态并开始被还原。4）熔炼区（900～1300℃）。上述各区进行的反应均在此区完成，SiO2、FeO、CaO造渣，并将Al2O3、MgO、ZnO溶解其中，CaO、FeO置换硅酸铅中PbO，游离出来的氧化铅则被固体碳还原为金属铅，炉料完全熔融，形成的液体流经下面赤热的焦炭层过热，进入炉缸，而灼热的炉气则上升与下降的炉料作用，发生上述反应。4.4.4铅鼓风炉熔炼产物5）炉缸区。过热后的各种熔融体，流入炉缸后继续完成上述未完成的化学反应并按密度差分层。最下层：粗铅（约11g/m3），其上层为黄渣（约7g/m3），再上层为铅锍（约5g/m3），最上层为炉渣（约3.5g/m3）。产出的粗铅经渣层、铅锍和黄渣层而沉降，将贵金属捕集。铅鼓风炉熔炼产物

1、粗铅

因原料成分和熔炼条件不同，粗铅成分变化很大，一般含铅97%-98%，如果处理大量铅的二次原料，则含铅降至92%-95%.粗铅中还含有Cu（

0.2-1.2%）、

Bi（0.1-1.0%)、As、Sb、Sn、Au、Ag等。如果粗铅采取电解精炼，那么含Sb应为0.4%-1.2%，使阳极泥不脱落。国内外几家炼铅厂的粗铅成分见表4－11。

2、铅炉渣

炼铅原料中的脉石氧化物以及在烧结-还原熔炼过程中炉料发生物理化学变化而生成的铁、锌氧化物都是铅鼓风炉炉渣的主要来源。1吨粗铅通常可产出1~2t炉渣。按炉渣密度3.5t/m3、粗铅密度11t/m3估算，炉渣的容积为粗铅的3~6倍。因此，冶炼过程经济技术指标在很大程度上与炉渣有关。而任何金属提炼过程实际上就是将脉石成分造渣与主金属分离的过程。加入的溶剂就是为了获得炉渣。5）炉缸区。过热后的各种熔融体，流入炉缸后继续完成上述未完成

4-114-11炉渣的作用：

1）使矿石中的脉石、溶剂及燃料中的灰分造渣，实现高温下与主金属分离。

2）熔渣是一中介质，进行着许多极为重要的冶金反应。如铅炉渣中硅酸铅可直接被还原剂还原，铅在渣中损失决定于这一反应的完全程度。

3）炉渣中发生金属液滴或锍液滴的沉降分离。其分离程度对金属在渣中机械夹杂损失起决定作用。

4）鼓风炉内炉渣是热状况的调节剂。炉内最高温度决定于炉渣的熔点，一般最高温度为炉渣熔点再过热150-250℃.当炉渣组成一定时，向炉内增加热量不能提高温度，只会增加炉料熔化的速度。

5）在用于炉渣沉淀保温的电热前床中，炉渣和电极周围的气膜起着电阻的作用，可用调节电极插入渣中深度的方法来调节前床内的温度。

因此，必须根据冶炼过程的特点，合理选择炉渣成分，使之具有良好的物理化学性质，即适当的熔点、较低的密度和年度

铅炉渣中各主要组分含量的波动范围(％):4～30ZnO，8～30SiO2，17～41FeO，3～25CaO，含铅0.3%～3.8%,含铜0.5%～1.5%，还含有2％～3％Al2O3，约2％MgO等。有80％以上的锌、20％的铜、2％～3％铅及一些Ge、In、Cd、Sn和贵金属进入炉渣中。含锌大于10%，烟化炉碳热还原回收Zn,Pb。

炉渣的作用：铅炉渣合理成分的选择对炉渣成分的选择应满足①选用自熔性渣型，减少溶剂消耗；②粘度小，在熔炼温度下不大于0.5-1.0Pa•s；③密度小，渣与铅的密度差应大于1t/m3;④适当的熔点，为1100-1150℃。①“标准渣型”方法。炉渣中FeO含量越多，ZnO的溶解越完全，而CaO、SiO2、MgO及Al2O3在炉渣中含量增高，会使ZnO的溶解度降低。在锌质炉渣中，ZnO＋SiO2之和为40％，而ZnO＋CaO之和不超过28％～29％。其推荐的示范渣型见表4－12。②从提高工厂生产能力、改善技术经济指标、减少熔剂量、提高烧结块品位、实现自熔烧结块熔炼出发，研究了炉渣出发与烧结块含铅的关系，根据不同的烧结块含铅和炉渣中ZnO含量拟定了一系列渣型，见表4－13～4－16。铅炉渣合理成分的选择4-124-12ZnO0510152025303540FeOSiO2CaO37.834.218.038.2630.6216.1838.7227.0514.2839.1823.4712.3539.6419.6910.4840.1016.318.5940.5712.736.7041.209.164.8241.485.582.94表4-13铅炉渣成分与其中ZnO含量的关系（％）烧结块含铅炉渣成分CaOFeOSiO23035404550171818.51919.53436373839292624.52320.5表4-14当ZnO≯10％、CaO＋FeO＋SiO2＝80％时烧结块含铅与渣成分的关系(%)ZnO0510152025303540FeO37.838.2表4-15当ZnO为15％、CaO＋FeO＋SiO2＝75％时烧结块含铅与渣成分的关系(%)烧结块含铅炉渣成分CaOFeOSiO2303540455055121313.5141414.53638.5404142.543.52723.521.52018.517表4-16当ZnO为20％、CaO＋FeO＋SiO2＝70％时烧结块含铅与渣成分的关系(%)烧结块含铅炉渣成分CaOFeOSiO230354045505599.51010.510.51137394041.54343.52421.5201816.515.5表4-15当ZnO为15％、CaO＋FeO＋SiO2＝75

