CN112695206A - 一种粗铅火法精炼除铜剂、制备方法及应用 - Google Patents

一种粗铅火法精炼除铜剂、制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种粗铅火法精炼除铜剂、制备方法及应用，除铜剂，按质量分数计包括：硫铁矿50‑70％，硫磺10‑30％，硅酸盐水泥1％‑20％，铁粉5％‑20％；制备方法包括：按比例称取硫铁矿、硫磺、硅酸盐水泥和铁粉，搅拌混合均匀制得除铜剂；应用包括：将除铜剂加入到粗铅熔液中，充分搅拌反应，形成漂浮在铅液中的除铜渣，去除粗铅熔液中的铜杂质。本发明的除铜剂可有效去除粗铅液中的杂质铜，降低除铜渣中的含铅量，提高铅直收率；同时，该除铜剂加入铅液中基本不产生SO2，减少对环境的污染。

Description

一种粗铅火法精炼除铜剂、制备方法及应用
技术领域
本发明涉及铅冶炼技术领域，具体涉及一种粗铅火法精炼除铜剂、制备方法及应用。
背景技术
原生铅和再生铅熔炼生产的粗铅，需经过火法精炼除杂后制成阳极板，进入电解精炼工序。火法精炼首先需要除掉其中的杂质元素铜，传统的除铜方法有熔析除铜和硫化除铜；熔析除铜是利用铜在铅中的溶解度随温度降低而降低，除掉部分铜，熔析除铜的极限值为0.06％，只能用于初步除铜；硫化除铜是通过加入硫磺和铜反应生成Cu2S，Cu2S密度小于铅液，上浮至铅液上层渣相，从而和铅液分离。
在硫化除铜过程中，由于硫磺易燃，加入铅液中会迅速燃烧，产生大量SO2烟气，污染环境，降低利用率；并且，硫磺和铅反应产生硫化铅，进入渣层，导致除铜渣中含铅量高，降低铅液中铅金属的直收率。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种粗铅火法精炼除铜剂、制备方法及应用，该除铜剂可有效去除粗铅液中的杂质铜，降低除铜渣中的含铅量，提高铅直收率；同时，该除铜剂加入铅液中基本不产生SO2，减少对环境的污染。
本发明第一目的在于提供一种粗铅火法精炼除铜剂，按质量分数计，包括：
硫铁矿50-70％；
硫磺10-30％；
硅酸盐水泥1％-20％；
铁粉5％-20％。
作为本发明的进一步改进，按质量分数计，包括：
硫铁矿55-65％；
硫磺15-25％；
硅酸盐水泥5％-15％；
铁粉10％-15％。
作为本发明的进一步改进，按质量分数计，包括：
硫铁矿60％；
硫磺20％；
硅酸盐水泥10％；
铁粉10％。
作为本发明的进一步改进，所述硫铁矿经破碎、筛分、干燥处理，得到粒径为20-50μm、含水量<0.8％的粉末。
作为本发明的进一步改进，所述硫磺为片状硫磺或粉末状硫磺，含水量<0.5％。
作为本发明的进一步改进，所述硅酸盐水泥包括CaO、SiO2和FeO，用于在除铜过程中进行造渣。
作为本发明的进一步改进，所述铁粉的粒径<40μm。
本发明的第二目的在于提供一种上述除铜剂的制备方法，包括：
按比例称取硫铁矿、硫磺、硅酸盐水泥和铁粉，搅拌混合均匀制得除铜剂。
本发明的第三目的在于提供一种上述除铜剂的应用，包括：
将所述除铜剂加入到粗铅熔液中，充分搅拌反应，形成漂浮在铅液中的除铜渣，去除粗铅熔液中的铜杂质。
作为本发明的进一步改进，
所述除铜剂加入量为粗铅中铜质量的1-2倍；
所述除铜剂的加入温度为340-360℃；
