教学情景四.ppt
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1、 情景四情景四情景四情景四 硫化铅精矿的直接熔炼硫化铅精矿的直接熔炼硫化铅精矿的直接熔炼硫化铅精矿的直接熔炼4.14.1概述概述 金属硫化物精矿不经焙烧或烧结焙烧直接生产出金属的熔炼金属硫化物精矿不经焙烧或烧结焙烧直接生产出金属的熔炼方法称为直接熔炼。方法称为直接熔炼。对硫化铅精矿来说对硫化铅精矿来说,这种粒度仅为几十微米的浮选精矿因其微这种粒度仅为几十微米的浮选精矿因其微粒小粒小,比表面积大比表面积大,化学反映和熔化过程都有可能很快进行,充分化学反映和熔化过程都有可能很快进行,充分利用硫化矿粒子的化学活性和氧化热,利用硫化矿粒子的化学活性和氧化热,采用高效、节能、少污染采用高效、节能、少污染
2、的直接熔炼流程处理是合理的。传统的烧结的直接熔炼流程处理是合理的。传统的烧结鼓风炉流程将氧化鼓风炉流程将氧化还原两过程分别在两台设备中进行,存在许多难以克服的弊还原两过程分别在两台设备中进行,存在许多难以克服的弊端。随着能源、环境污染控制以及生产效率和生产成本对冶炼过端。随着能源、环境污染控制以及生产效率和生产成本对冶炼过程的要求越来越严格,传统炼铅法受到多方面的严峻挑战。具体程的要求越来越严格,传统炼铅法受到多方面的严峻挑战。具体说来,传统法有如下主要缺点:说来,传统法有如下主要缺点:(1 1)随着选矿技术的进步,铅精矿品位一般可以达到)随着选矿技术的进步,铅精矿品位一般可以达到60%60%
3、,这样,这样精矿给正常烧结带来许多困难,导致大量的熔剂、反粉或还有炉精矿给正常烧结带来许多困难,导致大量的熔剂、反粉或还有炉渣的加入,将烧结炉料的含量降至渣的加入,将烧结炉料的含量降至40%40%50%50%。送往熔炼的是低品。送往熔炼的是低品位的烧结块,致使每生产位的烧结块,致使每生产1t1t金属就产生金属就产生1t1t多炉渣,设备生产能力多炉渣,设备生产能力大大降低。大大降低。(2 2)1t 1t PbSPbS精矿氧化并造渣可放出精矿氧化并造渣可放出2x102x106 6kJkJ以上的热量,这种能以上的热量,这种能量在烧结作业中几乎完全损失掉,而在鼓风炉熔炼过程中又要另量在烧结作业中几乎完
4、全损失掉,而在鼓风炉熔炼过程中又要另外消耗大量昂贵的冶金焦。外消耗大量昂贵的冶金焦。()铅精矿一般含硫,处理)铅精矿一般含硫,处理t t精铅矿可生产精铅矿可生产.t t硫酸,但烧结焙烧脱硫率只有左右,故硫的回收率往往硫酸,但烧结焙烧脱硫率只有左右,故硫的回收率往往低于,还有左右的硫进入鼓风炉烟气,回收很困难,低于,还有左右的硫进入鼓风炉烟气,回收很困难,容易给环境造成污染。容易给环境造成污染。()流程长,尤其是烧结及其返粉制备系统,含铅物料运转量()流程长,尤其是烧结及其返粉制备系统,含铅物料运转量大,粉尘多,大量散发的铅蒸汽、铅粉尘严重恶化了车间劳动卫大,粉尘多,大量散发的铅蒸汽、铅粉尘严重
5、恶化了车间劳动卫生条件,容易造成劳动者铅中毒。生条件,容易造成劳动者铅中毒。近年来,冶金工作者力图通过近年来,冶金工作者力图通过PbSPbS受控氧化即按反应式受控氧化即按反应式PbS+OPbS+O2 2 Pb+SOPb+SO2 2的途径来实现硫化铅精矿的直接熔炼,以简化生厂流程,降低的途径来实现硫化铅精矿的直接熔炼,以简化生厂流程,降低生产成本,利用氧化反应的热能以降低能耗,产出高浓度的生产成本,利用氧化反应的热能以降低能耗,产出高浓度的SOSO2 2烟气烟气用于制硫,减小对环境污染。但由于直接熔炼产生大量铅蒸汽、铅用于制硫,减小对环境污染。但由于直接熔炼产生大量铅蒸汽、铅粉尘,且熔炼产物不是
