1、鉛冶金鉛冶金有色冶金概論有色冶金概論昆明理工大學(xué)冶金與能源工程學(xué)院昆明理工大學(xué)冶金與能源工程學(xué)院1 概述概述1.1鉛的性質(zhì)和用途鉛的性質(zhì)和用途1.1.1 鉛的物理性質(zhì)鉛的物理性質(zhì) 鉛是藍(lán)灰色金屬，新的斷口具有金屬光澤。固態(tài)鉛的密度為11.27311.488g/cm3。鉛的熔點為327.502，沸點1525。 純鉛是重金屬中最柔軟的金屬，其莫氏硬度為1.5。鉛有很好的展性，可壓軋成鉛皮和錘制成鉛箔，但鉛的延性很差，不能拉成鉛絲。鉛在低于熔點310下很脆，用力搖動時可制成鉛粒。 鉛為熱和電的不良導(dǎo)體，導(dǎo)熱率和導(dǎo)電率分別 為銀的8.5%和10.7%。 鉛在高溫下蒸汽壓較大，因此鉛容易揮發(fā)，導(dǎo)致鉛的損

2、失，影響鉛冶煉回收率，也會使操作人員鉛中毒。1.1.2 鉛的化學(xué)性質(zhì)鉛的化學(xué)性質(zhì) 鉛是元素周期表中的A族元素，原子序數(shù)為82，原子量為207.21，原子價為+2及+4。 常溫下鉛在干空氣中不起化學(xué)變化，但在潮濕的和含有CO2的空氣中則氧化生成次氧化鉛(Pb2O)薄膜，覆蓋在鉛的表面，使鉛失去 光 澤 而 變 成 暗 灰 色 ， 并 且 慢 慢 地 轉(zhuǎn) 變 成 堿 式 碳 酸 鹽3PbCO3Pb(OH)2。 鉛與氧可生成四種氧化物：PbO、PbO2、 Pb3O4 和Pb2O3，其中PbO最穩(wěn)定。PbO沸點為1470，在800開始顯著揮發(fā)，因此煉鉛過程中因PbO揮發(fā)而造成鉛的損失。1.1.2 鉛的

3、化學(xué)性質(zhì)鉛的化學(xué)性質(zhì) 鉛易溶于硝酸、硼氟酸、硅氟酸、醋酸及硝酸銀中；難溶于稀鹽酸及硫酸，緩溶于沸鹽酸及發(fā)煙硫酸中。常溫時HCl及H2SO4的作用僅及于鉛的表面，生成的PbC12和PbSO4幾乎不溶解而附著在鉛的表面使其內(nèi)部金屬不受酸的影響。 鉛可吸收放射性線，所以具有抵抗放射性物質(zhì)射線透過的性能。 1.1.3 鉛的用途鉛的用途 鉛的最大消費領(lǐng)域為鉛酸蓄電池，主要應(yīng)用于汽車工業(yè)，其消費量占主要鉛消費國消費量的一半以上。鉛具有高度的化學(xué)穩(wěn)定性，抗酸抗堿的能力都極強，因此，在化學(xué)工業(yè)和冶金工業(yè)中用于設(shè)備的防腐。此外，鉛還用于彈藥、鉛管、鉛片、合金、原子能、醫(yī)學(xué)、電纜包皮以及顏料、化工制品等。1.2

4、煉鉛原料煉鉛原料1.2.1 煉鉛原料煉鉛原料 用作煉鉛的原料包括礦物原料和二次鉛料兩大類。礦物原料有硫化礦和氧化礦兩種。硫化礦：硫化礦：鉛的硫化礦是煉鉛的主要原料，主要是方鉛礦(PbS)，伴生有閃鋅礦(ZnS)、輝銀礦(Ag2S)、輝鉍礦(Bi2S3)、黃鐵礦(FeS2)、硫砷鐵礦(FeAsS) 和其他硫化礦物。 自然界中鉛礦多數(shù)是多金屬礦，最常見的是鉛鋅混合礦。密閉鼓風(fēng)爐熔煉法和基夫賽特熔煉法可處理鉛鋅混合礦。氧化礦：氧化礦：主要有白鉛礦(PbCO3)和鉛礬(PbSO4 )，屬次生礦，是原生礦經(jīng)風(fēng)化作用和含有碳酸鹽的地下水作用而成。二次鉛料：二次鉛料：是指回收的各種鉛廢件和鉛廢料。其中以廢蓄

