铅烧结矿的鼓风炉还原熔炼

第第 三三 节节 铅烧结矿的鼓风炉还原熔炼铅烧结矿的鼓风炉还原熔炼1 烧结焙烧得到的铅烧结块中的铅主要以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）和少量的（包括结合态的硅酸铅）和少量的PbS、金属、金属Pb及及PbSO4等形态存在，此外还含有伴存的等形态存在，此外还含有伴存的Cu、Zn、Bi等有价金属和贵金属等有价金属和贵金属Ag、Au以及一些以及一些脉石氧化物。脉石氧化物。鼓风炉熔炼的主要过程有：碳质燃料的燃烧过鼓风炉熔炼的主要过程有：碳质燃料的燃烧过程、金属氧化物的还原过程、脉石氧化物（含程、金属氧化物的还原过程、脉石氧化物（含氧化锌）的造渣过程，有的还发生造锍、造黄氧化锌）的造渣过程，有的还发生造锍、造黄渣过程，最后是上述熔体产物的沉淀分离过程。渣过程，最后是上述熔体产物的沉淀分离过程。2（1）最大限度地将烧结块中的铅还原出来获得粗铅，同）最大限度地将烧结块中的铅还原出来获得粗铅，同时将时将Ag、Au、Bi等贵金属富集其中；等贵金属富集其中；（2）将）将Cu还原进入粗铅；若烧结块中含还原进入粗铅；若烧结块中含Cu、S都高时，都高时，则使铜呈则使铜呈Cu2S形态进入铅锍（俗称铅冰铜）中，以便进一形态进入铅锍（俗称铅冰铜）中，以便进一步回收；步回收；（3）如果炉料中含有）如果炉料中含有Ni、Co时，使其还原进入黄渣（俗时，使其还原进入黄渣（俗称砷冰铜）；称砷冰铜）；（4）将烧结块中一些易挥发的有价金属化合物（如）将烧结块中一些易挥发的有价金属化合物（如CdO）富集于烟尘中，便于进一步综合回收；富集于烟尘中，便于进一步综合回收；（5）使脉石成分（）使脉石成分（SiO2、FeO、CaO、MgO、Al2O3）造）造渣，锌也以渣，锌也以ZnO形态入渣，便于回收。形态入渣，便于回收。3 鼓风炉炼铅的原料由炉料和焦炭组成。炉料主鼓风炉炼铅的原料由炉料和焦炭组成。炉料主要组成为自熔性烧结块，它占炉料组成的要组成为自熔性烧结块，它占炉料组成的80%80%100%100%。除此之外，根据鼓风炉正常作业。除此之外，根据鼓风炉正常作业的需要，有时也加入少量铁屑、返渣、黄铁矿、的需要，有时也加入少量铁屑、返渣、黄铁矿、萤石等辅助物料。萤石等辅助物料。焦炭是熔炼过程的发热剂和还原剂。一般用量焦炭是熔炼过程的发热剂和还原剂。一般用量为炉料量的为炉料量的9%9%13%13%左右，即为焦率。左右，即为焦率。4（1）化学成分）化学成分 要求主金属铅含量为要求主金属铅含量为40%50%。造渣成分的含量应符合。造渣成分的含量应符合鼓风炉选定的渣型。烧结块含硫应小于鼓风炉选定的渣型。烧结块含硫应小于3%，当烧结块含，当烧结块含铜铜1.5%以下，控制烧结块含硫以下，控制烧结块含硫1.5%2.0%。某些炼铅厂的铅烧结块化学成分如表某些炼铅厂的铅烧结块化学成分如表3-1。5（2）物理规格）物理规格 块度为块度为50120mm，小于，小于50mm的碎块和大于的碎块和大于120mm的大块不大于的大块不大于25%；孔隙度不小于；孔隙度不小于50%60%；烧结块强度一般要求它的转鼓率；烧结块强度一般要求它的转鼓率为为28%40%，或者从高处三次自然落至水泥，或者从高处三次自然落至水泥地面或钢板上后，块度小于地面或钢板上后，块度小于10mm的重量少于的重量少于15%20%。6 焦炭在铅鼓风炉还原熔炼过程中的作用：焦炭在铅鼓风炉还原熔炼过程中的作用：焦炭燃烧放出的热量为吸热化学反应和炉料熔化造渣提焦炭燃烧放出的热量为吸热化学反应和炉料熔化造渣提供充足的热量，保证熔体过热所必需的温度；供充足的热量，保证熔体过热所必需的温度；产生一氧化碳气体，使炉料中的金属氧化物还原成金属。产生一氧化碳气体，使炉料中的金属氧化物还原成金属。焦炭质量具体要求见表焦炭质量具体要求见表3-2。7 鼓风炉熔炼一般不需要添加熔剂，只有在炉况不正常鼓风炉熔炼一般不需要添加熔剂，只有在炉况不正常时可能加萤石（时可能加萤石（CaF2)、黄铁矿（、黄铁矿（FeS2)，主要用作洗，主要用作洗炉。后者还作硫化剂使用，在炉料中铅高、硫不足时，炉。后者还作硫化剂使用，在炉料中铅高、硫不足时，使铜进入铅，以提高铜的回收率。此外，为了改善炉使铜进入铅，以提高铜的回收率。此外，为了改善炉况，使熔炼过程比较容易进行，有时也加块度为况，使熔炼过程比较容易进行，有时也加块度为50120mm的鼓风炉渣。的鼓风炉渣。当烧结块含硫高时，可添加铁屑，置换残存当烧结块含硫高时，可添加铁屑，置换残存PbS中的中的铅，降低铜锍含铅量，以提高铅的回收率。铅，降低铜锍含铅量，以提高铅的回收率。81、炉内料层沿不同高度所起的物理化学变化、炉内料层沿不同高度所起的物理化学变化 炉料在炉内形成垂直的料柱，它支承在盛接炉料在炉内形成垂直的料柱，它支承在盛接熔炼液态产物的炉缸上，一部分压在炉子的水套熔炼液态产物的炉缸上，一部分压在炉子的水套壁上。因为沿炉内高度的不同，炉气成分和温度壁上。