6、粗铅含硫高就是炉渣含铅高,致使许多直接粉尘,且熔炼产物不是粗铅含硫高就是炉渣含铅高,致使许多直接熔炼方法都不很成功。熔炼方法都不很成功。冶金工作者通过冶金工作者通过PbPbS SO O系化学势图的研究,找到了获得系化学势图的研究,找到了获得成分稳定的金属铅的操作条件,但也明确指出,直接熔炼要么产出成分稳定的金属铅的操作条件,但也明确指出,直接熔炼要么产出高硫铅,要么形成高铅渣;要获得含硫低的合格粗铅,就必须还原高硫铅,要么形成高铅渣;要获得含硫低的合格粗铅,就必须还原处理含铅高的直接熔炼炉渣。根据金属硫化物直接熔炼的热力学原处理含铅高的直接熔炼炉渣。根据金属硫化物直接熔炼的热力学原理,运用现代
7、冶金强化熔炼的技术,探讨结构合理的冶金反应器,理,运用现代冶金强化熔炼的技术,探讨结构合理的冶金反应器,对直接炼铅进行多种方法的研究,其中有些已经成功地用于大规模对直接炼铅进行多种方法的研究,其中有些已经成功地用于大规模工业生产,显示了直接熔炼的强大生命力。可以预言,直接熔炼将工业生产,显示了直接熔炼的强大生命力。可以预言,直接熔炼将逐渐取代传统法生产金属铅。逐渐取代传统法生产金属铅。4.2 4.2 4.2 4.2 硫化铅精矿直接熔炼的基本原理和方法硫化铅精矿直接熔炼的基本原理和方法硫化铅精矿直接熔炼的基本原理和方法硫化铅精矿直接熔炼的基本原理和方法 4.2.14.2.1直接熔炼的基本原理直接
8、熔炼的基本原理 金属硫化物精矿直接熔炼的特点之一是利用工业氧气金属硫化物精矿直接熔炼的特点之一是利用工业氧气,二是二是采用强化冶炼过程的现代冶金设备采用强化冶炼过程的现代冶金设备,从而使金属硫化物受控氧化熔炼在从而使金属硫化物受控氧化熔炼在工业上应用成为可能。工业上应用成为可能。在铅精矿的直接熔炼中,根据原料主成分在铅精矿的直接熔炼中,根据原料主成分PbSPbS的含量的含量,按照按照PbSPbS氧化发生的基本反应氧化发生的基本反应PbS+OPbS+O2 2=Pb+SO=Pb+SO2 2,控制氧的供给量与控制氧的供给量与PbSPbS的加入的加入量的比例量的比例(简称为氧简称为氧/料比料比),),
9、从而决定了金属硫化物受控氧化发生的程从而决定了金属硫化物受控氧化发生的程度。度。实际上实际上,PbSPbS氧化生成金属铅有两种主要途径:一是氧化生成金属铅有两种主要途径:一是PbSPbS直接氧化生直接氧化生成金属铅,较多发生在冶金反应器的炉膛空间内;二是成金属铅,较多发生在冶金反应器的炉膛空间内;二是PbSPbS与与PbOPbO发发生交互反应生成金属铅,较多发生在反应器熔池中。为使氧化熔炼生交互反应生成金属铅,较多发生在反应器熔池中。为使氧化熔炼过程尽可能脱除硫(包括溶解在金属铅中的硫),有更多的过程尽可能脱除硫(包括溶解在金属铅中的硫),有更多的PbOPbO生生成是不可避免的,在操作上合理控
10、制氧成是不可避免的,在操作上合理控制氧/料比就成为直接熔炼的关料比就成为直接熔炼的关键。键。在理论上,可借助在理论上,可借助PbPb-S-O-S-O系硫势系硫势-氧势化学势图进行讨论。氧势化学势图进行讨论。在图在图4-14-1中,横坐标和纵坐标分别代表中,横坐标和纵坐标分别代表PbPb-S-O-S-O系中的硫势和氧势,系中的硫势和氧势,并用多相体系中硫的平衡分压和氧的平衡分压表示,其对数值分别并用多相体系中硫的平衡分压和氧的平衡分压表示,其对数值分别为为lgPslgPs2 2和和lgPolgPo2 2.图中间一条黑实线(折线)将该体系分成上下两个图中间一条黑实线(折线)将该体系分成上下两个稳定
