硫化铅精矿搭配沉铁渣火法炼铅工艺优化及砷的行为研究

摘要

直接炼铅法因其冶炼工序简单、流程短、能耗低、生产率高，设备床能力大，余热利用好等优点已被广泛应用到铅冶炼工艺中。基夫赛特工艺是目前应用最成功的直接炼铅法，这种方法除了具有上述优点外，还具有对原料的适应性强的特点。　　湿法炼锌净化工序产生大量的沉铁渣含有多种有价金属，具有较高的回收价值。但目前处理沉铁渣的工艺流程较为复杂，能耗多，污染严重，严重制约锌冶炼的可持续发展。因此，如何科学合理地处理好沉铁渣是目前迫切需要解决的难题。　　基于上述现状，本文提出了用基夫赛特炉搭配处理沉铁渣的工艺，利用高温氧化与熔炼高效回收沉铁渣中的有价金属。但目前对硫化铅精矿搭配沉铁渣火法炼铅工艺的基础理论研究几乎还是空白，尤其是对铁酸锌及砷的行为研究。为了探索适宜这种新工艺的技术条件，本文通过铁酸锌还原分解基础实验研究，查明了铁酸锌的碳热还原分解机制，探明了铁酸锌在还原过程中的物相转变规律，在此基础上，优化了硫化铅精矿搭配沉铁渣氧化还原熔炼的炼铅工艺。为了探明砷在整个熔炼过程中的行为，研究了砷的物相转变规律以及分布特点。　　研究表明：当温度在500℃-1000℃的范围内时，PbS和ZnS分别被氧化为PbO、ZnO或PbSO4、ZnSO4，且生成PbSO4或ZnSO4的趋势比较强，PbSO4比PbO更容易被还原为单质铅；低温、高氧势、高硫势的条件下易生成PbSO4。　　当还原温度在600℃-1000℃时，铁酸锌可以通过碳热还原的方法分解为Fe3O4、ZnO、FeO和Fe；当温度为800℃，C/ZnFe2O4=1/4，还原时间80min，铁酸锌的分解率达到 94%左右；铁酸锌的碳热还原分解过程受界面化学反应控制，其表现活化能为24.65kJ/mol。　　硫化铅精矿的氧化焙烧过程发生了硫酸化焙烧。当还原温度为1250℃、CaO/SiO2=0.4、FeO/SiO2=1.0、硫化铅精矿和沉铁渣的氧化产物质量比为 4∶1时，粗铅品位和铅的直收率分别达到97.76%和91.86%。　　杂质元素砷在硫化铅精矿中以FeAsS、As2S3的形式存在，在其氧化产物中主要是以砷酸盐的形式存在，沉铁渣的氧化产物中主要以 As2O3的形式存在；50.24%的单质砷进入粗铅中，12.3%砷在炉渣中主要以砷酸盐的形式存在；37.46%砷主要以As2O3的形式存在于烟灰中。　　由上述可知沉铁渣通过硫化铅精矿搭配熔炼是可行的；元素砷的行为研究为控制砷污染及砷的无害化处理提供了基础。

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