由于处理的原料性质、工艺特性、作业制度等不同，各工厂的炉渣成分在很大的范围内波动。最近国内普遍采用高CaO(18%-25%)渣型：①降低渣含铅，提高金属回收率。CaO可使硅酸铅中PbO置换出来被还原；

②提高炉温，降低炉渣密度：Ca2+的半径大，可降低铅与炉渣的表面张力，有利于铅与炉渣的分离；CaO可降低烧结块的软化温度，高CaO渣型适宜于处理高品位铅烧结块；

③高CaO炉渣可使Si-O及Fe-O-Zn的结合能力减弱，增加锌和铁在熔渣中的活度，有利于炉渣的烟化处理。④提高熔渣中CaO可破坏熔渣中硅氧复合离子SixOy2-，降低炉渣的粘度。

高ZnO高CaO渣型：烧结料中配入10%的氧化锌浸出渣，混合料含锌达6%左右，达到综合利用的目的。（株洲）

高CaO高SiO2渣型：配料中加入含金高、SiO2也高的金铅块、金铅精矿，烧结块中SiO2高达15%，达到副产黄金、提高经济效益的目的。（沈阳冶炼厂）

表4-17由于处理的原料性质、工艺特性、作业制度等不同

试验研究和生产实践表明：实行高ZnO高CaO渣型时，需降低SiO2含量，但不能低于17%，以保证生成硅酸盐所需的SiO2量；高SiO2高CaO渣型时，ZnO含量应降到10%以下。

渣含铅问题

铅在渣中损失形态：①以硅酸铅形态的化学损失；②以硫化铅溶解于渣中的物理损失；③以金属铅微粒夹杂的机械损失。化学损失是由于炉内还原气氛弱，熔化速度大于还原速度，硅酸铅粘度影响与铅锍的分离。PbS在不同炉渣成分不同温度下均有一定溶解度，渣中FeO愈高，SiO2愈低，则对PbS的溶解度愈大。须控制合理的风焦比，维持炉内适宜的还原气氛，使Fe3O4尽可能被还原为FeO；提高烧结块和焦炭的质量，提高炉子焦点区温度，使熔体充分过热，并创造良好的炉内外分离条件。炉渣送烟化炉处理，回收其中的锌、铅等有价金属。

3、铅锍及其处理

是Cu、Pb、Fe、Zn等金属硫化物的共熔体，有时还含Ag及其它金属硫化物。烧结块中一般残硫为1.5-2.5%,主要呈PbS、PbSO4形态，其次还有少量Cu2S、ZnS、ZnSO4、FeS、CaSO4等硫化物和硫酸盐。熔炼过程中，PbS主要进入铅锍中，少部分挥发，可与PbSO4发生交互反应产生Pb：PbS+PbSO4=2Pb+2SO2试验研究和生产实践表明：实行高ZnO高CaO

PbSO4可被C、CO还原成PbS进入铅锍。如加入铁屑，则有PbS+Fe=Pb+FeS，FeS进入铅锍中还原熔炼时，Cu2S不发生变化，与PbS、FeS形成铅锍。成分波动大，原料含铜高，则烧结块中残硫较高，产出含Cu10%-15%的贫锍；如处理高锌炉料，烧结块残硫低些，可产出含Cu20%以上的富锍。

ZnSO4

：一部分离解：2ZnSO4=2ZnO+2SO2+O2；一部分被CO还原，ZnSO4+4CO=ZnS+4CO2ZnS进入铅锍会使锍相密度降低，熔点升高，导致熔炼产物分离困难，渣含铅升高。若ZnS含量多，炉缸上部出现泡沫状态锌锍独立相，位于铜硫相（或渣相）与铅相之间，由于熔点高，粘度大，排出困难，当温度降低时，则在铅相表面凝结成硬壳（俗称二层隔）阻止铅流入炉缸。

CaSO4在还原熔炼中可被CO还原为CaS，一部分进入锍相，另一些进入炉渣锍是贵金属良好的捕收剂。银以银或硫化银存在，金以金属状态存在。锍的产生降低粗铅中贵金属的含量，回收率低。一般只有原料中铜含量大于1%时，才考虑产出锍，减少铜入炉渣的损失。在我国铅鼓风炉制度一般要求不产出锍，少量锍与炉渣以混合物熔体产出。

