高铅渣还原清洁炼铅试验研究.pdf

2 0 1 3 年第9 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／] y s y l ．b g r i m m ．c n 7 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 3 ．0 9 ．0 0 3 高铅渣还原清洁炼铅试验研究 范艳青，张登高，蒋训雄，汪胜东，蒋伟，冯林永，刘巍 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 1 6 0 摘要对底吹氧化炉产出的高铅渣进行了固体还原剂煤的还原试验，主要考察煤比、还原温度、还原时 间、钙硅比、铁硅比等对还原的影响。并对不同还原渣的密度、熔点等进行测定。结果表明，优化的工艺 参数为煤比3 ．2 5 ％～3 ．5 0 ％、还原温度12 2 5 ℃、还原时间3 0r a i n 。在上述还原条件下，渣中铅含量小 于2 ％，锌8 5 ％富集在渣中。 关键词高铅渣；粗铅；还原；煤 中图分类号T F 8 1 2文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 3 0 9 0 0 0 7 - 0 4 S t u d yo nR e d u c t i o nE x p e r i m e n to fL e a d r i c hS l a g F A NY a h q i n g ，Z H A N GD e n g g a o ，J I A N GX u n x i o n g ，W A N GS h e n g d o n g ， J I A N GW e i ，F E N GL i n - y o n g ，L I UW e i B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 1 6 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h er e d u c t i o no fl e a d r i c hs l a gf r o mo x i d a t i o nb o t t o mb l o w i n gf u r n a c ew a sc o n d u c t e db ya d d i n g c o a l ．T h ee f f e c t so fr a t i oo fc o a lt ol e a d - r i c hs l a g ，r e d u c t i o nt i m ea n dt e m p e r a t u r e ，a n dr a t i oo fC a O ／S i 0 2 a n dF e ／S i O zo nr e d u c t i o nw e r es t u d i e d ．T h el e a dc o n t e n ti ns l a gi sb e l o w2 ％a n dz i n cc o n t e n ti ns l a gi sa b o v e8 5 ％u n d e rt h eo p t i m u mc o n d i t i o n si n c l u d i n gc o a lr a t i oo f3 ．2 5 ％～3 ．5 0 ％a tr e d u c t i o nt e m p e r a t u r eo f 12 2 5 ℃f o r3 0r a i n ． K e yw o r d s l e a d r i c hs l a g ；c r u d el e a d ；r e d u c t i o n ；c o a l 传统的烧结焙烧一鼓风炉还原熔炼流程[ 1 七1 存 在一些弊端，越来越多的冶金专家和学者致力于探 讨新的炼铅方法，克服原来传统炼铅法的缺点，实现 清洁生产。目前，研究最为广泛的是直接炼铅法。 常见的直接炼铅法有氧气底吹直接熔炼法 简称 Q S L 法 、水口山氧气底吹炼铅法 简称S K S 法 、 卡尔多炉熔炼法 氧气顶吹转炉法 、基夫赛特熔炼 法和闪速炼铅法口3 等。直接炼铅法取消了烧结工 序，从根本上解决烧结低浓度S O 。、烟尘的污染和治 理问题[ 4 ] 。 氧气底吹得到的高铅渣的物相主要以硅酸铅为 主，可达5 0 ％以上，氧化铅则相对减少。研究表明， 收稿日期2 0 1 3 0 5 2 7 基金项目国家高技术研究发展计划 8 6 3 计划 项目 2 0 1 1 A A 0 6 1 0 0 2 作者简介范艳青 1 9 7 5 一 ，女，河南洛阳人，高级工程师，硕士． 富铅渣主要以液相形式与碳反应，液相的形成是还 原反应快速进行的必要条件嘲。由于固体氧化铅和 液体氧化铅都是易还原的氧化物，而熔融高铅渣又 有利于硅酸铅的还原，所以液态渣还原比固态渣容 易进行‘6 | 。 1试验原料与方法 高铅渣成分分析结果 ％ P b5 1 ．6 7 、F e 1 2 ．4 0 、C u0 ．3 7 、Z n7 ．9 3 、S i 0 29 ．6 1 、C a O1 ．6 3 、A s 0 ．8 6 、S0 ．2 9 。