CaO_SiO2比率对富铅渣还原反应的影响研究.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年4 期 5 。 C a O ／S i 0 2 比率对富铅渣还原反应的影响研究 杨钢1 ”，赵宝军3 ，王吉坤2 ，P e t e rH a y e s 3 1 ．昆明理工大学材料与冶金工程学院，昆明6 5 0 0 9 3 ；Z ．云南冶金集团总公司科技都，昆明6 5 0 0 5 1 ； 3 ．昆士兰大学火法研究中心，布里斯本4 0 7 2 ，澳大利亚 擒要制备不同C a 0 ／S i 晓比率的富铅渣，在实验室竖管炉中用石墨坩埚进行还原反应对比试验研究． 结果表明，不同C a 0 ／S i 0 。比率的富铅渣在不同温度条件下与碳反应．在8 0 0 ℃时．气体生成量随C a O 与 S i o z 比率的增加而逐渐地增加，在l2 0 0 ℃时，不同C a 0 ／S i 0 。比率渣样的气体生成量趋于相同。 关键词富铅渣；C a 0 ／S i 0 2 ；石墨；还原反应 中图分类号T F 8 l Z文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 8 0 4 一0 0 0 5 0 3 S t u d yo fD i f f e r e n tB e h a V i o u r sb e t w e e nL e a d r i c hS l a g s a n dS i n t e rd u r i n gR e d u c t i o n Y A N GG a n 9 1 ”，Z H A 0B a o - j u n 3 ，W A N GJ i k u n 2 ，H A Y E SP e t e r 3 1 ．K u n m i 丑gU n i v e r s i t yo fS d e n c ea n dT e c h n o l o g y ，K u n m i n g6 5 0 0 9 3 ，C b i n 8 ， 2 ．S c i e n c ea n dT e c h n o l o g yD e p a r t m e I t ，Y u n n a nM e t a l l u r g i c a lG r o u p ，K u l m i a g6 5 0 0 5 1 ，C h i n B ； 3 ．P y r o m e t a l l u r g yR e s 啦r c hc e m 托，t h eU a i v e r s i t yo fQ u e e n s l a n d ，B r i 5 b 8 I e 。Q M4 0 7 2 ，A m t r 宣王i 8 A b s t r 孔t k d r i c hs I a g sc 0 删n i n gd i f f e r e n tC a 0 ／S i Qr 撕oh a v eb e e np r 印a r e di nl a b o r a t o 珥R e d u c t i o ne x p e r i m e n t sh a v eb e 朗∞n d u c t e di nav e n i c a lt u b ef 1 1 r r l a c eu s i n gg r a p h i t ec r u c i b l et oc o m p a r et h ed i f f e r e n tb e h a 、，i o u r So f I e a d - r i c hs l a gc o n t a i n i n gd i f f e r e n tC a O ／S i 2r a d oa t 1 i f f e r e n tt e m p e r a t u r ef r o mt h er e a c t i o n 、 ，i t hc a r b o l l ．I tw a s f o u n dt h a ta t8 0 0 ℃t h eg a se v o l u t i o ni si n c r e a s e d 谢t hi n c r e 勰i n gC a O ／S i o br a t i oi ns l a g ，a n da t12 0 0 ℃t h es l a g s 耐如d i f f e r e n tC a o ／S i 0 2r a t i o st e n dt oh a v et h e 锄eg a sv o l 哪ee v o l 、砒 融y 帅r d s I 七a d - r i c hs l a g s ；C a O ／S i 0 2 ；G r a p h i t e ；R e d u c t i o n 云南冶金集团总公司把国际先进的富氧顶吹氧 化熔炼 艾萨熔炼 技术与自行设计的鼓风炉还原技 术进行集成创新，形成了新的粗铅冶炼生产线，取代 传统的烧结鼓风炉生产工艺[ 1 ] 。