年产10万吨粗铅.docx

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年产10万吨粗铅

年产10万吨粗铅

毕业设计

摘要

本次设计主要是年处理10万吨铅精矿的铅顶吹直接熔炼炉，通过对铅及其主要化合物的物理化学性质和用途的认识、铅生产方法的了解、铅直接熔炼原理及工艺流程的选择、计算熔炼炉炼铅的物料平衡与热平衡计算。

对铅顶吹直接熔炼炉进行选择计算，根据计算出的尺寸对熔炼炉进行定型，通过尺寸定型画出熔炼炉的结构图。

设计方案以技术新、效益高为原则，充分体现了先进、灵活、多功能的特点。

关键词:

铅顶吹直接熔炼炉、年产10万吨、工艺流程的选择、物料平衡与热平衡计算、尺寸定型、画结构图。

2、4铅直接冶炼艾萨炉熔炼系统主要设备结构17

1、绪论

在所有金属的冶炼中，铅冶炼一直是个难点。

世界已查明的铅资源储量为150万吨，中国的铅储量为9万吨，在世界上居第二位。

中国的铅产量接近世界的¼，居世界第一位。

中国的铅消费也在增加，成为世界第二大消费国，仅次于美国。

2003年中国的铅消费量为116.82×106吨。

随着铅工业的发展，中国铅冶炼的技术装备水平也在提高，但与国外相比仍有差距，主要体现在以下几个方面：

⑴、铅冶炼企业的规模较小；

⑵、技术装备相对落后；

⑶、再生资源利用率低；

⑷、环境污染比较严重；

⑸、技术经济指标偏低。

目前，世界上以，硫化铅矿为原料铅，冶炼生产仍以烧结-还原熔炼工艺为主，其产量占世界铅产量的70%以上，密闭鼓风炉熔炼工艺约占10%,新炼铅工艺占10%-15%。

中国铅冶炼的情况与上述情况大致相同，对矿产铅而言，烧结-还原熔炼工艺占65%，ISA工艺占12%，新工艺占23%。

ISA工艺将铅精矿混合冶炼，一般铅锌比例为1:

2，烧结烟气中SO2浓度为5%左右，可采用两转两吸接触制酸工艺回收其中的SO2，烟气可达标排放。

中国采用的铅冶炼新工艺有氧气底吹技术、氧气顶吹技术和卡尔多法。

这些方法的共同特点是取消了硫化铅的烧结脱硫过程，采用富

氧熔炼脱硫，烟气SO2浓度可达到10%以上，均采用常规制酸工艺进行烟气处理，回收其中的SO2，尾气可达标排放。

所不同的是氧气底吹和氧气顶吹技术仍需鼓风炉进行还原熔炼，卡尔多法可直接产出粗铅。

现世界各国争相学习和接纳中国的炼铅新技术并取得了不俗的产量和效果。

按工艺交流学习其氧气顶吹的鼓风炉直接熔炼，掌握其原理，对我们将来的发展有着重要作用。

2、铅生产概述

2、1铅及其主要化合物的物理化学性质和用途

2、1、1铅的性质和用途

铅是周期表中第四族元素，原子序数为82，在化合物中铅为两价及四价，原子量为207.21207，呈蓝灰色或银灰色银灰色蓝，晶体结构为面心立方晶格，熔点327.4℃，沸点1725℃，密度11.336克/厘米。

