硫酸渣中铅物相的还原脱除行为.pdf

2 0 1 5 年第2 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 9 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 5 ．0 2 ．0 0 3 硫酸渣中铅物相的还原脱除行为 陈栋，费嘉，钟胜奎 苏州大学沙钢钢铁学院，江苏苏州，2 1 5 0 2 1 摘要在9 5 0 ～11 0 0 ℃，通过模拟硫酸渣的高温氯化还原焙烧过程，考察了铅的氧化物和硅酸盐的还原 脱除行为。结果表明，还原过程中，铅的氧化物和硅酸盐均能被有效脱除；铅的氧化物比其硅酸盐更容 易被还原脱除；还原气氛对球团中铅的还原脱除影响菲常显著，强还原气氛对硫酸渣中铅的脱除有利。 关键词硫酸渣；氧化铅；硅酸铅；还原脱除 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 5 0 2 一o 0 0 9 一0 3 R e m o V a lB e h a V i o r so fL e a dP h a s ei nP y r i t eC i n d e rd u r i n gR e d u c t i o n C H E ND o n g ，F E IJ i a ，Z H O N GS h e n g k u i S h a g a n gS c h o o lo fI r o na n dS t e e l ，S o o c h o wU n i v e r s i t y ，S u z h o u2 15 0 21 ，J i a n g s u ，C h i n a A b s t r a c t R e m o v a lb e h a v i o u ro fl e a do x i d ea n dl e a ds i l i c a t ea tt h et e m p e r a t u r er a n g eo f9 5 0 ～11 0 0 ℃w a s i n v e s t i g a t e dt os i m u l a t eh i g ht e m p e r a t u r ec h l o r i n a t i 。n r e d u c t i o nr o a s t i n gp r o c e s so fp y r i t ec i n d e r ． T h e r e s u l t ss h o wt h a tl e a do x i d ea n d1 e a ds 订i c a t ec a nb er e m o v e de f f e c t i v e l yd u r i n gr e d u c t i o n ．I t i se a s i e rt o r e m o v e1 e a do x i d et h a nt or e m o v e1 e a ds i l i c a te ．I na d d i t i o n ，r e d u c i n ga t m o s p h e r ei si m p o r t a n tt or e m o v e l e a dd u r i n gr e d u c t i o n ，i nt h a ts t r o n gr e d u c i n ga t m o s p h e r ei si nf a v o ro fl e a dr e m o v a li np y r i t ec i n d e r ． 1 【e yw o r d s p y r i t ec i n d e r ；l e a do x i d e ；l e a ds i l i c a t e ；r e d u c t i o nr e m o v a l 硫酸渣是硫铁矿高温焙烧后的副产物，其物化 性能和天然铁矿差别较大，矿物的嵌布关系和赋存 状态复杂，且铁品位较低，有色金属含量高，国内堆 存量已达上亿吨[ 1 ] 。这些硫酸渣不仅占用耕地而且 污染环境[ 2 ] 。通常采用传统的湿法、火法技术处 理[ 3 。] ，其铁品位仍然较低、有色金属无法有效去除。 只有少量的硫酸渣用于制备水泥、制砖、铺路、辅助 添加剂等凹曲] 。 近年来，硫酸渣作为炼铁原料得到广泛应 用口”1 1 ] ，但是由于其铁品位低、有色金属含量高，只 能少量应用于烧结矿或者球团矿中。鉴于硫酸渣的 特点，作者开发了高温氯化一还原焙烧法，成功制备 出铁品位高、有色金属含量低的预还原球团[ 12 | 。 然而由于硫酸渣中存在大量铁、硅和铝等的化 合物，其中的有色金属主要以氧化物、硫化物、硅酸 盐和铁酸盐的形式存在。其中铅主要以氧化物和硅 酸盐的形式存在。