高温下常溶解有金属态Cu、Pb、Fe、Au和Fe3O4，组成范围：10％～30％Cu，10％～20％Pb，15％～30％Fe，17％～20％S，约1％As，约3％Sb。处理：一般炼铅厂的铅锍（5％～15％Cu），将其破碎至6～8mm，配入石英石、石灰石，经混合湿润后进行烧结焙烧，产出含4％～5％S的烧结块，用鼓风炉富集熔炼锍含铜可达40％～50％。PbSO4可被C、CO还原成PbS进入铅锍。

富锍的处理：火法是用转炉吹炼，产出含80％～85％Cu，8％～10％Pb，1.2%～1.5%S的粗铜。湿法是先焙烧脱硫，后用硫酸浸出、过滤、浓缩、结晶得到硫酸铜产品。

4.黄渣及其处理

存在较多砷和锑时，熔炼中被还原成砷和锑，与铜和铁元素形成砷化物和锑化物，如Fe2As,FeAs,FeSb2,Cu3As,Cu3As2,Cu3Sb,Ni5As2,NiAs,Co5As2,CoAs等。高温下互相熔融，形成黄渣。鼓风炉中存在炉渣、铅锍、黄渣和粗铅四相时，其密度递增的。有价金属分配就非常重要。一般来说,Ni、Co进入黄渣最容易，其次是Cu、Fe，这是因为这些元素不仅由与砷和锑的亲和力比较大，而且由于镍钴与硫、氧亲和力不大，与铅锍和炉渣比，易于进黄渣；相反，Cu与氧亲和力虽较小，但与硫亲和力很大，进入锍相中。铁与砷、硫、氧都有很大亲和力，所以黄渣、锍和炉渣三相都有，还原气氛强时，Fe更容易进入黄渣，也是其重要组成。Pb对砷、硫、氧亲和力都小，作为粗铅独立相。处理：①将其与熔铅在转炉内混合，使金和银转入粗铅；②脱砷焙烧，后富集熔炼，提高铜、镍、钴含量。③最合理方法是将黄渣送给炼铜厂，与一般铜锍一道吹炼，约90％的铜、几乎全部金和银进入粗铜，所有的砷和锑及80％的铅挥发进入烟尘。富锍的处理：火法是用转炉吹炼，产出含80％～85％C高铅渣的鼓风炉还原熔炼高铅渣与烧结块性质的区别烧结块：自熔疏松多孔块状物，孔隙率50～60％，

堆比重1.8~2.2，块度50～150mm，游离PbO含量较高。含硫较高铅渣高，1～2.5%

高铅渣：成分(%):Pb45,Zn9.12,CuO0.7,S0.5,Fe12.59,SiO29.33,CaO4.24。致密熔结

物，堆比重约3.0，孔隙率低，硅酸铅比重

大。高铅渣Fe3O4含量高。

还原反应机理高铅渣的鼓风炉还原熔炼烧结块：炉料尚未熔化，PbO即开始被还原，熔化后

进一步被CO和C还原。高铅渣：还原反应主要发生在炉料熔化后。因此，降

低物料溶解速度，提高焦点区还原强度，选

择合理渣型，增加渣铅分离时间是获得低的

渣含铅必要条件。

高铅渣鼓风炉熔炼

高钙渣、高料柱、高焦率（13～15％）、控制炉缸

炉结、严格控制底吹炉工艺条件烧结块：炉料尚未熔化，PbO即开始被还原，熔化后高钙渣：FeO28～32％，SiO222～26％，CaO17~19%,ZnO＜15%。CaO：降低金属与炉渣间表面张力，有利于渣铅分

离；适当提高CaO量，可获得较高炉温，降

低炉渣密度；降低炉渣粘度；提高PbO活度

，有利于其被还原。FeO：含铁较高，有利于提高PbO活度；能增加对ZnO的熔结能力。SiO2：能降低炉渣密度，但提高熔点和粘度，但要

足够生成2FeO.SiO2。高钙渣：FeO28～32％，SiO222～26％，CaO底吹炉渣和鼓风炉终渣成分要综合考虑：底吹炉渣熔点控制在950~1000℃，防止熔池温度超过1100℃，减少铅及其化合物挥发，降低烟尘率。而鼓风炉渣熔点应控制在1100～1150℃，有利于还原反应进行。

硅熔剂全部由底吹炉加入，铁钙熔剂部分由底吹炉加入，鼓风炉只加入铁、钙熔剂进行调整。

高料柱(3.5~4.5m)，降低炉顶温度，使热量向焦点区

聚集，提高焦点区温度。

高焦率，低风焦比：达到更强的还原气氛。底吹炉渣和鼓风炉终渣成分要综合考虑：底吹炉渣熔点控制消除炉缸炉结：研究表明，炉缸炉结主要为Fe3O4。

炉料中加入硫铁矿等措施。严格控制底吹炉工艺制度

高铅渣含铅量过高，导致鼓风炉渣含铅高。底吹炉

要求炉料成分稳定，下料均匀。适当的料氧比。高

铅渣、鼓风炉渣成分跟班化验，即使调整渣型。控

制高铅渣成分：Pb40~48％，FeO/SiO21.3~1.5,CaO/SiO20.5~0.6。消除炉缸炉结：研究表明，炉缸炉结主要为Fe3O4。4.5鼓风炉炼锌