5、電池回收的數(shù)量最大，其次如化工冶金器械的耐酸襯里鉛皮、鉛管、電纜包皮，各類鉛基的軸承合金，鉛錫焊料以及各種含鉛下腳料和碎屑等。 1.3 煉鉛方法煉鉛方法 鉛的冶煉幾乎全是火法?；鸱掋U按冶煉原理的不同分為反應(yīng)反應(yīng)熔煉、沉淀熔煉熔煉、沉淀熔煉和和焙燒焙燒-還原熔煉還原熔煉三種。目前普遍采用傳統(tǒng)的燒結(jié)焙燒-鼓風(fēng)爐熔煉工藝，該法雖然存在能耗高、對環(huán)境污染不易解決等缺點，但其處理能力大、原料適應(yīng)性強、加上長期生產(chǎn)積累的操作經(jīng)驗和不斷的技術(shù)改造，使這一傳統(tǒng)煉鉛工藝還保持著其活力。燒結(jié)焙燒-鼓風(fēng)爐還原熔煉工藝約占世界鉛產(chǎn)量的60%左右，其它新法煉鉛約占40%。 現(xiàn)在大型煉鉛廠已開始采用一些強化熔煉的方法直

6、接煉鉛。強化熔煉將傳統(tǒng)的燒結(jié)焙燒-還原熔煉的兩個火法過程合并在一個裝置內(nèi)完成，提高了硫化礦原料中硫和熱的利用率，簡化了工藝流程，同時也改善了環(huán)境。目前，已工業(yè)化的強化熔煉方法有基夫賽特基夫賽特(Kivcet)法法、氧氣底吹熔池熔煉（QSL法）、法）、艾薩熔煉法艾薩熔煉法、奧斯麥奧斯麥特法特法以及我國的水口山法（水口山法（SKS）等。1.3 煉鉛方法煉鉛方法1.3 煉鉛方法煉鉛方法2 鉛精礦的燒結(jié)焙燒鉛精礦的燒結(jié)焙燒 燒結(jié)焙燒燒結(jié)焙燒是在高溫(大于800)下將精礦中的硫化物氧化脫硫氧化脫硫生成氧化物，同時燒結(jié)產(chǎn)出具有一定強度和孔隙度的燒結(jié)塊具有一定強度和孔隙度的燒結(jié)塊的過程。 焙燒時硫化鉛發(fā)生如

7、下氧化反應(yīng)：2PbS 3.5O2 = PbO PbSO4 SO2 最初形成的硫酸鉛再與硫化鉛互相作用而形成PbO：3PbSO4 PbS 4PbO 4SO2 在焙燒的最終產(chǎn)物中主要是PbO。 在燒結(jié)過程中，作為熔劑加入的石灰，不僅起著生成粘結(jié)劑的作用，還起著調(diào)節(jié)料層溫度的調(diào)熱劑作用，同時還起著促進(jìn)PbSO4分解的脫硫作用2 鉛精礦的燒結(jié)焙燒鉛精礦的燒結(jié)焙燒 現(xiàn)代大型煉鉛廠均采用帶式燒結(jié)機帶式燒結(jié)機進(jìn)行燒結(jié)焙燒，一些中小企業(yè)采用燒結(jié)鍋或燒結(jié)盤燒結(jié)。 根據(jù)燒結(jié)機的供風(fēng)方式不同，分成吸風(fēng)燒結(jié)和鼓風(fēng)吸風(fēng)燒結(jié)和鼓風(fēng)燒結(jié)燒結(jié)兩種方法。兩種燒結(jié)方法所采用的主體設(shè)備是相同的，鼓風(fēng)燒結(jié)只是將往料層送風(fēng)的方向由吸風(fēng)

8、燒結(jié)的向下吸風(fēng)改為向上鼓風(fēng)。3.6 鉛燒結(jié)塊的鼓風(fēng)爐熔煉鉛燒結(jié)塊的鼓風(fēng)爐熔煉 燒結(jié)焙燒-鼓風(fēng)爐還原熔煉法是目前世界上主要的煉鉛方法。 由于鉛精礦燒結(jié)焙燒時已經(jīng)配入熔劑，所以鼓風(fēng)爐爐料主要是燒結(jié)塊(占85100%)和為了改善操作和提高鉛的回收率而可能加入的返渣、其它含鉛物料及鐵屑等。鼓風(fēng)爐的燃料是焦炭，同時也是熔煉過程的還原劑。 在燒結(jié)塊中鉛主要以氧化物的形態(tài)存在。燒結(jié)塊中游離的PbO與爐氣中的氣體還原劑CO發(fā)生還原反應(yīng)：PbO CO Pb CO2 PbO是很易還原的，在433458K的溫度下，PbO已開始被CO還原。 3.6 鉛燒結(jié)塊的鼓風(fēng)爐熔煉鉛燒結(jié)塊的鼓風(fēng)爐熔煉 鉛燒結(jié)塊還原熔煉在于使鉛的