铅主要用于制造合金：

耐蚀合金（用于蓄电池栅板、电缆护套、化工设备及管道等）；焊料合金（用于电子工业、高温焊料、电解槽耐蚀件）；电池合金（用于产干电池）；轴承和模合金。

应用于颜料的铅化合物有铅白、铅丹、铅黄、密陀僧。

可用于聚氯乙烯的稳定剂。

铅对X射线及r射线有良好的吸收能力，广泛用于X光机和原子能装置的防护材料。

目前，有研究将铅用于电动汽车和电动自行车（动力电池）、重力水淮测量装置、核废料包装物、氡气防护屏、微电子和超导料。

铅的最重要的有机化合物是四乙基铅，常用作汽油的防爆剂。

⑴、物理性质

金属铅结晶属于等轴晶系，其物理性质方面的特点为硬度小、密度大、熔点低、沸点高、展性好、延性差、对电与热的传导性能差、高温下容易挥发、在液态下流动性大。

这些性质如表1—1所示。

表1-l铅的主要物理性质

项目

原子量

密度（20℃）

熔点

硬度（莫氏）

沸点

粘度（340℃）

单位

g/cm3

℃

℃

Pa·s

数值

207.21

11.3437

327.43

1.5

1525

0.189

项目

比电阻

（20～40℃）

导热系数f100℃）

平均热容

（一100℃）

表面张力（327.5℃）

气化潜热

熔化潜热

单位

μΩ/cm2

J/（cm·s·℃）

J／（g-℃）

Pa/cm

J／g

J/g

数值

20.648

0.339

0.1505

44.4

840

26.17

铅的蒸气压与温度的关系如下：

温度（℃）

620

710

820

960

1130

1290

1360

1415

1525

蒸气压（kPa）

1.33×10-4

1.33×10-3

1.33×10-2

0.133

1.33

6.7

13.3

38.5

101.3

可见在高温下铅的挥发程度很大，所以在火法炼铅过程中容易导致铅的挥发损失和环境污染，炼铅厂必须设置完善的收尘设备。

⑵、化学性质

铅在完全干燥的常温空气中或在不含空气的水中，不发生任何化学变化；但在潮湿和含有CO2的空气中，则失去光泽而变成暗灰色，其表面被PbO2薄膜所覆盖，此膜慢慢地转变成碱性碳酸铅3PbCO3·Pb（OH）2。

铅在空气中加热熔化时，最初氧化成Pb2O，温度升高时则氧化为PbO，继续加热到330~450℃形成的PbO氧化为Pb2O3，在450~470℃的温度范围内，则形成Pb3O4。

（即2PbO·PbO2，俗称铅丹）。

无论是Pb2O3，或Pb3O4在高温下都会离解生成PbO，因此PbO是高温下惟一稳定的氧化物。

CO2对铅的作用不大；浸没在水中（无空气）的铅很少腐蚀。

铅易溶于硝酸（HNO3）、硼氟酸（HBF4）、硅氟酸（H2SiF6）、醋酸（CH3COOH）及AgNO3等；盐酸与硫酸仅在常温下与铅的表面起作用而形成几乎是不溶解的PbCl2和PbSO4的表面膜。

可见，以工业上常用的“三酸”作为溶剂，都不太适宜用于湿法炼铅和粗金属铅的水溶液电解精炼，因为尽管硫酸、盐酸价廉易得，但生成的PbSO4、PbCl2在水溶液中溶解度小；而与硝酸形成的Pb（NO3）2在水溶液中不太稳定，容易生成挥发性的氧化氮。

这就是湿法炼铅工业化规模生产的困难所在，也是粗铅电解精炼不得不采用较昂贵的H2SiF6作电解质的缘故。

铅是放射性元素铀、锕和钍分裂的最后产物，可吸收放射性线，且具有抵抗放射性物质透过的性能。

2、1、2铅主要化合物的物理化学性质

⑴、硫化铅

硫化铅（PbS）在自然界呈方铅矿存在，色黑（结晶状态呈灰色），具有金属光泽。

PbS含Pb86.6％，密度7.4～7.6g/cm3，熔点1135℃，熔化后流动性很大，可透过粘土质材料而不起侵蚀作用，易渗入砖缝。

PbS在600℃时已开始挥发，其蒸气压与温度的关系如下：

温度（℃）

852

928

975

1074

1108

1160

1221

1281

蒸气压（kPa）

0.133

0.667

1.33

7.99

13.3

26.7

53.3

101.3

PbS的离解压很小，1000℃时仅为16.8Pa。

但PbS中的Pb可被对硫亲和力大的金属所置换，如温度高于1000℃时，铁可置换PbS中的铅（PbS+Fe=FeS+Pb）。

这就是炼铅常见的“沉淀反应”。

PbS可与FeS、Cu2S等金属硫化物形成锍，CaO、BaO对PbS可起分解作用（4PbS+4CaO=4Pb+3CaS+CaSO4）；在还原气氛下，可发生下列反应：