火法炼锌包括鼓风炉炼锌、竖罐(平罐)炼锌、电热法炼锌。

横罐炼锌设备简单，投资省，但由于间断生产，能耗高，劳动条件恶劣，锌直收率低，该技术现已被淘汰。

竖罐炼锌该法由横罐炼锌发展而来，实现了蒸馏过程的连续化和机械化，劳动条件有所改善，但仍然是一种比较落后的方法，存在着能耗高、消耗昂贵的碳化硅耐火材料、团矿粘合剂供应困难和环境条件差等弊端，上世纪80年代以后，大多被迫停产。上述两种为燃料间接加热锌的还原挥发（包括电热炼锌）

密闭鼓风炉炼锌常称ISP法，采用该法炼得的锌约占世界锌总产量的14％左右，是目前还具有一定生命力的火法炼锌方法。其特点是能同时炼锌、铅，对原料有广泛的适应性，因此在炼锌工业中处理复杂锌铅原料尚具有一定的竞争能力，但存在返料过程复杂，鼓风炉操作条件严格，作业环境控制较难等缺点。为燃料直接加热锌还原挥发。4.5鼓风炉炼锌

鼓风炉炼锌约占世界锌总产量的14％左右，是世界最主要的、几乎是唯一的火法炼锌方法。目前有13台鼓风炉在进行生产(表4.19)。

鼓风炉炼锌又称ISP，工艺流程见图4.6。可分为如下阶段：

1）锌铅硫化精矿、氧化物料和熔剂的脱硫与成块。

2）烧结焙烧过程产生的SO2烟气经净化后送去生产硫酸。

3）烧结块和其它含Pb、Zn的团块配入焦炭，加入鼓风炉中进行热风熔炼。

4）从鼓风炉下部放出粗铅和炉渣，在前床中分离。

5）从炉子顶部溢出的锌蒸气引入铅雨冷凝器中，被铅雨吸收的锌蒸气在冷却溜槽中被冷却后分离出粗锌。

6）产出的粗锌与粗铅进一步精炼，得到符合用户要求的等级锌。

适合处理的物料各种铅和锌的物料、各种等级的硫化锌精矿和铅锌混合精矿、锌铅块矿和含锌、铅的氧化物料，如有色冶金厂回收的氧化锌烟尘、钢铁厂回收的含锌烟尘与镀锌渣、湿法炼锌厂的浸出渣等。鼓风炉炼锌约占世界锌总产量的14％左右，是世界最主要的、4-194-194-64-6ISP工艺流程4-7ISP工艺流程4-7

我国现状

我国韶关冶炼厂是上世纪70年代建成的密闭鼓风炉冶炼厂，经过30多年的生产，积累了丰富的经验，在生产管理、设备改进、环境治理、过程自动化控制、资源综合回收等方面都取得了显著的成就，生产能力大幅度增长，各项技术经济指标都达到了较为先进的水平。工艺流程如图4-7和图4-8电热炼锌适于处理焙砂、氧化矿、煅烧后的菱锌矿，也可在炉料中配以适当的锌浮渣，其最大优点是工序简单、投资省、建设周期短、热利用率高，但电能消耗大，每生产1t锌约耗电4500kW·h，只适合于电源丰富地方采用。近l0多年来，我国已建成了一批小型的电炉炼锌厂，其规模都为年产锌2000t左右。由于该法电耗高，还要消耗焦炭、熔剂和耐火材料等，粗锌直接回收率低(82～85％)，且生产能力不能满足大规模炼锌厂的要求，所以未能得到很好的发展。

湿法炼锌竖罐炼锌我国现状4-84-84-94-94.5.1氧化锌还原反应的热力学

ZnO＋C＝Zn(g)＋CO

假定pZn＝pCO，αZnO＝1αC＝1，则K＝PCO•PZn/(aZnO•aC)=pZn2

即可求出700～1100℃锌蒸气压为温度(℃)70080090010001100pZn(kPa)1737148495

当温度从900℃升至1100℃时，还原产生的锌蒸气压力增加很大，当反应系统的温度降低时，锌蒸气便会冷凝为液体。

ZnO＋CO＝Zn(g)＋CO2

（1）

ΔG10=178020-111.67T(J)