因为沿炉内高度的不同，炉气成分和温度也各异，故大致可沿炉高将炉子分为六个区域，也各异，故大致可沿炉高将炉子分为六个区域，如图如图3-1所示。所示。93-110 1、炉料预热区（、炉料预热区（100140），在此区，物料被预热，带入的水），在此区，物料被预热，带入的水分被蒸发。水分蒸发是吸热过程，故炉顶料面温度较低，降低了分被蒸发。水分蒸发是吸热过程，故炉顶料面温度较低，降低了铅的挥发损失。继而化学结晶水开始被分解蒸发，易还原的氧化铅的挥发损失。继而化学结晶水开始被分解蒸发，易还原的氧化物如物如Bi2O3及游离的及游离的PbO开始被还原。开始被还原。2、上还原区（、上还原区（400700），物料本身所有的结晶水被分解蒸发，），物料本身所有的结晶水被分解蒸发，各种金属的炭酸盐及硫酸盐开始离解，易于还原的金属氧化物各种金属的炭酸盐及硫酸盐开始离解，易于还原的金属氧化物（如（如PbO、CdO、CuO、Cu2O等）还原金属，高价氧化物开始等）还原金属，高价氧化物开始被还原成低价氧化物（如被还原成低价氧化物（如Fe2O3Fe3O4FeO等），等），PbS、氧化、氧化铅及硫酸铅开始相互反应而形成铅及铅及硫酸铅开始相互反应而形成铅及SO2，生成的铅象雨滴似地，生成的铅象雨滴似地冲洗在炉料上，并从中富集金和银。冲洗在炉料上，并从中富集金和银。11 3、下还原区（、下还原区（700900），所有在上述区域中开始），所有在上述区域中开始的反应，在此区将更为强烈的进行。各种碳酸盐的离的反应，在此区将更为强烈的进行。各种碳酸盐的离解作用在此大致完成，各种硫酸盐（如解作用在此大致完成，各种硫酸盐（如BaSO4、PbSO4、CaSO4等）的离解反应以及硫化物的沉淀反应均分别等）的离解反应以及硫化物的沉淀反应均分别进行；固体碳的还原作用加强，进行；固体碳的还原作用加强，CO的还原作用更为激的还原作用更为激烈，因而还原过程加快。金属烈，因而还原过程加快。金属Cu和铅在硫化反应过程和铅在硫化反应过程中形成低价化合物，未分解的以及被还原的硅酸铅在中形成低价化合物，未分解的以及被还原的硅酸铅在此区熔化，流至下区还原。此区熔化，流至下区还原。12 4、熔炼区（、熔炼区（9001300），此区位于燃烧层上，上述各区反应均），此区位于燃烧层上，上述各区反应均在此区完成，在此区完成，SiO2、FeO、CaO造渣，并将造渣，并将Al2O3、MgO、ZnO溶溶解其中，解其中，CaO、FeO置换硅酸铅中的置换硅酸铅中的PbO，游离出来的氧化铅则，游离出来的氧化铅则被还原为金属铅，炉料完全熔融，形成的液体流经下面赤热的焦被还原为金属铅，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，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，发生上述化学反应。发生上述化学反应。5、风口区：几乎由赤热的焦炭充满，其厚度为米左右，前述各区、风口区：几乎由赤热的焦炭充满，其厚度为米左右，前述各区反应所得到的熔体均在此区过热。约反应所得到的熔体均在此区过热。约1米厚的焦炭层，粗略又可米厚的焦炭层，粗略又可分为两个带。近风口的一层是炉内燃料的燃烧带（氧化带）。在分为两个带。近风口的一层是炉内燃料的燃烧带（氧化带）。在氧化带发生碳的燃烧反应。由此产生高温，其温度可达氧化带发生碳的燃烧反应。由此产生高温，其温度可达14001500度，通常称此高温区为焦点，实际为一个区域，可称焦点区。度，通常称此高温区为焦点，实际为一个区域，可称焦点区。13 焦点区以上为还原带，主要是燃烧带产生的大量焦点区以上为还原带，主要是燃烧带产生的大量CO2，通过，通过此赤热焦炭层而发生气化反应产出大量此赤热焦炭层而发生气化反应产出大量CO，反应式为：，反应式为：CO2C2CO 此反应式为吸热反应，故此带温度降至此反应式为吸热反应，故此带温度降至12001300度。度。6、炉缸区、炉缸区 包括风口以下至炉缸底部，其温度上部为包括风口以下至炉缸底部，其温度上部为1200 1300，下，下部为部为10001100，深度为，深度为0.8 米。过热后的各种熔融液体，米。过热后的各种熔融液体，流入炉缸按比重分层。由于铅的比重（约）最大，故沉于缸底；流入炉缸按比重分层。由于铅的比重（约）最大，故沉于缸底；其上层为砷冰铜（比重其上层为砷冰铜（比重6 7）；再上层为铅冰铜（比重）；再上层为铅冰铜（比重4.1 ），），最上层为炉渣（比重最上层为炉渣（比重3.3 ）。）。分层以后，铅冰铜、砷冰铜、炉渣等从炉缸的排渣口（俗称分层以后，铅冰铜、砷冰铜、炉渣等从炉缸的排渣口（俗称咽喉口）一道排出，至前床或沉淀锅；而粗铅（咽喉口）一道排出，至前床或沉淀锅；而粗铅（800 1000）经虹吸道连续排出炉外铸锭或流入铅包送往精炼经虹吸道连续排出炉外铸锭或流入铅包送往精炼14 碳燃烧的主要反应：碳燃烧的主要反应：C+O2=CO2+408568（J）（1）完全燃烧反应）完全燃烧反应 CO2+C=2CO-162297（J）（2）碳的气化反应碳的气化反应 2C+O2=2CO+246270（J）（3）不完全燃烧反应）不完全燃烧反应 从鼓风炉顶加入的焦炭在下落过程中逐渐被炉气加从鼓风炉顶加入的焦炭在下落过程中逐渐被炉气加热并发生上述燃烧反应，至风口区炉内温度高达热并发生上述燃烧反应，至风口区炉内温度高达1000以上，焦炭发生燃烧反应，燃烧产物为以上，焦炭发生燃烧反应，燃烧产物为CO和和CO2。