11、区(又称优势区)。上部稳定区(又称优势区)。上部PbO-PbSOPbO-PbSO4 4为熔盐,代表为熔盐,代表PbSPbS氧化生成氧化生成的烧结焙烧产物。在该区域,随着硫势或的烧结焙烧产物。在该区域,随着硫势或SOSO2 2势增大,烧结产物中的势增大,烧结产物中的硫酸盐增多;图下部为硫酸盐增多;图下部为PbPb-PbSPbS共晶物的稳定区,由于共晶物的稳定区,由于PbPb和和PbSPbS的互的互溶度很大,因此在高温下溶解在金属铅中的溶度很大,因此在高温下溶解在金属铅中的S S含量可在很大范围内含量可在很大范围内变化。变化。如图所示,在低氧势、高硫势条件下,金属铅相中的硫可达如图所示,在低氧势、
12、高硫势条件下,金属铅相中的硫可达13%13%,甚至更高,这就形成了平衡于纵坐标的等硫量(甚至更高,这就形成了平衡于纵坐标的等硫量(S%)S%)线。随着硫势线。随着硫势降低,意味着粗铅中更多的硫被氧化生成降低,意味着粗铅中更多的硫被氧化生成SO2SO2进入气相。在这里,进入气相。在这里,用点实线(斜线)代表二氧化硫的等分压线(用用点实线(斜线)代表二氧化硫的等分压线(用P PSO2SO2表示)。等表示)。等P PSO2SO2线表示在多相体系中存在的平衡反应线表示在多相体系中存在的平衡反应1/2S1/2S2 2+O+O2 2=SO=SO2 2.在一定在一定P PSO2SO2下,体系中的氧势增大,则
13、硫势降低。反之亦然。下,体系中的氧势增大,则硫势降低。反之亦然。4.2.24.2.24.2.24.2.2直接炼铅的方法直接炼铅的方法直接炼铅的方法直接炼铅的方法 硫化铅精矿直接熔炼的方法:硫化铅精矿直接熔炼的方法:1.1.闪速熔炼法:是把精矿喷入灼热的炉膛空间,在悬浮状态下进闪速熔炼法:是把精矿喷入灼热的炉膛空间,在悬浮状态下进行氧化熔炼,然后在沉淀池进行还原和澄清分离,如基夫赛特法行氧化熔炼,然后在沉淀池进行还原和澄清分离,如基夫赛特法2.2.熔池熔炼法:是把精矿直接加入鼓风翻腾的熔体中进行熔炼,熔池熔炼法:是把精矿直接加入鼓风翻腾的熔体中进行熔炼,如如QSLQSL法、水口山法、奥斯麦特法和
14、艾萨法等。法、水口山法、奥斯麦特法和艾萨法等。按照闪速熔炼和熔池分类的硫化铅精矿直接熔炼的各种方法概括按照闪速熔炼和熔池分类的硫化铅精矿直接熔炼的各种方法概括起来列于起来列于 表表-。熔池熔炼法除了此表列出的底吹和顶吹法外,正在试验中瓦纽可熔池熔炼法除了此表列出的底吹和顶吹法外,正在试验中瓦纽可夫法,是一种侧吹的熔池熔炼法。夫法,是一种侧吹的熔池熔炼法。直接熔炼铅方法的优点:直接熔炼铅方法的优点:()硫化精矿的直接熔炼取代了氧化烧结焙烧与鼓风炉还原熔()硫化精矿的直接熔炼取代了氧化烧结焙烧与鼓风炉还原熔炼两过程,冶炼工序减少,流程缩短,免除了返粉破碎和烧结车炼两过程,冶炼工序减少,流程缩短,免
15、除了返粉破碎和烧结车间的铅粉、铅尘和间的铅粉、铅尘和SOSO2 2烟气污染,劳动卫生条件大大改善,设备投烟气污染,劳动卫生条件大大改善,设备投资减少。资减少。()运用闪速熔炼或熔池熔炼的方法,采用富氧或氧气熔炼,()运用闪速熔炼或熔池熔炼的方法,采用富氧或氧气熔炼,强化了冶金过程。由于细粒精矿直接进入氧化熔炼体系,充分利强化了冶金过程。由于细粒精矿直接进入氧化熔炼体系,充分利用了精矿表面巨大活性,反应速度快,加速了反应器中气用了精矿表面巨大活性,反应速度快,加速了反应器中气-液液-固固物料之间的传热传质。充分利用了硫化精矿氧化反应发热值,实物料之间的传热传质。充分利用了硫化精矿氧化反应发热值,