该反应有PCO2=Pzn,总压P总=PCO+PCO2+Pzn,则平衡常数为

-lgK1=lg((P总-2PZn)/Pzn2)P总=105pa,可求出不同温度下的CO、PCO2和Pzn。不同温度下锌的饱和蒸汽压强可按下式计算：

lgPzn*=-685/T-0.1255lgT+0.945MPa

结果如表4-204.5.1氧化锌还原反应的热力学14-20

固态ZnO用CO还原时，在反应器中得到的仍是气体锌，必须降温至pZn

＝

p0Zn时，才能使锌蒸气冷凝得到液体锌。平衡气相中CO2:CO的比值随温度的升高而增大。在1000～1100℃，CO2:CO的比值接近于1；但温度一降低100℃，比值将显著降低。故在高温下产生的锌蒸气，在降温凝聚过程中会被气相中的CO2所氧化。一般生产过程中必须加入过量的碳，以保证以下反应的充分进行。14-20固态ZnO用CO还原时，在反应器中得到的仍是

CO2＋C＝2CO（2）

pZn＝pCO+pCO2

（3）反应（1）lgK1=-17315/T-3.51lgT+22.93（4）反应（2）lgK2=-8920/T＋9.12（5）联解式（3）、（4）、（5）得

2p3CO+K2p2CO-K22·K1=0

当温度为1200、1300、1400K时，平衡的饱和锌蒸气压p0Zn及反应的平衡常数K1、K2列于表4-21。由此计算出的pCO、pCO2及pZn亦列于表4-21中。pZn、p0Zn及p总与温度的关系见图4-10

4-21当在常压下使ZnO还原的平衡温度约1200K，即ZnO被碳开始还原，当体系的P总降低时，开始还原温度降低。火法炼锌总压通常维持105Pa，要使还原反应不断进行，须保持900℃以上高温，且要大大超过这一温度，如1000℃以上，才能保证反应在工业生产要求的速度下进行。500℃下，则需P总在小于102Pa下进行，大工业火法冶金设备中维持这样的负压条件，很难实现。4-21当在常压下使ZnO还原的平衡温度约1204-10

从1280K开始，pZn

＞p0Zn

，物理学上不可能的，锌蒸气应冷凝为液体锌，直到pZn

＝p0Zn

为止，故表中1300K和1400K温度下的计算值应以p0Zn代pZn校准。1300K和1400K下的P总＝p0Zn+pCO(校)+pCO2(校)4-10从1280K开始，pZn＞p0Z4-104-104-214-104-104-214.5.2氧化锌还原反应的动力学

ZnO用碳还原由下列过程组成：①吸附在ZnO表面的CO还原ZnO；②在碳表面产生的CO2被碳还原；③ZnO和碳两固相表面之间气体的扩散。两固相表面之间的气体扩散过程是最慢的过程，是整个反应的控制过程。因此增大两固体的表面积和缩短两表面之间的距离，可提高整个反应速度。在还原的平衡温度下，反应的动力和反应的速度可认为等于零。为得到满意的反应速度，炉料过热到1000℃或1100℃以上是必要的。对于单位面积上的反应速度而言，ZnO的还原比在碳表面上的还原速度大。生产上要加入过剩碳才能保证进行足够的CO2还原反应，以使气相中的CO/CO2比值接近于与碳平衡，以适应ZnO还原反应的需要。还原是一个强吸热反应，加上1000℃下反应产物的热含量及锌的蒸发热，每生产1kg锌约需5650kJ的热。这是火法炼锌的主要问题之一，限制了反应速度。所以改善火法炼锌的供热，是强化生产的重要措施。通过动力学研究，鼓风炉炼锌中还原反应的速率与机理被认为：（1）烧结块中的氧化锌还原是局部地进行，反应产生的锌会立即蒸发。这样就要求烧结块的外层形成多孔状，其结构主要由FeO、CaO的硅酸盐组成。（2）烧结块中的PbO还原较其它氧化物更迅速。当在较高（1300K）温度下锌蒸发后，在外层形成的多孔性，促使PbO还原产生的金属铅得到很好的挥发；（3）烧结块中的铁酸锌在还原气氛中，会逐渐分解得ZnO和铁的氧化物。4.5.2氧化锌还原反应的动力学4.53鼓风炉炼锌炉内主要反应分析4-114-11（6）（7）（8）（9）（10）4.53鼓风炉炼锌炉内主要反应分析4-114-11（6）（4.5.1炉料加热带烧结块从炉气中吸热而被迅速加热到1000℃，从料面逸出的炉气温度降到800～900℃。导致炉气中的锌有部分重新被氧化，即发生反应（8）的逆反应。为保证进入冷凝器的含锌炉气有足够高的温度，需将空气从炉顶鼓入料面上的空间，使炉气中的CO部分燃烧，来补偿加热炉料所消耗的热量。此过程并不影响炉内主要反应平衡。实践证明，炉料加热到1000℃所需大部分热量是炉顶吸入空气燃烧炉气中的CO放出的热量，只有少量的来自锌蒸气的再氧化。氧化反应产生的ZnO随固体炉料下降到高温区时，又要消耗焦炭的燃烧来还原挥发。所以这部分锌的还原与氧化，只起热量的传递作用。此带温度较低，除上述反应外，只有烧结块中PbO开始被还原，即发生反应（10），不需外加热量；反应（9）的进行只占次要地位。4.5.1炉料加热带4-124-124.5.2再氧化带4-124-124.5.2再氧化带4.5.3还原带4-134-13894.5.3还原带4-134-13894.5.4炉渣熔化带温度1200℃以上，炉渣完全熔化，溶入炉渣中的ZnO在此带还原，焦炭则按反应（6）和反应（7）在此带燃烧。约有60％的ZnO是在此带从液态炉渣中被还原的，需耗大量的热；同时炉渣完全熔化也要耗大量的热。因此此带所耗热量最多，主要靠焦炭燃烧放出的热量，并在此带造成1400℃的高温来保证炉渣熔化与过热。鼓风炉炼锌应尽可能从反应（6）获得热量，以降低焦炭消耗，而渣中ZnO的还原又需炉气中有较高的CO浓度（见图4-14)，这就希望提高炉料中炭锌比，不仅要消耗更多的焦炭，也是防止FeO还原所不允许的。矛盾的解决有赖于确定适当的炭锌比与鼓风量。预热鼓风是解决鼓风炉炼锌这一矛盾的重要措施。

