CN102102152A - 富铅渣还原炼铅的方法 - Google Patents

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王吉坤
张文海
董英
章晓波
戴曦
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Abstract

本发明提供了一种富铅渣还原炼铅的方法，其步骤为向反应容器中的熔融态富铅渣鼓入富氧气体与粉煤；向反应容器鼓入氮气；向反应容器中的熔融态富铅渣中加入硫化铅精矿，得到金属铅和炉渣。富铅渣中的“铅”主要以氧化铅形式存在，在熔融态下，加入硫化铅精矿后，氧化铅与硫化铅发生交互还原反应，最终得到铅。进一步地，硫化铅精矿的加入量为按照化学反应式计算而得的理论量的0.9-1.5倍，可以保证还原熔炼时交互反应的充分进行，提高金属铅的产率。本发明所提供的方法，具有节约能源、成本低廉、环境友好、含量可控的特点。

Description

富铅渣还原炼铅的方法
技术领域
本发明涉及有色金属铅的冶炼方法，尤其是涉及一种以熔融态富铅渣利用交互反应冶炼铅的方法。
背景技术
上世纪末，我国炼铅工艺仍以传统的烧结-鼓风炉还原熔炼工艺为主。随着环保政策的日益严格，传统的烧结-鼓风炉还原炼铅技术逐渐被新的直接熔炼方法所取代，如顶吹浸没熔炼法(TST法)、氧气底吹炼铅法(QSL法)、底吹-鼓风炉炼铅工艺(SKS法)等。
但是，对于直接熔炼方法，如TSL法、QSL法、SKS法等，以及闪速熔炼工艺如基夫赛特法，为了得到低硫铅，形成的渣都是高铅渣，即渣中的含铅量大，从而造成铅的浪费。
为了回收高铅渣中的铅，传统上有两种不同的工艺路线，一种是对熔融富铅渣采用焦炭或粉煤直接还原，另一种是将富铅渣熔融体冷却铸块后用鼓风炉进行还原。两种方法不仅消耗大量的碳质还原剂，还产生大量低硫烟气，使生产过程因能耗增加和治理污染而提高生产成本。
因此，需要提供一种耗能低、成本低、环境友好、可控性好的高铅渣处理方法，以提高铅的冶炼效率、降低能耗、减轻对环境的污染。
发明内容
为解决上述至少一个技术问题，本发明提供了一种富铅渣还原炼铅的方法，该方法具体包括如下步骤：向反应容器中的熔融态富铅渣鼓入富氧气体与粉煤；向反应容器鼓入氮气；和向反应容器中的熔融态富铅渣中加入硫化铅精矿，得到金属铅和炉渣。
根据本发明的实施方式之一，上述反应过程中，所述反应容器内的反应温度为1000℃-1300℃。
在上述方法中，富铅渣中的“铅”主要以氧化铅(PbO)形式存在，在熔融态下，加入硫化铅(PbS)精矿后，氧化铅与硫化铅发生交互还原反应，即：
PbS+2PbO＝＝＝3Pb+SO2
最终得到铅。反应过程中伴随富氧气体鼓入的粉煤，遇到熔融态富铅渣会持续燃烧放热，使得反应体系的温度保持在1000℃-1300℃。因此反应过程中不需要另外加热，大大节约了能源。同时，鼓入的氮气和富氧气体一起，起到搅拌作用，促进反应物的充分接触，加速反应，缩短反应时间。通常20～100分钟反应即可完成。
根据本发明的一方面，本发明所提供的方法中，富铅渣中的含铅量大约为10-50wt％。熔融态富铅渣通常来自于，但不限于，强化熔池熔炼工艺或闪速熔炼工艺过程所产生的熔融态富铅渣。硫化铅精矿可以为浮选精矿，其含铅量通常为45-60wt％。
根据本发明的实施方式之一，所述硫化铅精矿经制粒后加入所述熔融态的富铅渣中。也可以将所述硫化铅精矿经粉碎后喷吹入所述熔融态的富铅渣中。
硫化铅精矿经制粒或粉碎后，可以增加与熔融态的富铅渣的接触面积，使得反应更加充分而迅速。
根据本发明的实施方式之一，上述方法中所述富氧气体的含氧量为21-40vol％。反应体系中鼓入的气体中必须含有足够的氧含量，以保证鼓入的气体中有足够的氧气可以支持掺入粉煤的充分燃烧；另一方面鼓入的气体中氧气的含量又不能过高，如果氧含量过高，会破坏整个反应的还原气氛，使得还原熔炼时的交互反应不能顺利进行。
根据本发明的另一实施方式，利用本发明所提供方法对富铅渣还原炼铅后，所得炉渣可进一步用于烟化处理，进行炉渣中残余锌等有色金属的冶炼。
进一步地，根据本发明的实施方式之一，本发明所提供的方法中，所述硫化铅精矿的加入量为按照下述化学反应式计算而得的理论量的0.9-1.5倍：