9、氧化物還原并與貴金屬和鉍等聚集進(jìn)入粗鉛，而使各種造渣成分（包括SiO2、CaO、FeO、Fe3O4等）及鋅等進(jìn)入爐渣，以達(dá)到相互分離。當(dāng)原料含銅較高時，可產(chǎn)出鉛冰銅將銅富集；若原料含銅不太高，可將銅富集于粗鉛中，此時銅在爐渣中的損失將稍大。原料中鎳鈷含量較高時，則產(chǎn)出黃渣（砷冰銅）將其富集。所以，在特殊情況下，熔煉便可能產(chǎn)出四種熔體熔煉便可能產(chǎn)出四種熔體產(chǎn)物，產(chǎn)物，并按其密度的不同分成四層，由上而下分別為爐渣、鉛冰銅爐渣、鉛冰銅(鉛锍鉛锍)、砷冰銅、砷冰銅(黃渣黃渣)和粗鉛和粗鉛。 鉛鼓風(fēng)爐冶煉爐渣組成有三個特點鉛鼓風(fēng)爐冶煉爐渣組成有三個特點：低硅、高鋅、高鈣。低硅、高鋅、高鈣。3.6 鉛燒結(jié)

10、塊的鼓風(fēng)爐熔煉鉛燒結(jié)塊的鼓風(fēng)爐熔煉3.6 鉛燒結(jié)塊的鼓風(fēng)爐熔煉鉛燒結(jié)塊的鼓風(fēng)爐熔煉3.7 粗鉛的精煉粗鉛的精煉 鼓風(fēng)爐煉得的粗鉛含有14%的雜質(zhì)和貴金屬，需經(jīng)過精煉提純以達(dá)到牌號鉛的標(biāo)誰。粗鉛精煉是可除去粗鉛中的雜質(zhì)，提高鉛的純度，同時最大限度地回收其中的有價金屬。 粗鉛精煉有火法精煉火法精煉和電解精煉電解精煉兩種方法。3.7.1 粗鉛的火法精煉粗鉛的火法精煉 粗鉛火法精煉可分為除銅除銅（熔析除銅和加硫除銅）、除砷銻錫除砷銻錫（氧化精煉和堿性精煉）、除銀除銀（加鋅提銀）、除鋅除鋅（真空脫鋅）、除鉍除鉍（加鈣、鎂除鉍）等基本過程。 粗鉛火法精煉是順次除去粗鉛中雜質(zhì)的多段高溫作業(yè)，雜質(zhì)分別富集于精

11、煉渣中，然后從中回收這些元素?；鸱ň珶挼纳a(chǎn)率較高，但作業(yè)繁雜，屬多段性作業(yè)，使金屬的直收率降低。 分離As、Sb、Sn后的粗鉛開始變軟，所以將除As、Sb、Sn的粗鉛精煉稱為軟化精煉軟化精煉，精煉后的鉛稱為軟化鉛。v3.7.2 粗鉛的電解精煉粗鉛的電解精煉 與火法精煉相比，粗鉛電解精煉的流程簡單，中間產(chǎn)物少，鉛的產(chǎn)品質(zhì)量和回收率都比較高，陰極鉛純度可大于99.99%。粗鉛中絕大多數(shù)的鉍和貴金屬都富集在陽極泥中，鉍和貴金屬在陽極泥中可富集25100倍。因此，電解精煉特別適用于處理含鉍和貴金屬較高的粗鉛。 電解精煉則是使雜質(zhì)元素一次進(jìn)入陽極泥，其直收率較高，但金屬生產(chǎn)效率較低。v3.7.2 粗鉛