15 在上述反应中，反应（在上述反应中，反应（1 1）、（）、（3 3）的平衡常数值非常大，）的平衡常数值非常大，实际上可视为不可逆反应。惟有反应（实际上可视为不可逆反应。惟有反应（2 2）为可逆反应，）为可逆反应，又是吸热反应。在一定温度下，当反应（又是吸热反应。在一定温度下，当反应（2 2）达到平衡时，）达到平衡时，如果不考虑气相中惰性气体如果不考虑气相中惰性气体N N2 2的存在，其平衡气相组成与的存在，其平衡气相组成与温度的关系如图温度的关系如图3-23-2所示。所示。16 在风口区，随着鼓风炉中的空气向炉子中心运动，空在风口区，随着鼓风炉中的空气向炉子中心运动，空气中的氧与焦炭发生反应，同时产生了气中的氧与焦炭发生反应，同时产生了CO2与与CO，氧，氧的含量急剧减少（如图的含量急剧减少（如图3-3），但由于布多尔反应的发），但由于布多尔反应的发生，炉气中生，炉气中CO显著增加，显著增加，CO2逐渐降低，风口区炉子逐渐降低，风口区炉子中心中心CO的含量可达到的含量可达到50%以上。这表明，由于碳的完以上。这表明，由于碳的完全燃烧和金属氧化物被全燃烧和金属氧化物被CO还原产生的大量还原产生的大量CO2，而被，而被灼热（灼热（1000）的焦炭层迅速还原成）的焦炭层迅速还原成CO，从而为鼓，从而为鼓风炉金属氧化物还原源源不断地提供还原剂量。风炉金属氧化物还原源源不断地提供还原剂量。17（1）铅及其主要杂质铁的氧化物还原）铅及其主要杂质铁的氧化物还原鼓风炉还原熔炼在以焦炭做还原剂时，固体鼓风炉还原熔炼在以焦炭做还原剂时，固体C的还原氧化物的固的还原氧化物的固-固或固或固固-液反应，与用液反应，与用CO还原的气还原的气-固或气固或气-液反应相比，前者反应速度缓液反应相比，前者反应速度缓慢，因为固体慢，因为固体C的还原反应一开始后，就被反应产物隔开，固的还原反应一开始后，就被反应产物隔开，固-固（液）固（液）之间的扩散几乎不再发生。对于烧结块和焦炭的鼓风炉还原条件，相之间的扩散几乎不再发生。对于烧结块和焦炭的鼓风炉还原条件，相互接触更为有限，固体互接触更为有限，固体C的还原作用微弱，实际上是靠的还原作用微弱，实际上是靠CO来起还原来起还原作用。在高温下，作用。在高温下，CO比比CO2更稳定，在更稳定，在CO+CO2的混合气体中占优的混合气体中占优势，随着温度升高这种优势更加增长，只要有固体势，随着温度升高这种优势更加增长，只要有固体C存在就可以提供存在就可以提供大量的大量的CO作为还原剂。作为还原剂。18从氧化铅还原的热力学考察，由于炉内上下区域温度的差别有下述三从氧化铅还原的热力学考察，由于炉内上下区域温度的差别有下述三种情况：种情况：上述三式均为放热反应，其反应的平衡常数方程式如下：上述三式均为放热反应，其反应的平衡常数方程式如下：020202327:()()63625327 883:()()58183883:()()67895CPbO SCOPb SCOJCPbO SCOPb LCOJCPbO LCOPb LCOJ33250lg0.417 100.3KpTT 19 硅酸铅（硅酸铅（xPbOySiO2)是烧结块中最多的一种结合态氧是烧结块中最多的一种结合态氧化铅，熔化温度为化铅，熔化温度为720800，熔融后的硅酸铅还原反，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所在。还原反应进行的程度是降低鼓风炉渣含铅的关键所在。还原反应进行的极限或以氧化物形态残留在炉渣中的金属铅量，应进行的极限或以氧化物形态残留在炉渣中的金属铅量，可按下式计算加以判断：可按下式计算加以判断：PbO（液）+CO=Pb（液）+CO2G0 若熔炼温度为若熔炼温度为1200，则，则22PbCOCOPbOCOPbOPbOCOa PPKaPP2021 实验结果表明，用一氧化碳还原游离状态的氧实验结果表明，用一氧化碳还原游离状态的氧化铅及硅酸铅的还原速度相差很大，其还原率也很化铅及硅酸铅的还原速度相差很大，其还原率也很不相同（见图不相同（见图3-5）。）。这种动力学上的差别：一方面是由于游离氧化这种动力学上的差别：一方面是由于游离氧化铅中氧离子与铅离子直接键合，而硅酸铅中还存在铅中氧离子与铅离子直接键合，而硅酸铅中还存在有有SixOyz-硅氧复合离子；另一方面是由于在此温度硅氧复合离子；另一方面是由于在此温度下，一氧化碳在硅酸盐中的扩散系数比在纯氧化物下，一氧化碳在硅酸盐中的扩散系数比在纯氧化物中要小。中要小。