PbS+2PbO＝＝＝3Pb+SO2
通过控制熔融反应体中氧化铅和硫化铅的适当比例，在良好的动力学反应条件下，可以保证还原熔炼时交互反应的充分进行，提高金属铅的产率，避免原料的浪费。
本发明所提供的富铅渣还原炼铅的方法，是利用交互反应对熔融态的富铅渣进行还原，本方法具有如下优点：
(1)反应过程中不需要加入大量的焦炭等碳质还原剂，也不需要将富铅渣重新铸块后用鼓风炉还原，因而大大节约了能源，降低了加工成本；
(2)反应过程中利用了现有炼铅工艺过程中得到的熔融态富铅渣的自身热度，达到粉煤的燃点，足以使得加入的粉煤与氧气燃烧而保持整个反应体系的适当温度，不需要额外供热，因而进一步节约了能源，降低了生产成本；
(3)相对于现有技术中对高铅渣的处理工艺，本发明所提供方法的反应过程中烟气的排放大大减少，因而明显降低了对环境的污染；
(4)通过计算和调整硫化铅精矿的加入量，可以实现炉渣中最终铅含量的控制。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例之一的富铅渣还原炼铅方法的流程示意图；
图2为根据本发明实施例之一的富铅渣还原炼铅方法的设备工艺流程示意图。
图中主要标号的含义如下：
1球磨机；
2反应器。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
下面参考图1、图2描述根据本发明实施例的利用富铅渣还原炼铅的方法。
如图所示，首先反应器2中的熔融态富铅渣可以来自于现有技术中常用的铅冶炼过程中所产高铅渣，这些冶炼方法可以为但不限于强化熔池熔炼工艺，如TSL法、QSL法、SKS法等，以及闪速熔炼工艺，如基夫赛特法等。富铅渣中的铅含量通常为10～50wt％。
浮选所得的硫化铅精矿加入球磨机1进行研磨，得到硫化铅精矿粉，例如可以磨成90％过0.044mm筛的细矿粉。硫化铅精矿还可以经过制粒工序，形成硫化铅精矿粒。硫化铅精矿中铅的含量通常为45-60wt％。将硫化铅精矿粉喷入到含有熔融态富铅渣的反应器2中，或者是制粒后的硫化铅精矿加入到熔融态的富铅渣中。
同时将掺有粉煤的富氧气体鼓入反应器2中，当粉煤遇到熔融态的富铅渣时会与富氧气体中的氧气发生燃烧反应，燃烧过程中所释放出的热量可以保持反应器2内的温度为1000～1300℃，因而反应过程中，不需要外来持续加热。富氧气体中氧含量通常为21～40vol％，既可以保证粉煤能充分燃烧，同时又不会破坏整个反应的还原气氛，使得还原熔炼时的交互反应能够顺利进行。
为了实现反应物的充分混合，保持反应器2内良好的动力，向反应器2内鼓入氮气，与富氧气体一同，起到搅拌作用，促进反应物的充分接触，加速反应，缩短反应时间。反应器2内硫化铅和氧化铅通过交互还原反应而得到金属铅，反应时间大约需要20～100分钟。
本发明所提供的富铅渣还原炼铅的方法，对反应环境的压力没有过高要求，常压和高压下均可进行。
充分反应后得到金属铅产品和可供进一步烟化处理的炉渣。所得炉渣中金属铅的含量已经极少，但有时根据矿石来源的不同，有些矿渣中还含有较高含量的金属锌等其他有色金属。因此可以进一步地将所得炉渣进行烟化反应，从中提取锌等成分。反应过程中还原熔炼所产烟气还可直接用于制酸，实现资源的充分利用并减少环境污染。
根据本发明的实施方式之一，可以通过调整反应物的比例来实现还原熔炼时交互反应的充分进行，提高金属铅的产率，避免原料的浪费。反应器2中硫化铅精矿的加入量为按照交互还原化学反应式计算而得的理论量的0.9-1.5倍。硫化铅和氧化铅的交互还原化学反应式如下所示：
PbS+2PbO＝＝＝3Pb+SO2
例如当熔融态富铅渣中PbO的含量大约为10t时，根据反应式，加入的硫化铅精矿中PbS的含量应该大约为5t。那么根据本发明所提供的方法，反应器2中实际加入的硫化铅精矿中PbS的含量应该大约为4.5～7.5t，在此比例范围内，富铅渣和硫化铅精矿的反应较为充分，出铅率较高。
下面描述根据本发明的富铅渣还原炼铅的方法的具体实施方式。
实施例一
在本实施例中，将TSL法所得的含铅量为15wt％的熔融态富铅渣中加入硫化铅精矿。选用的硫化铅精矿主要成份如下(wt％)：