还原剂为固体无烟煤，含水分 2 ．2 2 ％、灰分1 4 ．8 8 ％、挥发分7 ．5 5 ％、固定碳 7 5 ．3 5 ％、全硫0 ．7 2 ％，高位发热量2 9 ．5 4M J ／k g 。 万方数据 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 3 年第9 期 高铅渣与还原剂煤、熔剂石灰石、亚铁盐类以及 石英混合均匀后，装入 5 0m m 1 1 0m m 的氧化铝 坩埚中，在高温炉中升温到设定温度并保持一定时 间后，冷却、称重、磨细和取样分析。针对高铅渣原 料，主要考察不同工艺参数条件下金属铅、锌的走 向，并确定合理的还原参数和渣型。 2 结果与分析 2 ．1 还原剂煤用量 试验条件高铅渣4 0 0g ，温度12 5 0 ℃，时间6 0 r a i n 。考察还原剂无烟煤用量对高铅渣的还原效 果，结果见图1 。 术 ＼ 姆 掣 国 哩 捌 图1还原剂煤比对还原效果的影响 F i g ．1 E f f e c to fc o a lr a t i oo nr e d u c t i o n 由图1 可知，随着煤比的增加，铅渣的失重率增 大，表明高铅渣中的各种氧化物被还原程度增强。 渣中的铅、锌含量逐渐降低；金属块中铅回收率随着 煤比的增加而增加。而还原渣中锌的回收率随着煤 比增加而降低，尤其是煤比在3 ．5 0 ％以后，锌由于 挥发进入烟气使还原渣中锌含量降低。 试验表明，在煤比3 ．2 5 ％时，还原渣中铅含量 2 ．4 1 ％，此时铅回收率为9 8 ．1 1 ％，锌回收率为 8 5 ．1 9 ％。在煤比3 ．5 0 ％时，还原渣中铅含量 1 ．4 8 ％，此时铅回收率为9 8 ．8 6 ％，锌回收率仅为 8 2 ．9 1 ％。综合考虑，煤比选择3 ．2 5 ％～3 ．5 0 ％。 2 ．2 还原温度 试验条件高铅渣4 0 0g ，煤比3 ．2 5 ％和 3 ．5 0 ％，时间6 0r a i n 。还原温度对高铅渣还原效果 的影响见图2 。 从图2 可看出，随着还原温度的升高，铅回收率 稍有增加，且煤比3 。5 0 ％比3 。2 5 ％的铅回收率稍 高，表明高煤比有利于铅的还原；锌回收率降低比较 明显，且煤比3 ．5 0 ％的锌回收率比3 ，2 5 ％的低。这 零 、 祷 娶 苴 图2 还原温度对金属回收率的影响 F i g ．2 E f f e c to fr e d u c t i o nt e m p e r a t u r e o nm e t a lr e c o v e r y 是由于温度升高增加了锌的挥发，高煤比也增加了 锌的挥发。综合考虑，还原温度选择12 2 5 ℃。 2 ．3 还原时间 试验条件高铅渣4 0 0g ，温度12 2 5 ℃，煤比 3 ．2 5 ％和3 ．5 0 ％，还原时间对金属回收率的影响见 图3 。 袋 、 醑 掣 凰 图3 还原时间对金属回收率的影响 F i g 。3 E f f e c to fr e d u c t i o nt i m eo n m e t a lr e c o v e r y 图3 表明，在12 2 5 ℃时，随着还原时间的延 长，铅回收率稍有增加，且煤比3 ．5 0 ％比3 ．2 5 ％的 铅回收率稍高；锌的回收率稍有降低，且煤比 3 ．5 0 ％比3 ．2 5 ％的锌回收率低。综合考虑渣含铅 和锌回收率，选择还原时间为3 0m i n 。 2 ．4 钙硅比C a O ／S i 0 2 高铅渣中C a O ／S i O 。一0 ．1 7 ，F e O ／S i 0 。一1 ．6 6 均为质量比 ，相对传统渣型，钙硅比较低。因此配 入碳酸钙来提高还原渣的钙硅比，考察不同渣型的 影响，结果见图4 。试验条件高铅渣4 0 0g ，煤比 3 ．5 0 ％，温度12 5 0 ℃，时间6 0m i n 。 万方数据 2 0 1 3 年第9 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／] y s y l ．b g r i r n m ．c n 9 图4C a O ／S i O 对金属回收率的影响 F i g ．4 E f f e c to fC a O ／S i 0 2o nm e t a lr e c o v e r y 由图4 可知，在12 5 0 ℃还原时，随着钙硅比的 增加，渣中铅含量逐渐升高，铅回收率稍有降低，同 时锌回收率基本不变化。钙硅比增加使渣的熔点增 高，使铅金属回收率降低，同时也增加了还原渣量。 因此建议不添加碳酸钙，保持还原渣低的钙硅比。 2 ．5 铁硅比F e o ／S i 0 2 试验条件高铅渣4 0 0g ，温度12 5 0 ℃，时间6 0 m i n ，利用亚铁盐类调整渣中铁硅比，铁硅比对金属 回收率的影响见图5 。 从图5 可看出，在12 5 0 ℃时，随着铁硅比的增 加，铅回收率基本不变，而锌回收率略有降低。因此 建议不添加亚铁盐类，保持还原渣的铁硅比。 水 、 瓣 警 直 图5F e O ／S i O 对金属回收率的影响 F i g ．5 E f f e c to fF e O ／S i 0 2o nm e t a lr e c o v e r y 2 ．