22 从上面计算可以看出，当采用强还原气氛时，从上面计算可以看出，当采用强还原气氛时，有利于降低渣含铅。但是，强还原气氛除在热的利有利于降低渣含铅。但是，强还原气氛除在热的利用上不经济以外，还受到铁的还原反应的制约：用上不经济以外，还受到铁的还原反应的制约：FeO(液液)+CO=Fe(液液)+CO2 在铅冶炼中，铅铁是完全不互溶的，所以金属在铅冶炼中，铅铁是完全不互溶的，所以金属铅几乎不含铁。为使有足够的还原气氛以降低渣含铅几乎不含铁。为使有足够的还原气氛以降低渣含铅，局部的很少量的铁还原是很难避免的，对熔炼铅，局部的很少量的铁还原是很难避免的，对熔炼过程无多大妨碍。但当还原气氛强时，则固体铁作过程无多大妨碍。但当还原气氛强时，则固体铁作为独立相析出，从而影响熔炼的顺利进行。为独立相析出，从而影响熔炼的顺利进行。23 铅烧结块中的铅烧结块中的Fe2O3应还原为应还原为FeO，但不能，但不能还原为还原为Fe3O4，因为，因为Fe3O4也会导致像金属铁一也会导致像金属铁一样的炉缸样的炉缸“积铁积铁”，迫使炉子停产，也只有，迫使炉子停产，也只有FeO才能形成性质很好的铁硅酸盐炉渣。因此才能形成性质很好的铁硅酸盐炉渣。因此对于熔渣中对于熔渣中PbO的充分还原和的充分还原和Fe3O4还原成还原成FeO来说，炼铅鼓风炉的气体组成应居于来说，炼铅鼓风炉的气体组成应居于Fe3O4 还还原线和原线和FeO还原线之间（图还原线之间（图3-4）。）。2425铅烧结块中除含主金属铅和主要杂质金属铁的化合物之外，还含铅烧结块中除含主金属铅和主要杂质金属铁的化合物之外，还含有锌、铜、砷、锑、铋、镉等氧化物，它们在熔炼中的行为分别有锌、铜、砷、锑、铋、镉等氧化物，它们在熔炼中的行为分别叙述如下：叙述如下：1）铜的化合物）铜的化合物烧结块中的铜大部分以烧结块中的铜大部分以Cu2O、Cu2OSiO2和和Cu2S的形态存在。的形态存在。Cu2S在还原熔炼过程中不起化学变化而入铅锍；在还原熔炼过程中不起化学变化而入铅锍；Cu2O则视烧结块则视烧结块的焙烧程度而有不同的化学变化。如果烧结块中残留有足量的硫，的焙烧程度而有不同的化学变化。如果烧结块中残留有足量的硫，则则Cu2O将与其他金属硫化物发生反应，例如：将与其他金属硫化物发生反应，例如：Cu2O+FeS=Cu2S+FeO 这便是鼓风炉熔炼的硫化（造锍）过程。这便是鼓风炉熔炼的硫化（造锍）过程。26 2 2）锌的化合物）锌的化合物锌在烧结块中主要以锌在烧结块中主要以ZnO及及ZnOFe2O3状态存在，只有小部分呈状态存在，只有小部分呈ZnS和和ZnSO4的状态。的状态。ZnSO4在铅鼓风炉还原熔炼过程中发生如下反应：在铅鼓风炉还原熔炼过程中发生如下反应：2ZnSO4=2ZnO+2SO2+O2ZnO在熔炼时的有害影响不大，这是因为大部分在熔炼时的有害影响不大，这是因为大部分ZnO能溶解在炉渣中。能溶解在炉渣中。实践证明，炉渣溶解实践证明，炉渣溶解ZnO的能力随渣中的能力随渣中FeO含量的增高和含量的增高和SiO2与与CaO含量的降低而增大。因此，当铅精矿中含有相当多的锌时，则需完全含量的降低而增大。因此，当铅精矿中含有相当多的锌时，则需完全焙烧，在配料时，应选用高铁的渣型。焙烧，在配料时，应选用高铁的渣型。ZnS为炉料中最有害的杂质化合物，在熔炼过程中不起变化而进入炉为炉料中最有害的杂质化合物，在熔炼过程中不起变化而进入炉渣及铅锍。渣及铅锍。ZnS熔点高，密度又较大（熔点高，密度又较大（3),进入铅锍和炉渣后增加两者进入铅锍和炉渣后增加两者的粘度，减少两者的密度差，使渣与铅锍分离困难。的粘度，减少两者的密度差，使渣与铅锍分离困难。273 3）砷、锑、锡、镉及铋的化合物）砷、锑、锡、镉及铋的化合物铅烧结块中砷以砷酸盐状态存在。在还原熔炼的温度和气氛下，被还铅烧结块中砷以砷酸盐状态存在。在还原熔炼的温度和气氛下，被还原为原为As2O3和砷，和砷，As2O3挥发入烟尘，元素砷一部分溶解于粗铅中，一挥发入烟尘，元素砷一部分溶解于粗铅中，一部分与铁、镍、钴等结合为砷化物并形成黄渣。部分与铁、镍、钴等结合为砷化物并形成黄渣。锑的化合物在还原熔炼中的行为与砷相似。锑的化合物在还原熔炼中的行为与砷相似。锡主要以锡主要以SnO2形态存在，形态存在，SnO2在还原熔炼中按下式还原：在还原熔炼中按下式还原：SnO2+2CO=Sn+2CO2还原后的还原后的Sn进入粗铅，一小部分进入烟尘、炉渣和铅锍。进入粗铅，一小部分进入烟尘、炉渣和铅锍。镉主要以镉主要以CdO形态存在，在形态存在，在600700下被还原为金属镉。由于镉的下被还原为金属镉。由于镉的沸点低（沸点低（776），易于挥发，故在熔炼中大部分镉进入烟尘。），易于挥发，故在熔炼中大部分镉进入烟尘。铋以铋以Bi2O3存在，在鼓风炉熔炼时被还原为金属铋而进入粗铅中。存在，在鼓风炉熔炼时被还原为金属铋而进入粗铅中。28 4 4）金和银）金和银铅是金、银的捕收剂，熔炼时大部分金、银进入粗铅，只有很少一部铅是金、银的捕收剂，熔炼时大部分金、银进入粗铅，只有很少一部分进入铅锍和黄渣中。