所述除铜剂的反应搅拌时间为30-60min。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明利用硫铁矿和硫磺协同反应、利用硅酸盐水泥造渣以及利用铁粉置换充分降低渣含铅，充分去除粗铅液中的杂质铜，可将粗铅中的铜含量除至0.001％以下；其降低除铜渣中的含铅量，提高铅直收率，避免了产生SO2烟气污染环境，提高了除铜效果，减少了除铜过程中的铅损失，提高了经济效益。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面对本发明做进一步的详细描述：
本发明提供一种粗铅火法精炼除铜剂，按质量分数计，包括：
硫铁矿50-70％；
硫磺10-30％；
硅酸盐水泥1％-20％；
铁粉5％-20％。
优选为，按质量分数计，包括：
硫铁矿55-65％；
硫磺15-25％；
硅酸盐水泥5％-15％；
铁粉10％-15％。
进一步优选为，按质量分数计，包括：
硫铁矿60％；
硫磺20％；
硅酸盐水泥10％；
铁粉10％。
在上述除铜剂中，本发明的硫铁矿需经破碎、筛分、干燥处理，得到粒径为20-50μm、含水量<0.8％的粉末；本发明通过对硫铁进行破碎、筛分、干燥处理，以增大硫铁矿的比表面积，提高硫铁矿与铅液中杂质铜反应速率。
在上述除铜剂中，本发明的硫磺为片状硫磺或粉末状硫磺，含水量<0.5％；以增大硫磺的比表面积，提高硫磺与铅液中杂质铜反应速率。
在上述除铜剂中，本发明的硅酸盐水泥包括CaO、SiO2和FeO，硅酸盐水泥在除铜过程中主要起造渣作用，硅酸盐水泥可使除铜过程中产生的除铜渣密度和黏度降低，从而和铅液充分分离，有效降低除铜渣含金属铅，提高铅直收率。
在上述除铜剂中，本发明的铁粉的粒径<40μm；以增大铁粉的比表面积，提高铁粉与在除铜反应过程中反应速率。
基于上述除铜剂的配方，本发明除铜剂的制备方法，包括：
按比例称取硫铁矿、硫磺、硅酸盐水泥和铁粉，搅拌混合均匀制得除铜剂。
基于上述除铜剂的配方，本发明除铜剂的应用，包括：
将除铜剂加入到粗铅熔液中，充分搅拌反应，形成漂浮在铅液中的除铜渣，去除粗铅熔液中的铜杂质；其中，
除铜剂加入量为粗铅中铜质量的1-2倍；进一步，当粗铅中铜浓度偏高，可提高添加倍数，这样既保证了除铜效果，又不过量造成不必要的浪费；
除铜剂的加入温度为340-360℃，上述反应温度接近于粗铅熔点，可降低粗铅中的铜的溶解度；
除铜剂的反应搅拌时间为30-60min，通过充分搅拌使除铜剂充分反应，提高除铜效率。
本发明的除铜剂去除粗铅溶液中杂质铜的反应原理为：
1)、本发明的硫铁矿主要成分为FeS2，在反应过程中，FeS2先受热分解为FeS和单质S；由于，S和Cu的亲和力大于S和Fe的亲和力，FeS和Cu反应生成Cu2S，由于Cu2S在铅液中的密度小，Cu2S会进入渣层和铅液分离；生成的单质S，先和Pb反应生产PbS，PbS和Cu反应生成Cu2S，Cu2S进入渣层从而和铅液分离，上述涉及的主要反应为：
2FeS2→2FeS+2S
FeS+2Cu→Cu2S+Fe
S+Pb→PbS
PbS+2Cu→Cu2S+Pb
2)、本发明的硫磺可进一步和粗铅溶液中的铜反应，以充分除去粗铅中的铜，由于铅为主体金属，硫磺先和铅接触反应生成PbS，由于S和Cu的亲和力大于S和Pb的亲和力，PbS进一步和Cu反应生成Cu2S，Cu2S上浮至渣层和铅液分离，涉及到的主要反应为：
S+Pb→PbS
PbS+2Cu→Cu2S+Pb