既解决了由于 烧结焙烧过程严重污染环境和高能耗的问题，又避免 了铅精矿“富氧顶吹熔炼”还原段存在的不足。艾萨 熔炼炉产出粗铅和富铅渣，富铅渣再进入鼓风炉进行 还原炼铅，富铅渣在鼓风炉熔炼时需添加石灰石和河 沙以提高熔炼效率口] 。为筛选富铅渣鼓风炉熔炼时， 最佳C a o ／S i 0 2 添加比率，对添加不同C a o ／S 醯比 率的富铅渣进行还原研究。 1 试验 1 ．1 渣样的选择和制备 按工业富铅渣的成分，选定1 。渣样。将1k g 由 纯P b O 、z n O 、F e 2 q 、C a C O 。和S i 0 2 粉末制备的块状 混合物放入一个氧化铝一硅酸盐坩埚中。 为确保试验具有很好重现性，试验用富铅渣是利 用实验室规模的艾莎熔炼炉在空气环境下制备。 模拟鼓风炉工作条件，采用不同C a 0 ／S i 0 2 比率 的富铅渣与石墨的还原反应进行对比研究。通过测 定反应过程中生成气体量确定富铅渣还原反应进行 基金项目云南省国际合作项目 2 ∞3 G H 0 4 作者简介杨钢 1 9 5 9 一 ，男，云南昆明人，博士研究生．高级工程师 万方数据 6 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年4 期 的程度，以及各样品之间与碳反应的差异。 用x - 射线荧光 Ⅺ强 分析仪测定合成渣1 。的 实体成分为 ％ [ 3 叫] P b O5 1 ．8 、z n O1 1 ．4 、№0 3 1 7 。o 、C a 06 ．7 、s i Q1 1 ．9 、她0 31 ．3 。可以看出合成 渣1 0 中的C a O ／S i 0 2 O ．5 6 。 为评估c a O ／s i 0 2 比率和微量成分对富铅渣还 原反应的影响，在1 * 渣样中分别加入不等量的C a O 和S i 0 2 ，在空气环境下放入氧化铝坩埚中熔化而制得 二种新渣样2 。和3 8 ，这些渣样的Z n O ／F e 20 3 ／P b 0 比率相同，但C a O ／S i Q 不同，其中2 3 渣样C a o ／S i 0 2 O ．3 8 、S i Q ／F 岛Q 1 ．0 4 ，3 0 渣样C a O ／S i 0 2 O ．8 0 、S i Q ／F 包0 3 一O ．7 0 。 1 ．2 还原试验 还原试验在一个内径为1 9m m 的氧化铝反应管 中进行。 将纯石墨制作的坩埚由炉底送入反应管中，并固 定在一个平台上。平台是由热电偶氧化铝护套支撑 着一个开口向下的氧化铝坩埚构成。用一个P t ／P t - 1 3 ％R h 型热电偶检测试验样料的温度，通入高纯氩 气排除反应管中的空气。炉子加热至预先设定的温 度后，将托着石墨坩埚的平台升到氧化铝管的高温 区。当坩埚升至高温段时，停止吹氩气，并将反应系 统密封。由炉顶向坩埚加入5 ．o og 料样，料样与石 墨坩埚一接触，便立即开始反应。通过测量所排出水 的质量，可测得反应中所产生的C o ／C 0 2 气体量。在 氩气环境下将料样和坩埚降至炉子的低温区，反应便 停止C s 一7 J 。 2 试验结果与讨论 2 ．1C 如I ／s i Q 的比率对气体生成量的影响 分别将C a O 和S i 0 2 添加到1 。渣样内，以评估 C a O ／S i Q 的比率对气体生成量的影响。在设定的温 度下，C a O ／S i 0 2 比率为o ．3 8 2 ‘ ，0 ．5 6 1 ’ 和 O ．8 0 3 8 的渣样随反应时间的变化所产生气体量 的对比图如图1 所示。 4 “’ 一3 ‘ l l E 量2 l m o1 0 0 I ‘X J 【2 麒卜3 “x J4 ‘X ‘ O R e 牡6 0 nn m e ，暑 l ‘X x 2 X m3 “m 4 X m R e 础i o n “仃屺，s R c a c n o nc i n e ，s 图l 不同温度C 酬S 醯比率对富铅渣在石墨坩埚中所产生气体量的影响 №lE l 钕t so fC 幻／鳓晓髓廿。帆g 笛e v o l I I t i 伽o fl 翰士r i 出s I a gi I Ig r a p | I i t e 饥l c i b I ea td i m 棚t 锄I 耻髓t u 弛 瑚 咖 ㈨ ㈣ 鲫 J暑、警lnlo譬o 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年4 期 7 ‘ 从图l 可以看出 1 8 0 0 ℃时，气体生成量随 C a O ／S i O 比率的增加而逐渐增加； 2 9 0 0 ℃和 1o o O ℃时，C a O ／S i 0 2 比率为O ．