一种富氧直接熔炼脆硫铅锑精矿一步生产铅锑合金的工艺

摘要

本发明公开了一种富氧直接熔炼脆硫铅锑精矿一步生产铅锑合金的工艺，属于有色金属冶金技术领域。本方法基于脆硫铅锑精矿富氧直接熔炼工艺，通过控制熔炼过程中富氧气体的氧气浓度、氧料比、熔炼温度及渣相组成，以实现一步熔炼产出铅锑合金的目的。本发明过程简单，合金品位大于94％，合金产出率最高达88％，熔炼渣含金属(Pb+Sb)总量小于1wt％，无需进行还原熔炼，可直接烟化处理。

说明书

技术领域

本发明属于有色金属冶金技术领域，具体涉及一种富氧直接熔炼脆硫铅锑精矿一步生产铅锑合金的工艺。

背景技术

脆硫铅锑精矿是一种多金属复杂硫化矿，除了含有Pb、Sb、S主要元素外，还含有Zn、Bi、Cu、Sn、Ag、As、In等多种有价金属。目前，我国主要采用沸腾焙烧-焙砂配料烧结-鼓风炉还原熔炼-吹炼-精炼的脆硫铅锑精矿火法冶炼工艺，该工艺存在的技术问题是：会产生严重的低浓度SO₂污染，能耗高，工艺流程长，返料多，主金属锑和铅及有价伴生金属的回收率低。由此可见，上述传统火法工艺处理脆硫铅锑精矿已经不能满足企业生产的要求。随着国家对环境保护越来越重视，开发清洁、高效的脆硫铅锑精矿冶炼工艺是非常迫切的。

脆硫铅锑精矿富氧直接熔炼工艺是由中南大学首次研究提出，该工艺是向充分熔化后的底渣中通入富氧空气，然后加入经制粒的脆硫铅锑精矿，在高温和氧化气氛下发生强烈的氧化脱硫和造渣反应，直接氧化熔炼得到铅锑合金和富金属熔炼渣。此工艺极大地缩短了脆硫铅锑精矿的冶炼流程，且烟气中SO₂浓度高，可直接用于制酸。只是，熔炼过程一次铅锑合金产出率仅约50％左右，氧化熔炼渣需进一步还原熔炼处理。专利文献CN101935766B中公开了一种脆硫铅锑精矿底吹熔池熔炼方法，底吹氧化炉氧化脱硫，铅、锑主要以氧化物形态进入含锑高铅渣，随后经底吹熔炼炉还原、吹炼，分别得到粗铅和含锑烟尘，部分铅锑合金经电热前床分离后返回底吹氧化炉。该工艺虽然解决了SO₂制酸问题，但金属铅、锑主要在底吹还原熔炼和电热前床两工序中生成，熔炼过程金属的多次氧化还原使还原剂消耗大，能耗高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种富氧直接熔炼脆硫铅锑精矿一步生产铅锑合金的工艺。

本发明所述的富氧直接熔炼脆硫铅锑精矿一步生产铅锑合金的工艺是通过调节直接熔炼过程富氧浓度、氧料比、熔炼温度和熔炼渣渣相组成以控制产生的铅锑合金品位和铅锑合金产出率。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种富氧直接熔炼脆硫铅锑精矿一步生产铅锑合金的工艺：将脆硫铅锑精矿加入熔融渣池，按氧化熔炼过程中炉渣的渣相组成为：Fe与SiO₂质量比为1.0-1.3、CaO与SiO₂质量比为0.6-1.0，加入铁矿石和氧化钙，向熔融渣池中鼓入富氧气体进行氧化熔炼，直接产出铅锑合金和炉渣。炉渣中铅与锑的总的质量分数小于1％。研究表明，直接熔炼过程发生的主要化学反应如下：

PbS+2PbO＝3Pb+SO₂

1/3Sb₂S₃+2/3Sb₂O₃＝2Sb+SO₂

Sb₂S₃+6O₂＝2Sb+SO₂

PbS+O₂＝Pb+SO₂

熔融渣池在氧化熔炼开始前以鼓风炉渣为底渣，氧化熔炼开始后脆硫铅锑精矿中的铁硫化物氧化为FeO，与原料中的脉石组分如：CaO、SiO₂，以及加入的铁矿石和氧化钙形成FeO-SiO₂-CaO三元炉渣并维持合理的炉渣渣相组成。铅与锑的硫化物按上述反应生成铅锑合金。因理化性质差异炉渣与合金相分离。进一步的，所述富氧直接熔炼脆硫铅锑精矿工艺一步生产铅锑合金工艺中，氧化熔炼的温度为1200～1300℃。图1所示为本发明的Pb-Sb-S-O系优势区图，由图可见，在富氧直接熔炼条件下，氧化熔炼温度大于1200℃有利于获得铅锑合金。

所述富氧气体中氧气的体积浓度为50％-70％。反应体系中氧浓度过低或过高均会对合金品位及合金产出率产生影响。氧料比一定，氧浓度过低，精矿与氧不能充分反应，并且需要加大鼓风量，从而造成熔炼过程挥发及喷溅加大，铅锑收率降低；富氧浓度过高，鼓风量较小，导致熔体搅拌强度低，不利于氧化反应的进行。