分进入铅锍和黄渣中。5 5）脉石成分）脉石成分炉料中的炉料中的SiOSiO2 2、CaOCaO、MgOMgO、AlAl2 2O O3 3等脉石成分，在熔炼中都不被还原，等脉石成分，在熔炼中都不被还原，全部与全部与FeOFeO一道形成炉渣。一道形成炉渣。29（1）SiO2-FeO-CaO三元系炉渣三元系炉渣 在有色金属硫化精矿原料中，杂质金属含量较多的是在有色金属硫化精矿原料中，杂质金属含量较多的是铁。精矿中的硫化铁经氧化脱硫和高价氧化铁还原形成相铁。精矿中的硫化铁经氧化脱硫和高价氧化铁还原形成相对稳定的低价铁氧化物对稳定的低价铁氧化物氧化亚铁（氧化亚铁（FeO）进入炉渣，成）进入炉渣，成为炉渣的主要组成之一。为炉渣的主要组成之一。FeO是一种碱性氧化物，熔点是一种碱性氧化物，熔点1370，它与酸性氧化物，它与酸性氧化物二氧化硅（二氧化硅（SiO2，熔点，熔点1713 ）结合形成稳定的的铁硅酸盐，如铁橄榄石）结合形成稳定的的铁硅酸盐，如铁橄榄石（2FeO SiO2），熔点），熔点1205，因此火法炼铅一般都添加，因此火法炼铅一般都添加石英石作熔剂，以补充铅精矿原料中石英石作熔剂，以补充铅精矿原料中SiO2成分的不足。成分的不足。30在铁硅酸盐炉渣中，由于在铁硅酸盐炉渣中，由于FeOFeO含量高，炉渣密度大，对金属硫化物含量高，炉渣密度大，对金属硫化物（如铅锍）的溶解能力大，造成随渣带走的金属损失大。因此，（如铅锍）的溶解能力大，造成随渣带走的金属损失大。因此，在工业实践中，一般不单独采用氧化亚铁硅酸盐作炉渣，而必须在工业实践中，一般不单独采用氧化亚铁硅酸盐作炉渣，而必须加入加入CaOCaO，以改善炉渣性能。，以改善炉渣性能。氧化钙（氧化钙（CaOCaO）也是硫化精矿中的常见脉石成分，但其含量相对）也是硫化精矿中的常见脉石成分，但其含量相对较少，较少，CaOCaO熔点很高，为熔点很高，为25702570，是比，是比FeOFeO碱性更强的碱性氧化物，碱性更强的碱性氧化物，在成分接近铁橄榄石（其质量百分数为在成分接近铁橄榄石（其质量百分数为70%FeO70%FeO，30%SiO230%SiO2）的炉）的炉渣中加入一定量的渣中加入一定量的CaOCaO，可降低炉渣的熔点、密度和炉渣对金属，可降低炉渣的熔点、密度和炉渣对金属（锍）的溶解能力，可得到享受熔化温度在（锍）的溶解能力，可得到享受熔化温度在11001150 11001150 适合于适合于熔炼要求的炉渣。在熔炼要求的炉渣。在SiO2-FeO-CaOSiO2-FeO-CaO三元渣系中，熔点最低的炉三元渣系中，熔点最低的炉渣成分位于渣成分位于45%FeO45%FeO，20%CaO20%CaO和和35%SiO235%SiO2附近，为附近，为1100 1100 左右。左右。这个组成与铅鼓风炉还原熔炼的炉渣成分大致相同。这个组成与铅鼓风炉还原熔炼的炉渣成分大致相同。31粘度是影响炉渣流动性，影响炉渣与金属（锍）分离程度，并关系到粘度是影响炉渣流动性，影响炉渣与金属（锍）分离程度，并关系到冶金过程能否顺利进行的重要性质。酸性炉渣含冶金过程能否顺利进行的重要性质。酸性炉渣含SiO2SiO2高，结构复杂的高，结构复杂的硅氧复合离子（硅氧复合离子（SiSix xO Oy y2-2-）导致炉渣粘度上升。适当增加碱性氧化物有）导致炉渣粘度上升。适当增加碱性氧化物有利于降低炉渣粘度。但碱性氧化物过高时可能生成各种高熔点化合物，利于降低炉渣粘度。但碱性氧化物过高时可能生成各种高熔点化合物，使炉渣难熔，炉渣粘度升高。对于使炉渣难熔，炉渣粘度升高。对于SiO2-FeO-CaOSiO2-FeO-CaO炉渣系粘度最小的炉渣系粘度最小的组成为组成为10%10%30%CaO30%CaO，20%30%SiO220%30%SiO2和和40%60%FeO40%60%FeO。这与上述最低熔。这与上述最低熔度的炉渣成分范围大体一致。度的炉渣成分范围大体一致。由前面分析可知，能符合鼓风炉熔炼要求的炉渣的基本渣型是铁钙硅由前面分析可知，能符合鼓风炉熔炼要求的炉渣的基本渣型是铁钙硅酸盐的熔合体。酸盐的熔合体。32 炼铅原料中的脉石氧化物以及在烧结炼铅原料中的脉石氧化物以及在烧结-还原熔炼过程还原熔炼过程中炉料发生物理化学变化而生成的铁、锌氧化物是铅鼓风中炉料发生物理化学变化而生成的铁、锌氧化物是铅鼓风炉炉渣的主要组成。因此，炉炉渣的主要组成。因此，炼铅炉渣的成分包括炼铅炉渣的成分包括SiO2、FeO、CaO、ZnO、Al2O3、MgO等，与其他有色金属熔等，与其他有色金属熔炼的渣型一样，炼的渣型一样，SiO2、FeO、CaO是铅炉渣的基本成分，是铅炉渣的基本成分，但相对其他有色冶金炉渣而言，高但相对其他有色冶金炉渣而言，高CaO、高、高ZnO含量又是含量又是铅炉渣的特点。铅炉渣的特点。33炉渣一般都含百分之几的锌。锌对氧的亲和力大，难被碳还原，故炉渣一般都含百分之几的锌。