重金属冶金学--铅冶金--直接炼铅理论

2 1 0 -1 -2 -3 -4
2
PbSO4 PbO PbSO4·xPbO
lg pO
αPbO=0.3(~20%Pb)
0.3%S
pS
1
Pb
-5 -4 -3 -2 -1 0
O2 =1 4 0
2
3
13.4%S
αPbO=0.1 (~ 5%Pb)
PbS
4
5
lg ps2 / Pa
3、获得“低挥发率”的条件
pS2 < 10-1 Pa (尽量降低粗铅含S) 适度降低温度，将少PbS的挥发
2 1 0
2
PbSO4 PbO PbSO4·xPbO
lg pO
-1 -2
0.3%S
-3 -4 -5
αPbO=0.1 (~5%Pb)
Pb
-4 -3 -2 -1
直接 5%S
PbS
0
1
2
3
4
5
lg ps2 / Pa
要在一个炉体中实现“低S铅”和“低铅渣”，并降低 Pb的挥发率，应设置“高氧势区” (lgpO2≥-2 Pa) 和“低 氧势区”(lgpO2<-5 Pa)，且两区气相不相通。 先造“低S铅”，后制“低Pb渣”。渣与铅逆向运动。
第 四 节
硫化铅精矿的直接熔炼 ——基础理论
直接炼铅理论
一、直接炼铅的概念
目 录
二、直接炼铅的难点所在 三、直接炼铅的理论分析 四、直接炼铅的熔炼条件
(一) 直接炼铅的概念
1、直接炼铅
硫化精矿不经焙烧或烧结焙烧直接产出金属的熔 炼方法称为直接熔炼。 硫化铅精矿直接熔炼就是 PbS 被气流中的 O2或 者是呈气泡状态高度分散于熔池中的O2氧化产生金属 铅与氧化铅，后者又与氧化为FeO以及其它造渣组分 造渣熔化，最终产出粗铅、含PbO高的炉渣以及含SO2 的烟气。 PbS（熔铅中）+ 2PbO（熔渣中）→3Pb（液）+ SO2
pPbS
2、难同时得到“低Pb渣”和“低挥发率”
0.3 0.6
13 00
℃
0.4
11 00
P∑Pb /×105 Pa
0.2
12
0.1
13 00 ℃
00 ℃
1200℃ 1100℃
0.2
0 0 1 2 3
粗铅含S/(wt%)
αPbO
℃
PSO2=105 Pa
3、难于实现Pb的高直收率
100 80 70
氧化区
加料口 烟道
放 渣 口
lg(PCO2/PCO)=0.2 T=1150~1250℃
液渣 粉煤、天然气入口
隔 墙
lg(PCO2/PCO)=2.2 T=1050~1100℃
液铅 氧抢插孔
虹吸口
2、“低S铅”的熔炼条件
需高氧势、低SO2势、较低温度 应尽快排出含SO2高的烟气； 适当降低温度，如950~1050℃，以降低烟尘率
2 1 0
PbSO4 PbO
lg pO
-1 -2 -3 -4 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
2
“低S铅”
PbS Pb
lg ps2 / Pa
3、“低Pb渣”的熔炼条件
需低氧势、低SO2势、较高温度 也应尽快排出含SO2高的烟气； 适当升高温度，如1150~1250℃
2 1 0
PbSO4 PbO
p∑ Pb / KPa
2 1 0
2
4
6
10 15 20
25
26
低挥发区
PbO
高挥发区
lg pO
2
-1 -2
pS
0.1%S Pb
-4 -3 -2 -1
-3 -4 -5
O2 =1 4 0
PbS
0
1
5%S
2
3
4
5
lg ps2 / Pa
(四) 熔炼条件
1、气氛条件
图中的“直接”熔炼区是“中庸”的结果，因为即得不 到“低Pb渣”，又得不到“低S铅”，也得不到“低挥发率”。
2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 -4
2
PbSO4 PbO
lg pO
高氧势区 第
步 2
Pb
第1步
PbS
低氧势区
-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
lg ps2 / Pa
例1：Kivcet熔炼炉
氧化区
余热 锅炉
还原区
电炉 烟道
贫化电极 上升 烟道 反应塔
虹吸口
例2：QSL熔炼炉
还原区
烟道
2 1 0
2
PbSO4 PbO PbSO4·xPbO
lg pO
-1 -2
0.1%S
0.3%S
-4 -5
Pb
-4 -3 -2 -1
pS
1
O2 =1 3 0
2
0
3
13.4%S
-3
pS
O2 =1 4 0
PbS
4
5
lg ps2 / Pa
2、获得“低Pb渣”的条件
pO2 < 10-4 Pa (可通过添加还原剂，尽量降低氧势)
图4-2 1200 ℃ Pb-S-O系平衡状态图
(二) 难点所在
1、难于同时得到“低S铅”和“低Pb渣”
1.0 0.6 0.4
α
PbO
0.2
αPbO
0.1 0.06 0.04
S Pb P
0.02
1500 K pSO2=105 Pa
0.1 0.2 0.5 1.0 2.0 5.0 10.0
0.01
粗铅含S/(wt%)
铅的分配率 /%
60 50 40 30 20
一次粗铅
烟尘
粗渣
10 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
粗铅含S/(wt%)
(三) 理论分析
1、获得“低S铅”的条件
第一种：pSO2 < 104 Pa (应尽快排出烟气) 第二种：pO2 > 10-3 Pa (应尽量提高氧势)
PSO2=105 Pa 时，低温下PbS氧化只能形成硫酸盐或碱式硫酸盐。 当温度升高到900℃以上，在PSO2 =105 Pa 下，PbS可氧化熔 炼，形成熔融金属铅。
图4-1 PSO2=105 Pa 时Pb-S-O系平衡状态图
Schuhmann等人根据热力学数据分析分别绘制了PSO2为1×105、 0.5×105、 0.05×105Pa时， Pb-S-O系lgPO2-1/T化学势图： y点温度是PbS转变为液体铅 的最低平衡温度。 PSO2=1×105， t=960℃， lgPO2=-4.5Pa ； PSO2=0.1×105， t=860℃， lgPO2=-5.7Pa ； PSO2=0.05×105， t=830℃， lgPO2=-6.3Pa
lg pO
-1
2
低 铅 渣
PbS Pb
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
-2 -3 -4 -5
lg ps2 / Pa