Pb       S        SiO2     Fe      CaO     Zn
57.21    18.85    2.44     9.34    1.86    3.93
将制粒后的硫化铅精矿按理论量的1.3倍加入熔融富铅渣中。同时粉煤伴随氧含量为21vol％的富氧气体鼓入反应器，保持反应器内温度在1200℃。鼓入氮气进行搅拌。还原反应时间60分钟，产出金属铅和炉渣，其炉渣含铅1.85wt％。
实施例二
在本实施例中，将QSL法所得含铅量为25wt％的熔融态富铅渣中加入硫化铅精矿。选用的硫化铅精矿主要成份如下(wt％)：
Pb    S       SiO2    Fe     CaO    Zn
55    21.7    1.4     6.8    0.8    8.25
将制粒后的硫化铅精矿按理论量的1倍加入熔融富铅渣中。同时粉煤伴随氧含量为30vol％的富氧气体鼓入反应器，保持反应器内温度在1200℃。鼓入氮气进行搅拌。还原反应时间80分钟，产出金属铅和炉渣，其炉渣含铅1.5wt％。
实施例三
在本实施例中，将SKS法所得含铅量为10wt％的熔融态富铅渣中加入硫化铅精矿。选用的硫化铅精矿主要成份如下(wt％)：
Pb    S    SiO2    Fe    CaO    Zn
60    16.5    2.1    4.76    1.5    5.8
将粉碎后的硫化铅精矿粉按理论量的1.5倍加入熔融富铅渣中。同时粉煤伴随氧含量为35vol％的富氧气体鼓入反应器，保持反应器内温度在1300℃。鼓入氮气进行搅拌。还原反应时间100分钟，产出金属铅和炉渣，其炉渣含铅0.9wt％。
实施例四
在本实施例中，将基夫赛特法所得含铅量为50wt％的熔融态富铅渣中加入硫化铅精矿。选用的硫化铅精矿主要成份如下(wt％)：
Pb    S     SiO2    Fe     CaO    Zn
54    18    1.4     6.2    0.8    4.5
将粉碎后的硫化铅精矿按理论量的1倍加入熔融富铅渣中。同时粉煤伴随氧含量为40vol％的富氧气体鼓入反应器，保持反应器内温度在1250℃。鼓入氮气进行搅拌。还原反应时间30分钟，产出金属铅和炉渣，其炉渣含铅1.9wt％。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种富铅渣还原炼铅的方法，包括如下步骤：
向反应容器中的熔融态富铅渣鼓入富氧气体与粉煤；
向反应容器鼓入氮气；和
向反应容器中的熔融态富铅渣中加入硫化铅精矿，得到金属铅和炉渣。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应容器内的反应温度为1000℃-1300℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述熔融态富铅渣的含铅量为10-50wt％。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述熔融态富铅渣为强化熔池熔炼工艺或闪速熔炼工艺过程所产生的。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述硫化铅精矿为浮选精矿，含铅量为45-60wt％。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述硫化铅精矿经制粒后加入或粉碎后喷吹入所述熔融态的富铅渣中。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述富氧气体的含氧量为21-40vol％。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述炉渣进一步用于烟化处理。
9.根据权利要求1所述的方法，其反应时间为20～100分钟。
10.根据权利要求1-9所述的方法，其中所述硫化铅精矿的加入量为按照下述化学反应式计算而得的理论量的0.9-1.5倍：
PbS+2PbO＝＝＝3Pb+SO2
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