目前，对于硫酸渣体系中铅物相 的还原行为还不是十分明确。因此，本文考察了还 原制度和还原气氛等对硫酸渣体系中铅化合物还原 脱除的影响。 1 原料性能及研究方法 本文采用化学纯试剂进行硅酸铅和氧化铅的还 原挥发行为研究。硫酸渣的化学成分见文献[ 1 3 。14 1 ， 先将化学纯试剂加水混匀后制成西1 0m m ～1 2 ．5 m m 的球团，化学成分见表1 。湿球团在干燥箱中 1 0 5 ℃鼓风干燥4h ，然后在管炉11 2 5 ℃预热1 0 m i n ，冷却后进行还原试验。 收稿日期2 0 1 4 0 9 2 7 基金项目江苏省青年基金项目 B K 2 0 1 4 0 3 3 7 ；苏州大学青年教师自然科学基金项目 S D Y 2 0 1 3 A 1 3 作者简介陈栋 1 9 8 3 一 ，男，浙江诸暨人，博士，讲师． 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 5 年第2 期 还原试验步骤[ 14 | 在西3 5m m 8 0m m 的石英 管内装入1 0g 预热球团并通入氮气进行保护 流量 1 0 0L ／h ，然后将石英管放人动力学竖炉内加热至 设定球团温度时按2 0 0L ／h 通人不同C O 浓度的还 原气体进行还原，还原到预定时间后迅速将石英管 从竖炉内取出并冷却，同时通人1 0 0L ／h 的氮气进 行保护，以防止样品氧化，记下还原前后球团的质量 m 。和“ z 。，并分析还原前后球团的化学成分。 还原球团铅脱除率的计算公式如下 R 。 M o m o M 。m 。 ／ M 0 m o 1 0 0 式中，R 。为还原过程中铅的脱除率 ％ ；M o 为 预热球团中铅的含量 ％ ；仇。为预热球团的质量 g ；舰为还原球团中铅的含量 ％ ；优。为还原球 团的质量 g 。 2 结果和分析 2 ．1 还原温度的影响 在9 5 ％C O 5 ％C O 。组成的还原气氛中，不同 温度还原2 0m i n 后铅的脱除率如图1 所示。 图1 还原温度对铅脱除率的影响 F 喀1 E f f e c to ft 嘲1 p e m t u r e 帆I e a dr e m o v a lr a t e 由图1 可知，铅的脱除率随还原温度的升高大 幅增加，还原温度显著影响铅的还原脱除。 图2 为C O 还原铅氧化物和硅酸盐的平衡气相 组成与温度的关系曲线。 从图2 可见，P b S i 0 。和P b O 均极易被还原为 金属铅，而P b O 比P b S i O 。更易被C O 还原，这与试 验结果一致。热力学计算表明，随着温度的升高， 图2C O 还原铅氧化物和硅酸盐的平衡气相 组成与温度的关系 n 昏2R d a t i m 幅h i pk 炯V e e r lr e d u c t i o nt e m p e r a t m t a n dg a sp h a s ee q u i l i b r i u mc o m p o s i t i o no fl e a d o x i d e sa n ds i l i c a t e sr e d u c e db yC O P b S i O 。和P b 0 更难被还原，但试验结果显示，温度 升高铅脱除率反而增加。这是因为，还原温度升高 降低了液相P b S i O 。和P b O 的黏度，增加了液相的 流动性和液相中C O 的溶解度，改善了动力学条件， 使得还原反应更易进行；此外，根据文献[ 1 5 ] 的结 果，在试验温度范围内，P b S i O 。和P b O 的还原受化 学反应控制，升高温度有利于铅的脱除。 2 ．2 还原时间的影响 在9 5 ％C O 5 ％C O 。组成的还原气氛中，11 0 0 ℃还原不同时间后铅的脱除率如图3 所示。 图3 表明，以P b S i 0 。相和P b O 相存在的铅的 脱除率都随还原时间的延长而大幅增加，在同等条 件下，以P b O 相存在的铅的脱除率都比P b S i O 。相 的大，且在高C O 浓度和高温条件下，只要还原时间 足够长，二者中的铅均能被有效除去。说明在还原 过程中，硫酸渣中的铅能被有效去除。 2 ．3 还原气氛的影响 在不同C O 浓度下11 0 0 ℃还原2 0m i n 时铅的 脱除率如图4 所示。 由图4 可知，C O 浓度显著影响铅的脱除，铅的 脱除率随C O 浓度的升高而显著增加。图2 的结果 显示，在11 0 0 ℃还原P b S i O 。和P b O 所需的C 0 浓 度分别仅为o ．9 4 ％和o ．1 2 ％。文献[ 1 4 ] 的研究结 万方数据 2 0 1 5 年第2 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i mm ．