ZnS的分解压随温度升高而急剧增大，在1200℃时仅次于Pb（见图4-14）。在加热带和再氧化带被硫化的锌蒸气，随炉料下降到还原和炉渣熔化带，由于温度升高可能被分解，分解后的锌又被挥发至上部，再被硫化返回风口区。若有已被还原的Cu和Fe存在，4.5.4炉渣熔化带ZnS可能被它们还原，最后铜铁硫化物形成铜锍产品，而锌以ZnS形态进入铜锍的数量不多。这是鼓风炉炼锌处理含铜较高的原料的根据。在鼓风炉炼锌中，约40％的ZnO是从固态烧结块中还原的，其余部分是从熔化后的炉渣中还原的。

ZnO的碳还原平衡图如图4-15所示。有关反应的平衡条件如下:ZnO(s）+CO(g)=Zn(g)+CO2(g)曲线ⅠⅡⅢⅣⅤαZnOpZn1.00.061.00.450.10.060.050.060.010.06曲线ABpCO+pCO20.020.55

C(s)+CO2(g)＝2CO(g)ZnS可能被它们还原，最后铜铁硫化物形成铜锍产品，而锌以Zn4-15

锌浓度5～7％，在图中曲线Ⅰ与曲线c所包括部分（划阴影线），ZnO还原，FeO不还原。蒸馏法炼锌在划点的区域内，ZnO、FeO均被还原。鼓风炉炼锌控制风口区以上炉气成分使CO2/CO比例为0.6～0.7,此还原气氛比蒸馏法炼锌和高炉炼铁的要弱，比鼓风炉炼铅的要强。液态炉渣中的ZnO的还原要求更强的还原气氛和较高温度，如Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ。与曲线Ⅰ比较，它们都向图的右上方移动，说明要使液态炉渣中的ZnO完全还原，势必要引起FeO还原为金属铁。

FeO活度降低，FeO也较难还原，图中曲线c会向上移动。与炉渣中αZn变小的曲线Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ比较，在一定CO2/CO，渣中ZnO可进一步还原，而FeO不还原。生产实践表明，当渣含锌降到2％以下时，FeO将还原为Fe。目前鼓风炉炼锌渣含锌5％～10％。4-15锌浓度5～7％，在图中曲线Ⅰ与曲线c所包括部氧化锌碳还原图鼓风炉炼锌炉料未熔化间接加热炼锌鼓风炉炼锌，炉料熔化，ZnO活度逐步降低ZnO碳还原平衡图间接加热炼锌，炉气成分点为X点，可能发生重新氧化的温度为1070K鼓风炉炼锌，炉气成分点为Y点，低于1273K，锌蒸汽开始重新氧化。炉料未熔化氧化锌碳还原图鼓风炉炼锌间接加热炼锌鼓风炉炼锌，炉料熔化，Z4.5.4鼓风炉炼锌炉内发生的其它化学变化鼓风炉炼锌可处理铅锌矿，甚至含铜较高的铅锌矿。目前鼓风炉炼锌能处理含锌、铅、铜金属总量达70％的烧结块，其中Cu:Zn达到0.05，Pb:Zn达到1。当冶炼含铅高且含一定量铜的烧结块时，锌、铅、铜的回收率分别达到92％～95％、94％～96％、70％～80％。在烧结焙烧时，随铅含量的增加，烧结块的强度增加；在鼓风炉上部还原后的铅下流时，可与挥发的S化合为PbS，可溶解易挥发的As，使这些易挥发的元素不致进入冷凝器而降低锌的冷凝效率；同时下流的铅可溶解料中的Au、Ag、Cu、Sb、Bi等元素，提高这些金属的回收率。进行铅锌混合熔炼时，可不进行铅锌分选，从而提高了选矿的金属回收率和降低了成本，为难选的铅锌原料提供了很好的解决途径。炼锌鼓风炉在冷凝部分总要消耗一定量的铅，同时炼铅可补偿这部分需要。烧结块中的铜易被还原得到金属铜，溶解于铅中，少量会以硫化物和砷化物进入铅中，在粗铅精练时予以回收。4.5.4鼓风炉炼锌炉内发生的其它化学变化