16、实现了自热或基本自热熔炼。能耗低,生产率高,设备床能率大,现了自热或基本自热熔炼。能耗低,生产率高,设备床能率大,余热利用好。余热利用好。()氧气或富氧熔炼的烟气()氧气或富氧熔炼的烟气SOSO2 2浓度高,硫的利用率高。浓度高,硫的利用率高。()由于熔炼过程得到强化,可处理铅品位波动大、成分复()由于熔炼过程得到强化,可处理铅品位波动大、成分复杂的各种铅精矿以及其他含杂的各种铅精矿以及其他含PbPb、ZnZn的二次物料,伴生的各种有的二次物料,伴生的各种有价元素综合回收好。价元素综合回收好。基夫赛特法炼铅基夫赛特法炼铅基夫赛特法炼铅基夫赛特法炼铅(KivcetKivcetKivcetKivc
17、et法法法法)前苏联有色金属科学研究院从六十年代开始研究开发的直接炼铅前苏联有色金属科学研究院从六十年代开始研究开发的直接炼铅工艺,八十年代用于大型工业生产,工艺,八十年代用于大型工业生产,19861986年初在哈萨克斯坦的乌年初在哈萨克斯坦的乌斯季斯季卡缅诺尔斯克建成基夫赛特法炼铅厂。卡缅诺尔斯克建成基夫赛特法炼铅厂。19861986年意大利威斯姆港铅锌厂购买其专利建成处理炉料年意大利威斯姆港铅锌厂购买其专利建成处理炉料600t/d600t/d铅铅厂厂(KSS(KSS厂厂),目前在生产。,目前在生产。19961996年底,加拿大科明科公司年底,加拿大科明科公司120000t/a120000t
18、/a粗铅的基夫赛特炼铅厂投粗铅的基夫赛特炼铅厂投产成功,目前在生产。产成功,目前在生产。基夫赛特炉结构图基夫赛特炉结构图(1 1)生产过程)生产过程 干燥后的硫化铅精矿、细粒焦炭、熔剂和工业氧(干燥后的硫化铅精矿、细粒焦炭、熔剂和工业氧(95%95%)一起喷入反应塔,在一起喷入反应塔,在1300140013001400的氧化气氛中,硫化铅精矿在悬的氧化气氛中,硫化铅精矿在悬浮状态下完成氧化脱硫和熔化过程,生成粗铅、高铅炉渣和含浮状态下完成氧化脱硫和熔化过程,生成粗铅、高铅炉渣和含SOSO2 2的烟气,并放出大量热。由于氧气的烟气,并放出大量热。由于氧气-精矿的喷射速度达精矿的喷射速度达1001
19、00120m/s120m/s,炉料的氧化、熔化和形成初步的粗铅、炉渣熔体仅在,炉料的氧化、熔化和形成初步的粗铅、炉渣熔体仅在2 23s3s内完成。内完成。当焦炭通过约当焦炭通过约4m4m高的反应塔空间时,被灼热的炉气加热,但高的反应塔空间时,被灼热的炉气加热,但由于精矿粒度细,着火温度低,先于焦炭燃烧。焦炭在反应塔下由于精矿粒度细,着火温度低,先于焦炭燃烧。焦炭在反应塔下落过程中仅有落过程中仅有10%10%左右被燃烧。左右被燃烧。焦炭密度小,落在反应塔下方的沉淀池熔体上面形成赤热焦炭密度小,落在反应塔下方的沉淀池熔体上面形成赤热的焦炭层,这就像炼铅鼓风炉风口区的焦炭层一样,将含有一的焦炭层,这
20、就像炼铅鼓风炉风口区的焦炭层一样,将含有一次粗铅和高铅炉渣的熔体进行过滤,使高铅渣中的次粗铅和高铅炉渣的熔体进行过滤,使高铅渣中的PbOPbO被还原出被还原出金属铅来,故称为焦炭过滤层。在这里,约有金属铅来,故称为焦炭过滤层。在这里,约有80%80%90%90%的氧化的氧化铅被还原。铅被还原。(2 2)化学反应)化学反应在基夫赛特炉的反应塔内由上到下分为氧化脱硫、熔炼造渣和在基夫赛特炉的反应塔内由上到下分为氧化脱硫、熔炼造渣和焦滤还原三个基本过程。焦滤还原三个基本过程。氧化反应氧化反应(反应塔空间内)反应塔空间内)PbS+1.5O2 PbO+SO2+420KJZnS+1.5O2 ZnO+SO2