5 6 和0 ．8 0 的渣， 气体生成量大体相同，但远高于C a O ／S i O 比率为 o ．3 8 渣的气体生成量； 3 11 0 0 ℃时，C a O ／S i O 。比 率为o ．8 0 的渣，气体生成量高于C a O ／S i 0 比率为 4 0 亳∞ 善2 0 ’ 兽 l O 9 mlf X 】0Il I mI2 0 0 T e m p e r a t u r c ，℃ 4 0 0 ．3 ‘ 0 E 窖 三涨I o o l 0 O ．3 8 和O ．5 6 的渣； 4 12 0 0 ℃时，不同C a O ／S i 0 2 比率渣样的气体生成量趋于相同。 2 ．2 温度和反应时间的影响 在设定的反应时间里，随温度变化，不同C a O ／ S i O z 比率渣样随反应时间的变化所产生气体量的 对比图见图2 。 9 【X ’l X Ⅺl1 0 0I2 ‘幻 T c m p 咖耐℃ 拽 09 “，1 ‘X X II 1 0 0l2 ‘X ， T e 唧∞t u 耐℃ 图2C a O ／S i 0 2 比率对富铅渣在石墨坩埚中反应不同时间所产生气体量的影响 F i g ．2 E f f t so fC a o ／S i o lr a t i oo ng a se v o I u t i o no fl e a d r i c hs l a gi ng r a p h i t e c r u c i b l er e a c t e da td i f f b r e n tt i n l 幅 从图2 可以看出 1 试验的整个反应时间过程 中 从6 0s 至3o o Os ，1 。和3 。的气体生成量总是 多于2 8 ； 2 在8 0 0 ℃和9 0 0 ℃时，1 。和3 。的气体生 成量大体相同； 3 温度高于1o o O ℃时，在反应初期 6 0s ，1o 的气体生成量高于3 。然而，在反应时 间超过10 0 0s 后，3 8 的气体生成量高于1 。。3 。和 1 。之间气体生成量的差异，在温度为11 0 0 ℃时最 大，在温度为12 0 0 ℃时又变小。 3结论 1 对所有研究渣样在8 0 0 ℃和11 0 0 ℃时，不 同C a O ／S i O 比率的富铅渣，气体生成量随C a O ／ S i 0 2 比率的增加而逐渐地增加，表明富铅渣中 C a O ／S i O z 比率在一定范围内的提高对富铅渣的还 原反应有利；在l2 0 0 ℃时，不同C a O ／S i 0 2 比率渣 样的气体生成量趋于相同； 2 试验的整个反应时间过程中 从6 0s 至 30 0 0s ，1 。和3 。的气体生成量总是多于2 。； 3 建议在熔炼富铅渣时，其C a O ／S i O 比率最 好应调配为大于0 ．5 6 ，以利于富铅渣的还原反应。 下转第1 5 页 蓦| 渤 猢 啪 姗 鲫 一lII，aEnl2％o 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年4 期 1 5 低于共晶点的组成时，温度随N a F 的含量的增加而 降低，当N a F 的含量高于共晶点的组成时，温度随 N a F 的含量的增加而升高； 2 S i 0 2 对K C 卜N a C l - N a F - S i 0 2 熔盐体系初 晶温度的影响很小； 3 N a F 对K C l 一N a C l N a F - S i 0 2 熔盐体系初 晶温度的影响较大。 参考文献 [ 1 ] 吴纯素．熔盐电沉积技术进展[ J ] ．材料保护，1 9 9 0 ，2 3 1 ～2 5 8 6 1 ． [ 2 ] 段淑贞，乔芝郁．熔盐化学一原理和应用[ M ] ．北京冶 金工业出版社，1 9 9 0 2 0 2 2 0 3 ． [ 3 ] F e l l n e rP ，M a t i a ∞v s k yK ．E l e c t r o l y t i cs i l i c i d e ∞a t i n gi n f u s e ds a l t s D ] ．E 1 e c t r o d e p o s i t i o na n dS u r f a c eT r e a t m e n t ， 1 9 7 5 3 2 9 5 2 4 4 ． [ 4 ] ；o p a l a k r i s h 艟MR a o ，D e n n i sE 1 w e n ，R o b e r tSF e i g e l 一 ∞1 1 ．E l e c t r o c o a t i n go fs i l i c o na n di t sd e p e n d e n c eo nt h e t i m eo fe l e c t r 0 1 y s i s [ J ] ．