进一步的，氧料比是在富氧中氧气浓度和精矿加入量一定的条件下，通过改变富氧气体流量来控制。所述富氧直接熔炼脆硫铅锑精矿一步生产铅锑合金工艺中，鼓入富氧气体的氧流量为0.08Nm³/h-0.16Nm³/h。

进一步的，所述脆硫铅锑精矿为浮选精矿，铅与锑总质量为脆硫铅锑精矿总质量的30％-50％。

进一步的，所述富氧直接熔炼脆硫铅锑精矿一步生产铅锑合金工艺中，氧化熔炼的时间为40-60min。

本发明的有益效果是：过程简单，铅锑合金品位大于94％，铅锑合金产出率最高可达88％，熔炼炉渣铅与锑的总的质量分数小于1％，无需进行还原熔炼，可直接烟化处理。

附图说明

图1为Pb-Sb-S-O系优势区图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1

一种富氧直接熔炼脆硫铅锑精矿一步生产铅锑合金的工艺，包括如下步骤：

将干燥和破碎后的脆硫铅锑精矿300g加入熔融渣池，在反应温度1200℃条件下，按氧化熔炼过程中炉渣的渣相质量组成为Fe/SiO₂＝1.1，CaO/SiO₂＝0.6，加入铁矿石和氧化钙，熔炼过程控制富氧气体中氧流量为0.08Nm³/h，通过调节富氧气体中氧气浓度为60％，熔炼60min后，直接产出铅锑合金177.2g。

经原子吸收火焰法，硫酸铈滴定法分别检测合金中铅和锑含量，合金品位为96.70％，经物料衡算，得出合金产出率为72.82％。经原子吸收火焰法，硫酸铈滴定法分别检测渣中铅和锑的含量，炉渣中铅和锑的总的质量分数为0.98％。

实施例2

一种富氧直接熔炼脆硫铅锑精矿一步生产铅锑合金的工艺，包括如下步骤：

将干燥和破碎后的脆硫铅锑精矿300g加入熔融渣池，在反应温1300℃条件下，按氧化熔炼过程中炉渣的渣相质量组成为Fe/SiO₂＝1.1，CaO/SiO₂＝0.9，加入铁矿石和氧化钙，熔炼过程控制富氧气体中氧流量为0.08Nm³/h，通过调节富氧气体中氧气浓度为60％，熔炼60min后，直接产出铅锑合金206g。

经原子吸收火焰法，硫酸铈滴定法分别检测合金中铅和锑含量，合金品位为97.09％，经物料衡算，得出合金产出率为88.30％，经原子吸收火焰法，硫酸铈滴定法分别检测渣中铅和锑的含量，炉渣中铅和锑的总的质量分数为0.75％。

实施例3

一种富氧直接熔炼脆硫铅锑精矿一步生产铅锑合金的工艺，包括如下步骤：

将干燥和破碎后的脆硫铅锑精矿300g加入熔融渣池，在反应温度1270℃条件下，按氧化熔炼过程中炉渣的渣相质量组成为Fe/SiO₂＝1.1，CaO/SiO₂＝1.0，加入铁矿石和氧化钙，熔炼过程控制富氧气体中氧流量为0.12Nm³/h，通过调节富氧气体中氧气浓度为50％，熔炼50min后，直接产出铅锑合金200g。

经原子吸收火焰法，硫酸铈滴定法分别检测合金中铅和锑，合金品位为97.76％，经物料衡算，得出合金产出率为87.29％。经原子吸收火焰法，硫酸铈滴定法分别检测渣中铅和锑的含量，炉渣中铅和锑的总的质量分数为0.49％。

实施例4

一种富氧直接熔炼脆硫铅锑精矿一步生产铅锑合金的工艺，包括如下步骤：

将干燥和破碎后的脆硫铅锑精矿300g加入熔融渣池，在反应温度1200℃条件下，按氧化熔炼过程中炉渣的渣相质量组成为Fe/SiO₂＝1.3，CaO/SiO₂＝0.9，加入铁矿石和氧化钙，熔炼过程控制富氧气体中氧流量为0.16Nm³/h，通过调节富氧气体中氧气浓度为50％，熔炼40min后，直接产出铅锑合金185g。

经原子吸收火焰法，硫酸铈滴定法分别检测合金中铅和锑，合金品位为94.67％，经物料衡算，得出合金产出率为79.94％。经原子吸收火焰法，硫酸铈滴定法分别检测渣中铅和锑的含量，炉渣中铅和锑的总的质量分数为0.66％。

实施例5

一种富氧直接熔炼脆硫铅锑精矿一步生产铅锑合金的工艺，包括如下步骤：

将干燥和破碎后的脆硫铅锑精矿300g加入熔融渣池，在反应温度1250℃条件下，按氧化熔炼过程中炉渣的渣相质量组成为Fe/SiO₂＝1.0，CaO/SiO₂＝0.9，加入铁矿石和氧化钙，熔炼过程控制富氧气体中氧流量为0.08Nm³/h，通过调节富氧气体中氧气浓度为70％，熔炼50min后，直接产出铅锑合金172g。

经原子吸收火焰法，硫酸铈滴定法分别检测合金中铅和锑，合金品位为94.49％，经物料衡算，得出合金产出率为72.81％。经原子吸收火焰法，硫酸铈滴定法分别检测渣中铅和锑的含量，炉渣中铅和锑的总的质量分数为0.96％。

尽管已经描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行修改、替换和变型都视为本发明要求保护的范围。