c n 1 1 攀 、 料 篮 型 积 还坂时问／m i n 图3 还原时间对铅脱除率的影晌 F 喀3E ∞e c to fr e d u c t i o nt i I mo nl e a dr e m o v a lr a t e 1 【J 8 J 零 鑫6 喾 毒 裴4 ’ 2 0 J 日P b S j O 。 ．圆P b O 陷縻 5 19 5 c O 浓度肠 图4 还原气氛对铅脱除率的影响 F i g ．4 E f f e c to fr e d u c i n ga t m o s p h e r eo n l e a dr e m o v a lr a t e 果表明，当C O 浓度为1 0 ％和5 0 ％时，球团内 F e 。O 。和F e 晶粒发生再结晶，导致其结构致密， 孔隙率减小，阻碍了金属铅的挥发和C O 的扩散，降 低了铅的脱除率。H u s s a i n 等[ 1 6 ] 的试验结果也显 示，当C O 浓度低于5 0 ％时，球团内孔隙率下降可 导致铅脱除率显著下降。而球团内C 0 浓度较高 时，其内部孔隙率也较高，此时其内部金属铅的挥发 和C O 气体的扩散较容易发生，因此铅的脱除率较 高。此外，高浓度的C O 有利于其在球团内扩散，这 也促进了铅脱除率的增加。综上所述，C 0 浓度对 还原后球团的孔隙率影响显著，从而影响铅化合物 的还原和金属铅的挥发。 3结论 还原焙烧法是脱除硫酸渣中铅的有效方法之 一。在还原焙烧过程中，以氧化物形式存在的铅比 以硅酸盐形式存在的铅更容易被还原脱除。还原气 氛对球团内部的结构和孔隙率影响较大，在强还原 气氛中，铅化合物较容易被还原脱除。 参考文献 [ 1 ] 张汉泉，路漫漫，胡定国．硫酸渣磁化焙烧一磁选提铁 降硫[ J ] ．武汉工程大学学报，2 0 1 2 ，3 4 1 0 1 5 1 8 ． [ 2 ] G i u n t iM ，B a r o n iD ，B a c c iE ．H a z a r da s s e s s m e n tt o w o r k e r so ft r a c em e t a lc o n t e n ti np y r i t ec i n d e r s [ J 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，l e a df r o mi r o ni nm e t a l l u r g i c a l s l a ga n dp y r i t ec i n d e r p a r t1 1 a b o r a t o r ys c a I et e s t [ J ] ． M i n e r a lP r o c e s s i n ga n dE x t r a c t i v eM e t a l l u r g y T r a n s ． I n s t ．M i nM e t a l l ．C ，2 0 1 2 ，1 2 1 2 7 9 8 5 ． [ 1 3 ] Z h uD ，C h e nD ，P a nJ ，e ta I ．“0 n es t e p ”t e c h n o l o g yt o s e p a r a t ec o p p e r ，z i n c ，l e a d f o r mi r o ni n m e t a l l u r g i c a l s l a ga n dp y r i t ec i n d e r p a r t2 一p i l o tt e s t [ C ] ／／H w a n gJ Y ，D r e l i c hJW ，D o w n e yJP ，e ta l ，2 n dI n t e r n a t i o n a l S y m p o s i u mo nH i g h T e m p e r a t u r eM e t a l l u r g i c a lP r o c e s s i n g ．U n i t e dS t a t e so fA m e r i c a ，W I L E Y ，2 0 1 1 1 5 1 1 6 0 ． [ 1 4 ] 陈栋．含多金属硫酸渣制备预还原球团工艺及机理研 究[ D ] ．长沙中南大学，2 0 1 2 ． [ 1 5 ] 彭容秋．铅锌冶金学[ M ] ．北京科学出版社，2 0 0 3 1 1 9 1 2 1 ． [ 1 6 ] H u s s a i nMM ，M o r r i sDR ． K i n e t i c so fr e d u c t i o no f l e a dm i n e r a I sa n dc o m 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