在熔炼过程中，烧结块的铜被还原后能与As、S、Sn等化合，将这些元素带至炉底，减少对锌冷凝的影响。故原料中少量的铜能给鼓风炉炼锌带来好处。目前处理高铜原料的困难是在炉内造铜锍时，要求烧结块中保留较多的硫，这会增加渣含锌；粗铅含铜太高，也会给放铅带来困难；处理铜浮渣时铜的回收率不高，熔炼时铜随渣的损失也大。所以鼓风炉炼锌虽可回收铜，但回收率不高。如烧结块含铜为1.7％时，铜的回收率只有70％，因此鼓风炉炼锌处理高铜炉料是不经济的。锌蒸气的冷凝还原反应后的反应气体中含有Zn、CO、CO2，气体冷却时，反应（9）的逆向反应速度很慢，实际生成炭黑的数量一般是很少的。而反应（8）则相反，冷却时的逆向速度很大，除非特别预防。所以当反应气体冷却时，其中的CO2将完全与当量的锌蒸气作用，生成ZnO，即使生成的很少，也对冷凝过程起有害作用。使锌滴被ZnO盖住，阻碍液滴进一步汇合成大粒，减少了锌蒸气冷凝为液体锌的冷凝效率。在熔炼过程中，烧结块的铜被还原后能与As、S、锌蒸气的冷凝过程，是一个单一组分的两相平衡过程：

Zn(l)＝Zn(g)

△G0

＝170400－91.25T(J)800℃：△G0

＝9502J，K＝0.354，取αZn＝1，pZn=0.354×105Pa,说明在800℃下气相中pZn＞0.354×105Pa时，这种锌蒸气便会冷凝为液体锌，一直冷凝到pZn=0.354×105Pa为止。气相中锌的压力愈大，开始冷凝的温度也愈高。如pZn=0.5×105Pa，相当于840℃下液体锌的饱和蒸气压，开始冷凝温度为840℃。若要此种锌蒸气99％冷凝为液体，应该维持105Pa气压下的锌饱和蒸气压为0.01×105Pa，则冷凝温度应保持600℃。生产实践中考虑需过冷，冷凝器内一般保持在500℃下工作。高温含锌气体在冷凝器内冷却和冷凝时，放出大量的热，这些热应从冷凝器排出，才能保持冷凝过程所要求的温度。设计冷凝器时须充分注意冷却问题。锌蒸气的冷凝过程，是一个单一组分的两相平衡过程

鼓风炉炼锌为直接加热，所产生的CO和CO2，以及空气中大量的N2气，将炉气中的锌浓度大大冲淡。实际的炉气组成（％）为：Zn5～7，CO211～14，CO18～20。这种高CO2和低Zn炉气冷却时，会发生锌的氧化。

ZnO＋CO＝Zn(g)+CO2△G0

＝178020-111.67T(J)K=pZn·pCO2/pCO

不同温度下，气相中锌的平衡分压与pCO2/pCO的关系，列于表4-23和图4-164-23鼓风炉炼锌为直接加热，所产生的CO和CO2，以及4-16在料面处CO2/CO为0.2，计算的pZn与实测值相同，为8kPa，相应的平衡温度为1223K。实测料面处温度为1173～1193K，低于平衡温度，部分锌蒸气会发生重氧化反应。4-16在料面处CO2/CO为0.2，计算的pZn与

1、高温密封炉顶

ZnO的还原反应是吸热反应，其平衡常数随温度升高而增大，某些温度下的平衡常数K如下：温度（℃）907100011001200K7.371×10-32.981×10-21.082×10-13.308×10-1

若实际炉气成分（％）为：Zn5.9，CO211.3，CO11.83，则炉气的平衡常数K＝0.036，对应的平衡温度约为1000℃左右。为保证锌蒸气不重新氧化，必须要求进入冷凝器的炉气温度不低于1000℃，当炉气离开炉内料面时的温度低于1000℃时，便从炉顶吸入空气，使其中部分CO燃烧以提高炉顶温度，同时将入炉焦炭进行预热到800℃。炉顶鼓风量大约为风口区鼓风量的10％。鼓风炉炼锌炉气中CO浓度很高，应很好密封炉顶防其外逸。