3)、本发明的硅酸盐水泥主要成分为CaO、SiO2、FeO，在除铜过程中主要起造渣作用，硅酸盐水泥可使除铜过程中产生的除铜渣密度和黏度降低，从而和铅液充分分离，有效降低除铜渣含金属铅，提高铅直收率。
4)、本发明除铜剂组分中的铁粉可与渣中的PbS反应，进一步降低渣含铅。除铜过程中反应生产的过量PbS会进入渣中，造成渣含铅高，降低铅直收率，铁粉和PbS反应，置换出其中的Pb，降低渣含铅，提高铅直收率，涉及到的反应为：
PbS+Fe→FeS+Pb
本发明的除铜剂的组分的设计原理为：
1、单纯的硫磺加入会漂浮在表面和空气接触燃烧产生SO2，本发明将硫磺与硫铁矿、硅酸盐水泥、铁粉混合，且将硫磺的占比降低至10～30％，当除铜剂加入铅液中，由于其他物质的包裹会使硫磺隔绝空气作用，进而阻止硫磺直接和空气接触燃烧损失，提高硫磺的利用率。
2、本发明添加50％-70％的硫铁矿，采用硫铁矿作为主要除铜物质，利用硫铁矿中的硫和铅液中铜结合除去铜，之所以采用硫铁矿作为主要除铜物质，一方面是因为硫铁矿中含有50％左右的硫元素，和铜反应不产生SO2烟气，另一方面，是因为硫铁矿价格便宜，物料来源广泛。
3、本发明添加10-30％的硫磺作为除铜的补充物质，在硫铁矿无法将铅液中的铜除到要求的范围内时作为进一步去除；而硫磺为硫单质，和铅液中的铜更易反应结合，可更进一步提高除铜效率。
4、本发明添加5％-15％硅酸盐水泥，是为了提高除铜渣和铅液分离效果，含量过高会增大渣量，反而带走更多的铅，含量过少对除铜渣黏度及密度改变效果不明显。
5、本发明添加5％-20％的铁粉，是根据渣中含铅量来确定的铁粉添加量，保证降铅效果，由于铁铅不相溶，少部分过量铁粉不会溶解到铅液中造成铅含铁超标。
6、铅液的密度约10.5g/cm3，远远大于其他物质，黄铁矿和硅酸盐水泥等混合物都会上浮进入渣层，从铅、铁二元合金相图可知，铁、铅不相溶，在340-360℃的温度下，铁粉以固体形态漂浮于铅液上表层。硅酸盐中的水泥Ca、Si都以氧化态存在，在铅液中是无法被还原成单质而进入到铅液中。
7、本发明以硫铁矿为主要除铜物质，辅以单质硫磺，提高除铜效果，同时添加少量硅酸盐水泥作为造渣剂，改变铅液和除铜渣之间表面和界面张力，降低两者直接结合力，提高铅液和除铜渣分离效果，降低除铜渣含金属铅，减少夹带导致的铅金属损失。并添加少量铁粉，利用铁粉置换出除铜渣中的硫化铅中的铅，进一步降低渣含铅。从单质铅和化合物铅全方位入手，全面降低渣含铅，提高铅回收率。
实施例1
本发明提供一种粗铅火法精炼除铜剂，按质量分数计，组分如下：硫铁矿50％、硫磺30％、硅酸盐水泥5％、铁粉15％。
制备方法包括：硫铁矿经破碎、筛分、干燥为粒径为20-50μm，含水量<0.8％的粉末和其他几种原料按上述比例充分混合均匀，制得除铜剂。
应用包括：熔化粗铅并取样化验含铜量，根据粗铅重量及含铜量计算粗铅中总含铜量；铅液温度340℃时，加入总含铜量1倍除铜剂，搅拌30min，取样化验，铅含Cu0.0009％，渣含Pb52.6％。
实施例2
本发明提供一种粗铅火法精炼除铜剂，按质量分数计组分如下：硫铁矿60％、硫磺20％、硅酸盐水泥10％、铁粉10％。
制备方法包括：硫铁矿经破碎、筛分、干燥为粒径为20-50μm，含水量<0.8％的粉末和其他几种原料按上述比例充分混合均匀，制得除铜剂。
应用包括：熔化粗铅并取样化验含铜量，根据粗铅重量及含铜量计算粗铅中总含铜量；铅液温度350℃时，加入总含铜量1.5倍除铜剂，搅拌40min，取样化验，铅含Cu0.0007％，渣含Pb51.2％。
实施例3