6 还原综合条件试验 综合上述单因素还原试验结果，确定高铅渣还 原的优化工艺参数为还原剂煤比3 ．2 5 ％～ 3 ．5 0 ％、还原温度12 2 5 ℃、还原时间3 0m i n 。在上 述条件下，得到的还原渣的钙硅比约为0 ．2 ，铁硅比 约为1 ．7 。此时，渣中铅含量小于2 ％，锌8 5 ％富集 在渣中，利于后续挥发回收。 3 还原渣的物化性能 3 ．1 化学成分及密度 在12 2 5 ℃还原6 0m i n 时，不同煤比条件下还 原渣的物化性能见表1 。 表1 还原渣的化学成分及密度 T a b l e1C h e m i c a lc o m p o s i t i o n sa n dd e n s i t yo fr e d u c t i o ns l a g 编号密度／ k g m3 P b ／％ F e ／％ C u ／％Z n ／％S i 0 2 ／％C a O ／％ 高铅渣 Y p b 一1 Y p b 一2 Y r ，b - 3 Y p b 一4 Y p b 一5 Y p b 一6 Y p h 一7 由表1 可知，随着煤比的增加，即还原剂煤用量 的增加，还原渣的密度逐渐降低。渣中铅含量明显 降低，铜含量呈现逐渐降低趋势，表明铅、铜进入金 属相。还原渣中铁、锌含量逐渐增加，硅、钙含量也 逐渐增加。 3 ．2X R D 分析 对不同还原渣进行了X R D 分析，结果如下。 高铅渣的主要物相是P b Z n S i O 。和Z n F e 。O 。，煤比 1 ．5 ％ Y p b 一2 还原渣的主要物相是F e 。O 。、P b 、 Z n 。S i 0 。，煤比3 ．0 ％ Y p b 一5 还原渣的主要物相是 F e 、M n z S i 0 4 、P b 、Z n 2 S i 0 4 。煤比3 ．0 ％还原渣的 X R D 谱见图6 。 由此可知，渣中铅主要有硅酸盐相转变为金属 铅，锌主要有铁酸锌转变为硅酸锌相；铁主要由铁酸 锌经过铁氧化物相F e 。O 。，最后转变为硅酸盐相 F e 、M n 。S i 0 。。最终还原渣中的铅主要是金属铅， 铁、锌富集在渣中，主要生成硅酸盐相。 3 ．3 熔化性能 对原料高铅渣和不同煤比还原条件下还原渣进 行了熔化性能的测定，结果见图7 。 鸲∞舵弘加的n 钓 L a ；m n “ “ ” O O O O 2 5 0 6 7 1 7 6 7 6 4 3 3 3 1 1 O 0 O O O 0 O O 0 0 O O 0 6 O 8 4 7 7 8 4 1 1 4 4 O 3 4 2 5 8 2 5 9 9 9 ；90 2 ，o 9 - 2盯蛆L盘∞融勰u雏 n n n 加豇互L 8 7 1 9 4 9 2 4 5 7 5 9 3 8 9 8 0 4 9 6 3 l O O 6 5 4 4 4 4 4 4半篙篇篡姗 万方数据 1 0 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 3 年第9 期 2 13 4 I lⅫ“7 08 { 吼l 2 e { t t 、 图6 煤比3 ％还原后渣的X R D 谱 F i g ．6 X R Dp a t t e r no fr e d u c t i o ns l a g b ，r3 ％c o a lr a t e 0 j ．5I ． J【S2 f2S3 f J354 煤比，％ 图7不同煤比下还原渣的熔化性能 F i g 。7M e l t i n gp r o p e r t i e so fr e d u c t i o ns l a g w i t hd i f f e r e n tc o a lr a t i o 由图7 知，随着煤比增加，即还原的程度增大、 渣中铅含量的降低，渣的变形温度、软化温度、半球 温度和流动温度逐渐升高。煤比1 ．5 ％以后还原渣 的熔点明显升高。因此，提高温度有利于还原反应 的进行。 4结论 1 优化后的还原工艺条件为还原剂煤比 3 ．2 5 ％～3 ．5 0 ％、还原温度12 2 5 ℃、还原时间3 0 m i n ，得到的还原渣的钙硅比约为0 ．2 ，铁硅比约为 1 ．7 。此时，渣中铅含量小于2 ％，锌8 5 ％富集在还 原渣中。 2 还原过程中，高铅渣中的铅主要由硅酸盐相 转变为金属铅，锌主要由铁酸锌转变为- 硅酸锌相；铁 主要由铁酸锌经过铁氧化物F e 。O 。相，最后转变为 硅酸盐相 F e 、M n 。S i C 。。还原渣中的铅主要是金 属铅，铁、锌生成硅酸盐相富集在渣中。 3 随着还原的程度增加、渣中铅含量的降低，渣 的变形温度、软化温度、半球温度和流动温度呈逐渐 升高趋势。 参考文献 [ 1 ] 铅锌冶金学编委会．铅锌冶金学[ M ] ．北京科学出版 社，2 0 0 3 2 0 ． [ 2 ] 李贵．铅氧气底吹熔炼新工艺[ J ] ．中国有色金属，2 0 0 8 5 6 8 6 9 ． [ 3 3 王成彦，郜伟，尹飞．国内外铅冶炼技术现状及发展趋势 [ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 2 4 1 - 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