2、铅雨冷凝器从低Zn高CO2的炉气中冷凝的液体锌，若采用如同竖罐炼锌那样的锌雨飞溅冷凝器，是不能顺利实现，必须采用铅雨冷凝器。1、高温密封炉顶

铅雨冷凝器有如下优点：

1）在操作温度（约550℃）下铅的蒸气压低，挥发少。

2）铅的熔点低，随温度的升高锌的溶解度急增。某些温度下锌在铅中溶解度如下：温度(℃)400450480500520540560600650Zn(%)1.432.172.683.073.054.04.65.98.33）铅的密度大。用小体积的铅就可得到大的热容量和大的冷却效率，便将炉气急冷下来。炉气急冷很重要的，其目的是使炉气通过临界再氧化区时迅速冷却，防止锌蒸气再氧化。大量循环铅液不仅能将炉气温度迅速降下来,还将冷凝下来的锌溶解在铅中,使锌的活度降低,保护了锌不被炉气中的CO2氧化。采取上述两项措施后，包括铅锌分离系统在内的冷凝效率约为87％～90％，其余4％未被铅雨吸收进入气体净化系统，以篮分形态产出。约6％～9％的锌是以冷凝器的清除物和冷凝分离系统的浮渣产出。铅雨冷凝器有如下优点：4.5.6鼓风炉炼锌的生产实践韶关冶炼厂的生产工艺流程与鼓风炉熔炼过程的设备连接鼓风炉炼锌原料及其准备有各种等级的硫化锌精矿和铅精矿或锌铅混合精矿；锌、铅块矿和含锌、铅的氧化物料，如有色冶金厂回收的氧化锌烟尘，钢铁厂回收的含锌烟尘与镀锌渣，湿法炼锌厂的浸出渣等。锌、铅硫化矿先经烧结焙烧成烧结块入炉。鼓风炉炼锌的烧结焙烧，对烧结块块的强度与脱硫程度（含硫小于1％）要求更高（97％左右）。因硫和粉料都会降低锌的冷凝效率，增加冷凝过程的浮渣量。氧化物料经压团后直接入炉。工业上大多采用热压团，是在高温高压下，使粉料产生塑性变形并部分熔化和凝固，将粉料压实成块。与其它方法比，团块强度高，被处理的物料成分及粒度范围广，团块大小均匀，加入鼓风炉内后透气性好。对生产同样强度4.5.6鼓风炉炼锌的生产实践的团块而言，热压团比烧结焙烧简单，生产成本低。炼锌鼓风炉需优质冶金焦作燃烧和还原剂。①固定碳≥80％；②灰分少，含硫低（＜1％）；③反应性能应小，以免在炉子上部发生C＋CO2＝2CO反应；④块度40～100mm；⑤较大强度，转鼓率M40＋75。炼锌鼓风炉比炼铅鼓风炉复杂，由炉基、炉缸、炉腹、炉身、炉顶、料钟及炉身两侧水冷风嘴组成（图4-17)。采用喷淋冷却炉壳（①加大了炉缸及风口区的尺寸，提高了产量；②减少了水漏入炉缸的可能性；③减少了炉子的冷却水消耗量；④采用整体炉壳，避免了水套缝漏渣漏气的现象；⑤可采用焦洗技术取代常规的爆破炉结作业。由于需要保持高温炉顶，钢板围成的炉身内衬用高铝砖砌筑。炉顶中央采用密封料钟加料。炉顶一侧或两侧开设排气孔（炉喉）与铅雨冷凝器相通。炉顶开设数个炉顶风口。的团块而言，热压团比烧结焙烧简单，生产成本低。4-174-17铅雨冷凝器分为两部分：锌蒸气的冷凝系统与铅锌分离系统。冷凝系统的主要设备包括：冷凝器、转子、泵池、回铅槽及直升烟道；分离系统的主要设备包括：铅泵、冷却流槽、熔剂槽、分离槽和贮锌槽。冷凝器与鼓风炉炉喉连接，泵池（通过铅泵）和回铅槽把冷凝器和分离系统首位连接起来，使冷凝锌蒸气的铅液在冷凝系统和分离系统中进行闭路循环（见图4-18)。16.6.4锌鼓风炉的产物及其处理

1、粗锌：成分列于表4-24。送精炼。

2、粗铅：原料中铅在熔炼过程中被还原成铅流，捕集了原料中的贵金属等有价组分，流入炉缸，随渣流一道进入前床，经分离后产出粗铅。化学成分列于表4-25。送精炼以提高质量并回收其中的有价成分。

3、由于炉气中的灰尘和其它挥发物的存在以及部分锌蒸气的再氧化，在冷凝分离系统中和烟气洗涤净化过程中，产生各种浮渣和篮粉，其成分见表4-26。返回鼓风炉熔炼处理。铅雨冷凝器4-184-184-244-254-244-25

4、炉渣

对锌鼓风炉炉渣的要求：①成分符合熔炼时熔剂消耗最少的原则；②炉料中锌约有60％在炉渣中还原挥发，这就要求炉渣中CaO含量比正常铅鼓风炉炉渣高许多，炉渣熔点高，在风口区可获得更高的温度，CaO高还可提高渣中的ZnO活度，有利于炉渣中的锌更好地还原挥发；③炉渣渣型应保持稳定，选择流动性能好的炉渣。炉渣可选用烟化炉或贫化炉处理，回收其中的锌、铅、锗等有价金属。

表4-27浮渣和篮粉的一般成分（％）名称ZnPbSAsFeOSiO2泵池浮渣冷凝器浮渣分离槽及熔析槽浮渣贮锌