21、+441KJFeS+1.5O2 FeO+SO2+426KJPbS+O2 Pb+SO2+202KJPbS+2PbO3Pb+SO2-217KJPbSO4 3PbO+SO2+0.5O2-304KJ还原反应(焦炭过滤层)还原反应(焦炭过滤层)PbO+CO Pb+CO2+82.76KJPbO+C Pb+CO-108.68KJ CO2+C 2CO-165.8KJ基夫赛特工艺流程基夫赛特工艺流程基夫赛特工艺流程基夫赛特工艺流程石英石英石英石英铅精矿铅精矿铅精矿铅精矿二次铅料二次铅料二次铅料二次铅料石灰石石灰石石灰石石灰石配配配配 料料料料干干干干 燥燥燥燥破碎筛分破碎筛分破碎筛分破碎筛分基基基基 夫夫夫夫
22、赛赛赛赛 特特特特 炉炉炉炉焦炭焦炭焦炭焦炭干燥干燥干燥干燥纯氧纯氧纯氧纯氧竖炉烟气竖炉烟气竖炉烟气竖炉烟气竖竖竖竖 烟烟烟烟 道道道道余热锅炉余热锅炉余热锅炉余热锅炉电电电电 收收收收 尘尘尘尘烟气净化烟气净化烟气净化烟气净化SOSO2 2烟气烟气烟气烟气(送制酸)(送制酸)(送制酸)(送制酸)电炉烟气电炉烟气电炉烟气电炉烟气后燃烧室后燃烧室后燃烧室后燃烧室余热锅炉余热锅炉余热锅炉余热锅炉热交换器热交换器热交换器热交换器布袋收尘布袋收尘布袋收尘布袋收尘铅锌烟尘铅锌烟尘铅锌烟尘铅锌烟尘(送锌厂)(送锌厂)(送锌厂)(送锌厂)粗粗粗粗 铅铅铅铅精精精精 炼炼炼炼炉炉炉炉 渣渣渣渣水淬或烟化水淬或
23、烟化水淬或烟化水淬或烟化铅冰铜铅冰铜铅冰铜铅冰铜(回收铜)(回收铜)(回收铜)(回收铜)工 艺 流 程 演 示原材料仓库及配料工序尾矿渣尾矿渣 硫化物硫化物 滤渣滤渣金精矿金精矿 银精矿银精矿 铅精矿铅精矿 氧化锌氧化锌浸出渣浸出渣银浮银浮选矿选矿石英砂石英砂石灰石石灰石粉媒粉媒混料胶带输送机混料胶带输送机电动桥式抓斗起重机电动桥式抓斗起重机原料仓原料仓混合料(去干燥)混合料(去干燥)干燥及球磨工序工 艺 流 程 演 示回转干燥窑回转干燥窑混合料合格炉料(去熔炼)合格炉料(去熔炼)自配料自配料散落料散落料去二级布袋收尘去二级布袋收尘烟气烟气干物料干物料烟尘烟尘(去熔炼去熔炼)烟烟气气电电收收尘
24、尘器器旋旋涡涡收收尘尘器器干式球磨机干式球磨机基夫赛特熔炼工序工 艺 流 程 演 示合格炉合格炉料料 竖炉烟气竖炉烟气(去余热回收)(去余热回收)电炉区烟气电炉区烟气(去余热回收)(去余热回收)炉渣层炉渣层焦炭过滤层焦炭过滤层粗铅层粗铅层电电 炉炉反应竖炉反应竖炉直升烟道直升烟道电电极极电电极极电电极极焦焦炭炭焦焦炭炭粗铅(去精炼)粗铅(去精炼)渣渣氧气氧气水水淬淬水淬渣水淬渣送送渣渣场场4个给料烧嘴氧气牛鼻隔墙余热利用及烟气收尘工序工 艺 流 程 演 示辐辐射射段段下下降降段段对流锅炉对流锅炉蒸汽包蒸汽包烟烟气气(去去制制酸酸)烟尘(返熔炼)烟尘(返熔炼)竖竖炉炉烟烟气气电收尘器电收尘器电电
25、炉炉烟烟气气辐辐射射段段下下降降段段对流锅炉对流锅炉蒸汽包蒸汽包复燃段复燃段一级布袋收尘器一级布袋收尘器二级布袋收尘器二级布袋收尘器烟气(自回转干燥窑)烟气(自回转干燥窑)烟尘(送锌系统)烟尘(送锌系统)废废气气(排排空空)基夫赛特炉电炉基夫赛特炉电炉基夫赛特炉电炉基夫赛特炉电炉 焦炭溜子水冷水套铬镁砖氮气密封粗铅炉渣3根电极铬镁砖强制鼓风冷却炉膛炉膛中心线热膨胀调节用弹簧加载摇摆器石墨砖铬铝砖对流锅炉下降段蒸汽包直升烟道可拆卸板电炉反应竖炉辐射段原料水槽图7基夫赛特余热锅炉主要技术经济指标主要技术经济指标 1 1、炉料含水、炉料含水 1%1%2 2、干燥强度、干燥强度 35kg/m35kg/
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