锌对氧的亲和力大，难被碳还原，故大部分呈大部分呈ZnO状态入渣，但也有少量的状态入渣，但也有少量的ZnO在炉子下部被在炉子下部被CO、C还还原，还原反应产出的锌蒸气随炉气上升，被炉气中原，还原反应产出的锌蒸气随炉气上升，被炉气中CO2、H2O和和O2氧化为氧化为ZnO，也可被炉气中，也可被炉气中SO2所硫化为所硫化为ZnS，此时，此时ZnO和和ZnS若沉若沉积于半融状态的碎料上或炉壁上，则引起上部炉结的形成；若积于半融状态的碎料上或炉壁上，则引起上部炉结的形成；若ZnO沉积于炉料表面孔隙之间，会随炉料一起下降到炉子下部，又被还沉积于炉料表面孔隙之间，会随炉料一起下降到炉子下部，又被还原为原为Zn蒸气，并随炉气上升，如此反复循环。蒸气，并随炉气上升，如此反复循环。ZnS是非常有害的难是非常有害的难熔物质，在熔炼过程中进入炉渣会增大炉渣粘度，使炉渣含铅升高，熔物质，在熔炼过程中进入炉渣会增大炉渣粘度，使炉渣含铅升高，严重情况下会造成炉结，迫使生产停炉严重情况下会造成炉结，迫使生产停炉。这也是炼铅鼓风炉处理高。这也是炼铅鼓风炉处理高锌精矿要求烧结块残硫低的原因，并且一般要求铅精矿含锌在锌精矿要求烧结块残硫低的原因，并且一般要求铅精矿含锌在5%以下，渣含锌一般控制在以下，渣含锌一般控制在15%以内。以内。34 炼铅厂普遍采用高炼铅厂普遍采用高CaO渣型，其出发点是降低渣含铅，渣型，其出发点是降低渣含铅，提高金属回收率，原因如下：提高金属回收率，原因如下：CaO是强氧化物，可将硅酸铅中的是强氧化物，可将硅酸铅中的PbO置换出来使置换出来使其变得容易被碳不还原；其变得容易被碳不还原；高高CaO的炉渣可提高炉温，降低炉渣密度；的炉渣可提高炉温，降低炉渣密度；CaO可提高烧结块的软化温度，故高可提高烧结块的软化温度，故高CaO渣型适宜渣型适宜于处理高品位铅烧结块可防止其在炉内过早软化影响透于处理高品位铅烧结块可防止其在炉内过早软化影响透气性和过早熔化影响硅酸铅的充分还原。气性和过早熔化影响硅酸铅的充分还原。35 此外提高炉渣中的此外提高炉渣中的CaO，可使，可使Si-O及及Fe-O-Zn的的结合能力减弱，增加锌和铁在熔渣中的活度，有利于结合能力减弱，增加锌和铁在熔渣中的活度，有利于炉渣的烟化处理；炉渣的烟化处理；提高炉渣中的提高炉渣中的CaO能破坏熔渣中硅氧复合离子能破坏熔渣中硅氧复合离子SixOY2-，降低炉渣的粘度。，降低炉渣的粘度。基于上述观点，又派生出高基于上述观点，又派生出高ZnO、高、高CaO渣型和渣型和高高SiO2、高、高CaO渣型熔炼，达到综合利用的目的。渣型熔炼，达到综合利用的目的。36 株洲冶炼厂在烧结配料中配入株洲冶炼厂在烧结配料中配入10%的氧化锌浸出渣，的氧化锌浸出渣，混合料含锌达混合料含锌达6%左右，因而实行高左右，因而实行高ZnO、高、高CaO渣型渣型熔炼，达到综合利用的目的。原沈阳冶炼厂在烧结配熔炼，达到综合利用的目的。原沈阳冶炼厂在烧结配料中加入含金高、含料中加入含金高、含SiO2也高的金铅块矿和金铅精矿，也高的金铅块矿和金铅精矿，烧结块含烧结块含SiO2高达到高达到15%37 1)1)使矿石中的脉石、熔剂及燃料中的灰分造渣，并在高温下与欲提取使矿石中的脉石、熔剂及燃料中的灰分造渣，并在高温下与欲提取的金属分离；的金属分离；2)2)熔渣是一种介质，其中进行着许多极为重要的冶金反应。例如，在熔渣是一种介质，其中进行着许多极为重要的冶金反应。例如，在铅还原熔炼时，溶解在炉渣中的硅酸铅可直接被还原剂还原，铅在炉铅还原熔炼时，溶解在炉渣中的硅酸铅可直接被还原剂还原，铅在炉渣中的损失决定于这一反应的完全程度；渣中的损失决定于这一反应的完全程度；3)3)在炉渣中发生金属液滴或锍液滴的沉降分离。沉降分离的完全程度在炉渣中发生金属液滴或锍液滴的沉降分离。沉降分离的完全程度对金属在炉渣中的机械夹杂损失起着决定性的作用；对金属在炉渣中的机械夹杂损失起着决定性的作用；384)4)在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在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的熔点，一般最高温度为炉渣熔点再过热150150250250。当炉渣组。当炉渣组成一定时，向炉内增加热量不可能提高炉温，只会增加炉料溶化成一定时，向炉内增加热量不可能提高炉温，只会增加炉料溶化的速度；的速度；5)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。的温度。要使炉渣起到上述作用，就必须根据冶炼过程中的特点，合理选要使炉渣起到上述作用，就必须根据冶炼过程中的特点，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，较低的密度和粘度等。低的密度和粘度等。