12、的電解精煉粗鉛的電解精煉 電解精煉前，粗鉛通常要經(jīng)過初步火法精煉，以除去電解過程不能除去或?qū)﹄娊膺^程有害的雜質(zhì)，同時調(diào)整鉛中的砷銻含量，然后鑄成陽極。陰極則是電解過程本身產(chǎn)出的陰極鉛澆鑄成的始極片，電解液為硅氟酸鉛硅氟酸鉛和硅氟酸硅氟酸的水溶液。電解過程中，金屬鉛在陽極上溶解進(jìn)入電解液，在陰極上鉛離子得到電子而析出。陽極中的雜質(zhì)除一小部分溶解進(jìn)入電解液外，絕大部分不溶而形成陽極泥，粘附在陽極表面。陰極鉛經(jīng)洗滌后，熔化并進(jìn)行氧化精煉除去微量的As、Sb、Sn等雜質(zhì)，然后鑄成成品鉛錠。除去陽極泥后的殘極重新熔鑄成陽極。陽極泥經(jīng)處理回收其中的金、銀、鉍等有價金屬。v3.7.2 粗鉛的電解精煉粗鉛的電

13、解精煉電解液組成電解液組成(g/L)：Pb 60120,游離H2SiF6 60120,總酸(SiF62-) 100190和少量金屬雜質(zhì)離子及添加劑(膠質(zhì)和-萘酚等)。電解液溫度：電解液溫度：通常為3045。 陰陽極反應(yīng)：陰陽極反應(yīng)：陽極反應(yīng)：Pb-2ePb2+陰極反應(yīng)：Pb2+ + 2e = Pb槽電壓：槽電壓：鉛電解槽電壓一般為0.4V左右，隨著電解的進(jìn)行，陽極泥不斷增厚，槽電壓也逐漸增至0.550.60V甚至0.7V。電流效率與電能消耗：電流效率與電能消耗：電流效率為9597%，電能消耗為125135kWh/t。電流密度電流密度：一般為120230A/m2。v3.7.2 粗鉛的電解精煉粗鉛

14、的電解精煉3.8 煉鉛爐渣的處理煉鉛爐渣的處理 鼓風(fēng)爐以及QSL法、基夫賽特法等直接煉鉛產(chǎn)出的爐渣，常含有620%Zn、13.5%Pb以及Cu、Sn、Au、Ag、Ge、In、Tl等有價金屬，應(yīng)該盡量綜合回收。工業(yè)上常用煙化爐煙化法和回轉(zhuǎn)窯煙化煙化爐煙化法和回轉(zhuǎn)窯煙化法法處理煉鉛爐渣，此外還有旋渦熔煉、電爐熔煉、鼓風(fēng)爐熔煉、轉(zhuǎn)爐吹煉、氯化揮發(fā)、奧斯麥特熔煉以及濕法處理等等。 煙化法的原理煙化法的原理:PbO + CO = Pb(g) + CO2 =PbO + COZnO + CO =Zn(g) + CO2 =ZnO + CO 煙化爐煙化法煙化爐煙化法具有金屬回收率高，生產(chǎn)能力大，還原劑耗量低，易

15、于實現(xiàn)過程的機械化相自動化，廢熱利用率較高等優(yōu)點，所以大多數(shù)工廠采用煙化法。3.8 煉鉛副產(chǎn)品的處理煉鉛副產(chǎn)品的處理3.9 鉛冶金的發(fā)展鉛冶金的發(fā)展v3.9.1直接煉鉛直接煉鉛 直接煉鉛直接煉鉛是利用硫化鉛精礦粉料在迅速氧化過程中放出的大量熱，將爐料迅速熔化，產(chǎn)出液態(tài)鉛和熔渣，同時產(chǎn)出少量含SO2的高煙氣，使硫得以回收的冶金過程。 直接煉鉛的基本原則是：直接煉鉛的基本原則是：在高氧位下產(chǎn)出低硫粗鉛，在低氧位下產(chǎn)出低鉛爐渣。 直接煉鉛的的方法主要有QSL法、基夫賽特(Kivcet)法、奧斯麥特法、水口山法、 ISA法、奧托昆普法、柯明科法以及波里頓法等。 PbS+1.5O2=PbO+SO2 PbS+2PbO=3Pb+SO2 PbO+C=Pb+COv3.9.3 濕法煉鉛濕法煉鉛 燒結(jié)焙燒-鼓風(fēng)爐還原熔煉的傳統(tǒng)火法煉鉛流程產(chǎn)出的煙氣中SO2濃度低，不易回收，因而會對大氣造成嚴(yán)重污染；冶煉過程中含鉛揮發(fā)物也會造成對生產(chǎn)環(huán)境和大氣的污染；能源消耗也較大。雖然基夫賽特法和QSL法能產(chǎn)出高SO2濃度的煙氣可以用于制酸，但制酸尾氣和含鉛揮發(fā)物的污染也