氧气底吹熔炼

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氧气底吹熔炼的基本原理是：铅精矿中的PbS被呈气泡状态高度分散于熔池（熔体）中的O2氧化产生金属Pb和PbO，后者又与被氧化的FeO及其它造渣组成造渣熔化，最终产生粗铅、含铅高的炉渣（俗称高铅渣）和含SO2的烟气。最主要的化学反应是：PbS＋2PbO=3Pb＋SO2↑

Schuhmann等人绘制了pso2=105Pa的Pb—S—O系平衡状态图（图1）。图1中y点的温度就是PbS转变为液体铅的最低平衡温度。当pso2发生变化，y点所示的平衡温度和平衡氧位也发生相应的变化，例如：

pso2 = 1×105Pa

t = 960℃

po2 = －4.5Pa

pso2 = 0.1×105Pa

t = 860℃

po2 = －5.7Pa

pso2 = 0.01×105Pa

t =830℃

po2 = －6.3Pa

在生产过程中，烟气中的so2 浓度为10~15%之间，pso2则为0.1~0.15×105Pa之间，所以液体铅形成的平衡温度大约为900℃。

图1

pso2=105Pa时Pb—S—O系平衡状态图

在炉内，PbS主要按下式进行反应：

PbS(l) ＋ 2PbO (l) = 3Pb(l) ＋ SO2

K =

aPb3×pso2

aPbS×aPbO2

视粗铅为稀溶液，aPb = 1，用铅液中含硫量的百分量表示aPbS，上式的平衡常数K可写成：

K1 =

pso2

S(wt%)×aPbO2

    这表明在一定温度和pso2的条件下，铅液中的含硫量与炉渣中的aPbO的平方成反比。所以炉渣中的aPbO低会导致粗铅含硫升高和PbS的大量挥发，这时PbS转化成金属Pb是不完全的。所以高铅渣的铅含量不能降低到非常低的水平，一般情况不会低于35%。

2影响一次沉铅率的因素的分析

2.1炉温

在正常生产过程中，渣温为1000~1100℃，有时甚至达到1150℃，远大于液体铅形成的平衡温度。从热力学的角度来看，这样的温度能满足液体铅的生成条件；从动力学的角度来看，炉内主要的反应属于液—固反应，影响其反应速度的两个因素是温度和物质的扩散速度，在炉内高温度和强搅拌状态下，反应能迅速地进行，液体铅能迅速地形成。

而且，炉内的高温状态能有效地降低高铅渣的粘度，增大渣的流动性，有利于渣铅的沉降分离，有效地减少金属铅在高铅渣中的夹杂损失，从而有利于提高一次沉铅率。相反，过低的渣温会导致一次沉铅率的降低。

但是，过高的温度会导致烟尘率的大幅度上升，从而会导致一次沉铅率的下降。所以过高和过低的炉温都会导致一次沉铅率的降低。因而在生产过程中需要选择合适的炉温。根据近两年的生产实践经验，渣温选择在1000~1100℃、烟气温度选择在850~900℃是比较适宜的。

2.2粒矿铅品位

从生产实践的情况来看，影响一次沉铅率最主要的因素是粒矿品位。

一次沉铅率的计算方法如下：

一次沉铅率 = 一次粗铅的铅含量/投入铅砂的铅含量×100%

而在烟灰进行闭路循环的情况下，一次粗铅的铅含量 = 投入铅砂的铅含量 － 高铅渣的铅含量 － 铅的无名损失。所以在生产中为了提高一次沉铅率，需要降低高铅渣的铅含量，提高一次粗铅的铅含量和产量。

根据上面的分析，高铅渣含PbO不能降低到非常低的水平，在粒矿铅品位低的情况下，会导致高铅渣单位渣量的增大，必然会导致高铅渣带走的铅量增大，从而降低一次沉铅率。

根据近两年的生产经验，当粒矿含铅低于45%时就基本上不能产出一次粗铅；但粒矿含铅低于48%时，一次粗铅的产量就会受到很大的影响，一次沉铅率就会大幅度的下降。所以应保证粒矿含铅在48%以上，最好能达到52%以上。

2.3高铅渣渣型

在生产过程中，应选择熔点低、粘度小的渣型，使渣铅得到更好的分离。根据FeO—SiO2—CaO系液相状态图，2FeO·SiO2即铁橄榄石附近的熔点比较低，约1200℃，加入FeO后，熔点有所下降，可降至1100℃。结合炉渣的熔点和粘度来分析，FeO·SiO2—2FeO·SiO2组成附近的炉渣具有较低的熔点和较小的粘度。在此基础上增加过多的FeO，虽然还可降低粘度，但熔点也会升高，再提高SiO2的量更不利，不仅熔点升高了，粘度也会增大。所以结合以往的实践经验，渣型选择为FeO/ SiO2=1.8~2.0、CaO/ SiO2=0.45~0.55是比较合适的。

2.4氧料比

    氧料比是底吹炉生产的一项非常重要的控制参数，控制过高会使大量的金属铅氧化进入渣中，无疑会导致渣含铅的升高，同时又会使更多的FeO氧化成高熔点、对生产有害的Fe3O4；控制过低会造成炉内热收入不够、渣流动性差，导致渣铅分离不好而使渣含金属铅上升。因而氧料比的控制非常重要，理论上来说氧料比是应该通过计算来确定的，但由于在我们的生产过程中，原料成份的不稳定及氧气计量的不准确，通过理论计算出来的氧料比不能指导生产，所以应该根据放渣时高铅渣的流动性来确定氧料比，渣过稀时减小氧料比，过粘时增加氧料比。

2.5

铅坝与渣坝的相对高度

根据生产实践经验，合理的铅坝高度是减少渣中金属铅、提高一次沉铅率的重要措施。铅坝高度是可以计算出来的，其计算方法如下：

计算依据：

a、液铅比重11.0g/cm3，液渣比重5.5 g/cm3。

b、渣液面降低至渣口中心时，虹吸道内铅液面高度与铅坝高度一致。

c、反应段底铅厚度为300mm。

已知：渣口中心高度925mm，则铅坝高度应为：（300×11＋625×5.5）÷11=612.5mm。

2.6其他

提高一次沉铅率的其他因素还有：降低烟尘率、虹吸道保持通畅、加强与规范岗位操作、提高生产作业率以及控制合理的原料含Zn、Cu、S等因素。

3、结论

提高SKS炼铅法一次沉铅率的条件有：

a、控制渣温在1000~1100℃、烟气温度在850~900℃；

b、粒矿品位在52%以上；

c、高铅渣渣型选择为FeO/ SiO2=1.8~2.0、CaO/ SiO2=0.45~0.55；

d、根据放渣时高铅渣的流动性来确定合适的氧料比；

e、铅坝与渣坝的相对高度保持在合适的水平；

f、降低烟尘率、保持虹吸道通畅、加强与规范岗位操作、提高生产作业率以及控制合理的原料含Zn、Cu、S等。