39总的来说，对炉渣成分的选择应满足：总的来说，对炉渣成分的选择应满足：尽可能选用自熔性渣型，减少熔剂消耗；尽可能选用自熔性渣型，减少熔剂消耗；粘度小，在熔炼温度下粘度不大于粘度小，在熔炼温度下粘度不大于0.5 1.0Pas；密度小，渣与铅的密度差应大于密度小，渣与铅的密度差应大于1t/m3;适应的熔点，为适应的熔点，为100 1150。40 当在鼓风炉中还原熔炼铅炉料时，可获得当在鼓风炉中还原熔炼铅炉料时，可获得下列各种熔炼产物：粗铅、铅冰铜、砷冰铜、下列各种熔炼产物：粗铅、铅冰铜、砷冰铜、烟尘和炉渣。烟尘和炉渣。1、粗铅、粗铅：一般含铅：一般含铅9699，并含有铜、，并含有铜、铋、锡等金属杂质和金、银、碲等稀贵金属。铋、锡等金属杂质和金、银、碲等稀贵金属。因此，粗铅必须进一步精炼，以提高铅的纯度因此，粗铅必须进一步精炼，以提高铅的纯度和回收有价金属。其处理方法有由火法初步精和回收有价金属。其处理方法有由火法初步精炼与电解精炼组成的联合法和火法精炼两种。炼与电解精炼组成的联合法和火法精炼两种。41 2 2、铅、砷冰铜、铅、砷冰铜 铅冰铜是由硫化铅、硫化亚铁及硫化亚铜所组成的铅冰铜是由硫化铅、硫化亚铁及硫化亚铜所组成的合金，此外，尚有少量的硫化银、硫化锌及其它金属硫化合金，此外，尚有少量的硫化银、硫化锌及其它金属硫化物或砷、锑的化合物。物或砷、锑的化合物。只有当炉料中存在大量砷与锑时才只有当炉料中存在大量砷与锑时才会生成砷冰铜（又称黄渣），它主要由砷、锑与镍、钴的会生成砷冰铜（又称黄渣），它主要由砷、锑与镍、钴的金属化合物组成。金属化合物组成。由于各厂在铅生产过程中使用的原料不同，因此产出由于各厂在铅生产过程中使用的原料不同，因此产出的铅、砷冰铜成分波动较大，故其处理方法也不一致，如的铅、砷冰铜成分波动较大，故其处理方法也不一致，如某厂将粉状冰铜先在小鼓风炉内进行熔炼，然后铸成块，某厂将粉状冰铜先在小鼓风炉内进行熔炼，然后铸成块，块状冰铜则直接装入转炉，采用固体冰铜吹炼法进行处理。块状冰铜则直接装入转炉，采用固体冰铜吹炼法进行处理。4243 3、烟尘、烟尘：烟尘中含有许多有价金属，如铅、镉、铊：烟尘中含有许多有价金属，如铅、镉、铊等。烟尘成分在很大程度上取决于熔炼条件和原料等。烟尘成分在很大程度上取决于熔炼条件和原料成分。成分。烟气烟气：铅鼓风炉料面气体取决于操作制度，入炉：铅鼓风炉料面气体取决于操作制度，入炉物料成分及供风条件。物料成分及供风条件。4、炉渣、炉渣：炉渣主要是由各种金属氧化物组成，这些：炉渣主要是由各种金属氧化物组成，这些氧化物相互之间又形成某种化合物、固溶体和液体氧化物相互之间又形成某种化合物、固溶体和液体熔液与低熔点混合物。此外，还含有金属硫化物、熔液与低熔点混合物。此外，还含有金属硫化物、金属和气体。因此，炉渣是一种混杂的多种组成物金属和气体。因此，炉渣是一种混杂的多种组成物系统。系统。44 鼓风炉是一种古老的冶金设备，它的发展已有几千年的历史，随鼓风炉是一种古老的冶金设备，它的发展已有几千年的历史，随着现代化大型生产的发展，世界各国广泛采用的是着现代化大型生产的发展，世界各国广泛采用的是上宽下窄上宽下窄的倾斜炉的倾斜炉腹型的全水套矩形鼓风炉，有的国家采用椅形（异形炉的一种型式）腹型的全水套矩形鼓风炉，有的国家采用椅形（异形炉的一种型式）鼓风炉。鼓风炉。优点优点：由于上宽下窄，形成炉子截面向上扩大，降低了炉气上升速度，延由于上宽下窄，形成炉子截面向上扩大，降低了炉气上升速度，延长了还原气体与炉料的接触时间，有利于气相与固相热交换及反应的长了还原气体与炉料的接触时间，有利于气相与固相热交换及反应的进行进行;由于炉气上升速度减慢，被炉气带走的烟尘相对减少；由于炉气上升速度减慢，被炉气带走的烟尘相对减少；炉腹向下倾斜，断面积逐渐缩小，使热量集中在焦点区，有利于熔炉腹向下倾斜，断面积逐渐缩小，使热量集中在焦点区，有利于熔炼的进行和熔体产物的过热。炼的进行和熔体产物的过热。45 特点：特点：双排风口；双排风口；椅形水套。椅形水套。46 铅鼓铅鼓风炉由炉风炉由炉基、炉缸、基、炉缸、炉身、炉炉身、炉顶、风管、顶、风管、水管系统水管系统及支架组及支架组成。成。474849 1 1、炉基：即鼓风炉的基础。要求能承受鼓风炉的全部重要。、炉基：即鼓风炉的基础。要求能承受鼓风炉的全部重要。一般能承受一般能承受40406060吨吨/米米2 2，通常是用混凝土捣固或石块砌成。，通常是用混凝土捣固或石块砌成。2 2、炉缸：砌筑在炉基上，常用厚钢板制成炉缸外壳，此外、炉缸：砌筑在炉基上，常用厚钢板制成炉缸外壳，此外壳强度必须能抵抗生产时炉缸内熔炼的压力和砌体的受热膨胀压壳强度必须能抵抗生产时炉缸内熔炼的压力和砌体的受热膨胀压力。力。沿炉子的长度一侧，砌筑有一个横截面积不大的虹吸道，铅沿炉子的长度一侧，砌筑有一个横截面积不大的虹吸道，铅液由此连续放出，流至铅包再送往火法精炼或流入铸钢模中铸锭。液由此连续放出，流至铅包再送往火法精炼或流入铸钢模中铸锭。3 3、炉身：由上下两列不同高度的水套组成（也有将水套排、炉身：由上下两列不同高度的水套组成（也有将水套排成上、中、下三列或只排一列的）。水套的冷却，分为水冷却或成上、中、下三列或只排一列的）。