本发明提供一种粗铅火法精炼除铜剂，按质量分数计组分如下：硫铁矿70％、硫磺10％、硅酸盐水泥15％、铁粉5％。
制备方法包括：硫铁矿经破碎、筛分、干燥为粒径为20-50μm，含水量<0.8％的粉末和其他几种原料按上述比例充分混合均匀，制得除铜剂。
应用包括：熔化粗铅并取样化验含铜量，根据粗铅重量及含铜量计算粗铅中总含铜量；铅液温度360℃时，加入总含铜量2倍除铜剂，搅拌50min，取样化验，铅含Cu0.0008％，渣含Pb52.1％。
除此之外，还包括如下实施例：
实施例4
本发明提供一种粗铅火法精炼除铜剂，按质量分数计组分如下：硫铁矿55％、硫磺25％、硅酸盐水泥5％、铁粉15％。
实施例5
本发明提供一种粗铅火法精炼除铜剂，按质量分数计组分如下：硫铁矿65％、硫磺15％、硅酸盐水泥10％、铁粉10％。
对比例1
熔化粗铅并取样化验含铜量，根据粗铅重量及含铜量计算粗铅中总含铜量。
铅液温度340℃时，加入总含铜量1倍的硫磺，搅拌30min，取样化验，铅含Cu0.0035％，渣含Pb73.5％。
对比例2
熔化粗铅并取样化验含铜量，根据粗铅重量及含铜量计算粗铅中总含铜量。
铅液温度350℃时，加入总含铜量1.5倍的硫磺，搅拌40min，取样化验，铅含Cu0.0027％，渣含Pb72.4％。
对比例3
熔化粗铅并取样化验含铜量，根据粗铅重量及含铜量计算粗铅中总含铜量。
铅液温度360℃时，加入总含铜量2倍的硫磺，搅拌50min，取样化验，铅含Cu0.0022％，渣含Pb71.8％。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种粗铅火法精炼除铜剂，其特征在于，按质量分数计，包括：
硫铁矿50-70％；
硫磺10-30％；
硅酸盐水泥1％-20％；
铁粉5％-20％。
2.如权利要求1所述的除铜剂，其特征在于，按质量分数计，包括：
硫铁矿55-65％；
硫磺15-25％；
硅酸盐水泥5％-15％；
铁粉10％-15％。
3.如权利要求2所述的除铜剂，其特征在于，按质量分数计，包括：
硫铁矿60％；
硫磺20％；
硅酸盐水泥10％；
铁粉10％。
4.如权利要求1～3中任一项所述的除铜剂，其特征在于，所述硫铁矿经破碎、筛分、干燥处理，得到粒径为20-50μm、含水量<0.8％的粉末。
5.如权利要求1～3中任一项所述的除铜剂，其特征在于，所述硫磺为片状硫磺或粉末状硫磺，含水量<0.5％。
6.如权利要求1～3中任一项所述的除铜剂，其特征在于，所述硅酸盐水泥包括CaO、SiO2和FeO，用于在除铜过程中进行造渣。
7.如权利要求1～3中任一项所述的除铜剂，其特征在于，所述铁粉的粒径<40μm。
8.一种如权利要求1～7中任一项所述的除铜剂的制备方法，其特征在于，包括：
按比例称取硫铁矿、硫磺、硅酸盐水泥和铁粉，搅拌混合均匀制得除铜剂。
9.一种如权利要求1～7中任一项所述的除铜剂的应用，其特征在于，包括：
将所述除铜剂加入到粗铅熔液中，充分搅拌反应，形成漂浮在铅液中的除铜渣，去除粗铅熔液中的铜杂质。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，
所述除铜剂加入量为粗铅中铜质量的1-2倍；
所述除铜剂的加入温度为340-360℃；
所述除铜剂的反应搅拌时间为30-60min。
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