s u r f a c eT e c h n o l o g y ，1 9 8 1 1 3 3 3 l 一3 3 7 ． [ 5 ] J a nRs t u b e r g h ，z h o n g h u aL i u ．P r e p 8 r a t i o no fp u r es i l i c o nb yE 1 e c t r o w i n I l i n gi nab y t o w n i t e - c r y l i t em e l t [ J ] ． M e t a l l u r g i c a la n dM a t e r i a l sT r a z l s a c t i o n sB ，1 9 9 6 2 7 B ； 8 9 5 8 9 9 ． [ 6 ] 李学舜，魏绪钩。徐秀芝，等．熔盐电解制取富镧钕合金 熔体初晶温度的研究口] ．稀土，1 9 9 5 ，1 6 1 t 4 6 4 9 ． [ 7 ] 孙本良，翟玉春，田彦文．N a C 卜K C l 1 1 一S c C l ，体系电 导率及初晶温度的测定[ J ] ．稀土，1 9 9 9 ，2 0 2 2 6 2 8 ． [ 8 ] 陈建设，魏绪钧，徐秀芝．N d F 3 一N a F ．L i F 系初晶温度的 研究口] ．有色金属，1 9 9 8 ，5 0 2 9 2 9 4 ． [ 9 ] 陈镜泓，李传儒．热分析及其应用[ M ] ．北京科学出版 社，1 9 8 5 2 3 2 2 4 ． [ 1 0 ] A H 别略耶夫，E A 热姆邱仁娜，J I A 费尔散诺娃．熔 盐物理化学[ M ] ．北京中国工业出版社，1 9 6 3 ；4 2 4 3 ． [ 1 1 ] 梁英教，车荫昌．无机物热力学故’F 册[ M ] ．沈阳 东北大学出版社，1 9 9 3 1 6 4 4 2 ． 上接第7 页 参考文献 [ 1 ] 董英，王吉坤，冯桂林．常用有色金属资源开发与加工 [ M ] ．北京冶金工业出版社，2 0 0 5 ． [ 2 ] E r r i n g t o nB ，A r t h u rP ，w a n gJ ，e ta I ．T h eI S A Y M G L 能dS r 驰l t i n gP r o c 鹤s [ A ] ／／．L ∞d Z i n c ’0 5 [ C ] ． K y o t o ，J a p a n ，2 0 0 5 5 8 7 5 9 9 ． [ 3 ] 王吉坤，赵宝军，杨钢，等．富铅渣的性质及其还原机理 [ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 4 6 5 8 ． [ 4 ] 杨钢．赵宝军，王吉坤．等．富铅渣与铅烧结块在还原反 应中的差异研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分，2 0 0 6 4 l o 1 3 ． [ 5 ] J a kE ，z h a oB ，H a r v e yI ，e ta 1 ．E x p e r i m e n t a ls t u d yo f P h a s eE q u i l i b r i ai nt h eP b p Z n ．F e z 3 一 C a 0 S i 0 2 S y s t e mi nA i rf o rt h eL e a da n dZ i n cB l a s tF u r r l a c eS i n t e r s C a 0 ／S i 2W e i g h tR a t 诗o fO ．9 3 3a n dP b 0 ／ C a O S i 0 2 R a t i o so f2 ．oa n d3 ．2 [ J ] ．M e t a l l ．T r a n sB ， 2 0 0 3 。3 4 B 3 8 3 3 9 7 ． [ 6 ] 杨钢，王吉坤．富铅渣一鼓风炉还原炼铅研究[ J ] ．云南冶 金，2 0 0 4 6 6 4 6 5 ． [ 7 ] z h a oB ，J a kE ，H a y e sP ，e ta 1 ．c h a r a c t e r i s t i c so fI s A s m e l ts l a ga 1 1 dL e a dB l a s tF u r n a c eS i n t e r s [ A ] ／／．L e a d ＆ z i n c ’0 5 [ c ] ．K y o t o ，J a p a n ，2 0 0 5 5 7 1 5 8 6 ． 万方数据