水套的冷却，分为水冷却或汽化冷却两种。若是汽化冷却，则有供水及汽包等一套循环系统。汽化冷却两种。若是汽化冷却，则有供水及汽包等一套循环系统。水套内壁用锅炉钢板制成，外壁一般为普通钢板。水套内壁用锅炉钢板制成，外壁一般为普通钢板。50 炉腹的倾斜度一般是炉高增加一米，大约收缩炉腹的倾斜度一般是炉高增加一米，大约收缩150150300mm300mm。处理块度较大的炉料，倾斜度宜大些。处理块度较大的炉料，倾斜度宜大些。风口比：是指全部风口的总垂直断面积与炉子风口区水平断风口比：是指全部风口的总垂直断面积与炉子风口区水平断面积的比值。风口比波动范围面积的比值。风口比波动范围3 37 7。近年来。趋于减少风口直。近年来。趋于减少风口直径和增大风压，故风口比波动在径和增大风压，故风口比波动在2 25 5，在连接风口与总风管的，在连接风口与总风管的支管上，装有调节风量的闸门，视炉况调整入炉风量。支管上，装有调节风量的闸门，视炉况调整入炉风量。4 4、炉喉（装料口）：一般为铸铁钢板构成，为上大下小的、炉喉（装料口）：一般为铸铁钢板构成，为上大下小的漏斗形，位于水套炉身与加料平台之间。其上两侧为斜坡铸铁板。漏斗形，位于水套炉身与加料平台之间。其上两侧为斜坡铸铁板。其上部比风口区宽其上部比风口区宽1 1倍。其作用：倍。其作用：a a、便于均匀加料；、便于均匀加料；b b、炉气、炉气上升至炉喉，由于断面扩大气流速度降低，减少了炉气含尘量。上升至炉喉，由于断面扩大气流速度降低，减少了炉气含尘量。51 5 5、炉顶：炉子上部的装料和排气部分装置称为炉顶，按炉、炉顶：炉子上部的装料和排气部分装置称为炉顶，按炉料的装入和炉气的排出方式不同，分为开式和闭式炉顶。料的装入和炉气的排出方式不同，分为开式和闭式炉顶。开式炉顶设有烟罩，物料从炉顶中央加入，而炉气则从加料开式炉顶设有烟罩，物料从炉顶中央加入，而炉气则从加料台下端壁的排气孔排出。由于在炉顶中央加料，细料大部分集中台下端壁的排气孔排出。由于在炉顶中央加料，细料大部分集中在炉子中央，而粗料则多集中两侧，使炉况恶化。加之端壁排气，在炉子中央，而粗料则多集中两侧，使炉况恶化。加之端壁排气，使炉内气氛分布及上升速度不均匀，使熔炼过程困难。另外侧壁使炉内气氛分布及上升速度不均匀，使熔炼过程困难。另外侧壁附近温度过高，易生炉结，而中央部分温度过低，炉料熔化缓慢，附近温度过高，易生炉结，而中央部分温度过低，炉料熔化缓慢，故已很少采用。故已很少采用。闭式炉顶在加料台上装有烟罩，烟罩中央设排气口，通过烟闭式炉顶在加料台上装有烟罩，烟罩中央设排气口，通过烟管与烟道相连。两侧则设加料口，使布料均匀而稳定炉况。管与烟道相连。两侧则设加料口，使布料均匀而稳定炉况。总之，选择炉顶构造的原则是炉内整个断面上炉气与炉料要总之，选择炉顶构造的原则是炉内整个断面上炉气与炉料要均匀分布，方能获得炉料与炉气的良好接触，加快熔炼速度，以均匀分布，方能获得炉料与炉气的良好接触，加快熔炼速度，以提高生产能力。提高生产能力。52（1 1）开炉）开炉开炉的顺序：开炉的顺序：炉缸铺设木柴炉缸铺设木柴点火点火 投木柴投木柴加底焦、底铅加底焦、底铅(开始开始送风送风)进渣料进渣料进轻本料进轻本料进本料转入正常生产。进本料转入正常生产。铅鼓风炉的操作包括开炉、正常作业及过程技术控制、铅鼓风炉的操作包括开炉、正常作业及过程技术控制、故障处理、停炉等方面。故障处理、停炉等方面。53 鼓风炉的正常作业包括：进料鼓风炉的正常作业包括：进料(燃料和炉料燃料和炉料)、熔、熔炼产物的排放炼产物的排放(即咽喉、虹吸的操作即咽喉、虹吸的操作)；风量、风压的；风量、风压的控制及风口的作业；水冷系统的照应；电热前床的操控制及风口的作业；水冷系统的照应；电热前床的操作。作。粗铅和炉渣都连续放出。粗铅和炉渣都连续放出。54 铅鼓风炉常见到故障是形成炉结，它分为炉身炉铅鼓风炉常见到故障是形成炉结，它分为炉身炉结和炉缸炉结两类，多是由于粉料过多，含硫过高，结和炉缸炉结两类，多是由于粉料过多，含硫过高，炉况波动，操作不稳定，开炉时炉缸清理不净等原因炉况波动，操作不稳定，开炉时炉缸清理不净等原因所引起的，特别是所引起的，特别是ZnS的存在。的存在。通常的上部炉结用长铁钎打下，然后使其熔化除通常的上部炉结用长铁钎打下，然后使其熔化除去；下部炉结和炉缸炉结则用改变配料造成易熔熔体去；下部炉结和炉缸炉结则用改变配料造成易熔熔体洗刷，必要时也有烧氧气的措施。洗刷，必要时也有烧氧气的措施。55国内几个炼铅厂鼓风炉熔炼的主要技术经济指标列于下表。国内几个炼铅厂鼓风炉熔炼的主要技术经济指标列于下表。56单元作业单元作业1、对炉渣成分的选择应满足什么条件？、对炉渣成分的选择应满足什么条件？2、选用、选用_渣型对降低渣含铅是有利渣型对降低渣含铅是有利的；处理高锌炉料应在焙烧时尽量脱的；处理高锌炉料应在焙烧时尽量脱_，并按，并按_渣型配料。渣型配料。3、炉料中含镍和钴高时，熔炼产物中应有、炉料中含镍和钴高时，熔炼产物中应有_产出。产出。