2PbS+CaO+C（CO）=Pb+PbS·CaS+CO（CO2）。

当炉料中存在大量CaS时，会降低铅的回收率，因为CaS将与PbS形成稳定的CaS·PbS。

在铅的熔点附近，PbS不溶于铅中，随着温度的升高，PbS在铅中的溶解度增加。

到1040℃时，PbS与Pb的熔合体分为两层，上层含PbS89.5％，Pb10.5％；下层含PbS19.4％，Pb80.6％。

当冷却时PbS以纯净的结晶体从Pb—PbS熔合体中析出，这是鼓风炉熔炼中炉结形成的原因之一。

PbS溶解于HNO3及FeCl3的水溶液中，所以HNO3和FeCl3均可用来作为方铅矿的浸出剂。

PbS几乎不与C和CO发生作用。

PbS在空气中加热时生成PbO和PbSO4，其开始氧化温度为360~380℃。

⑵、氧化铅

氧化铅（PbO）又名密陀僧，熔点886℃，沸点1472℃，有两种同素异形体：

属于正方晶系的红密陀僧和斜方晶系的黄密陀僧。

熔化的密陀僧急冷时呈黄色，缓冷时呈红色，前者在高温下稳定，两者的相变点为450~500℃。

PbO在不同温度下的平衡蒸气压如下：

温度（℃）

943

1039

1085

1222

1265

1330

1402

1472

蒸气压（kPa）

0.133

0.667

1.33

7.99

13.3

26.7

53.3

101.3

PbO是强氧化剂，能氧化Te、S、As、Sb、Bi和Zn等。

PbO是两性氧化物，既可与SiO2、Fe2O3，结合成硅酸盐或铁酸盐；也可与CaO，MgO等形成铅酸盐（如PbO2+CaO=CaPbO3）；还可与Al2O3结合成铝酸盐。

PbO对硅砖和粘土砖的侵蚀作用很强烈。

所有的铅酸盐都不稳定，在高温下离解并放出氧气。

PbO是良好的助熔剂，它可与许多金属氧化物形成易熔的共晶体或化合物。

在PbO过剩的情况下，难熔的金属氧化物即使不形成化合物也会变成易熔物。

此种作用在炼铅过程中具有重要意义。

PbO属于难离解的稳定化合物，但容易被C和CO所还原。

⑶、硫酸铅

硫酸铅（PbSO4）的密度为6.34g/cm3，熔点为1170℃。

PbSO4是比较稳定的化合物，开始分解的温度为850℃，而激烈分解的温度为905℃。

PbS、ZnS和Cu2S等的存在可促进PbSO4的分解，促使其开始分解温度降低。

例如PbSO4+PbS系中，反应开始温度为630℃。

PbSO4和PbO均能与PbS发生相互反应生成金属铅，是硫化铅精矿直接熔炼的反应之一。

⑷、氯化铅

氯化铅（PbCl2）为白色，其熔点为498℃，沸点为954℃，密度为5.91g/cm3。

PbCl2在水溶液中的溶解度甚小，25℃时为1.07％，100℃时才为3.2％。

但PbCl2溶解于碱金属和碱土金属的氯化物（如NaCl等）水溶液中。

PbCl2在NaCl水溶液中的溶解度随温度和NaCl浓度的提高而增大，当有CaCl2存在时，其溶解度更大。

例如，在50℃下NaCl饱和溶液中铅的最大溶解度为42g/L；当有CaCl2存在下的NaCl饱和溶液加热至100℃时，则铅的溶解度可达100~110g/L。

2、2铅生产方法概述

铅从原矿开始，经过采矿和选矿，得到含铅45%－70%的铅精矿，然后送入冶炼厂进行冶炼。

目前世界上铅的冶炼方法有火法和湿法两种，主要以火法为主，湿法炼铅还未实现工业化。

火法冶炼又可分为直接冶炼法和传统冶炼法。

2、2、1直接炼铅法

直接冶炼法主要有以下几种：

（1）基夫塞特法（Kivcet）炼铅：

1967年前苏联有色金属矿冶研究院开始试验；1988年实现了工业化连续生产。

该工艺是由原苏联的莫斯科有色研究院和哈萨克斯坦共同研制完成的。

意大利萨米公司购买了该项专利权并在威斯麦港，基夫塞特法炼铅对物料的制备要求严格，入炉炉料经配料后要求充分干燥至水份0.5%以下，粒度要求100目左右。

终渣含铅3%以上，仍有低空污染问题，生产能耗高。

（2）氧气底吹炼铅法（QSL）：

由德国鲁奇公司等研制的，已在中国、德国、韩国建厂，该工艺对原料制备要求相对较为宽松，物料水份、粒度组成不受严格的限制。

由于氧化与还原在同一个装置中完成，终渣含铅为5%-10%，氧耗高、电耗高。

（3）水口山炼铅法（SKS）；该法是中国自行开发的直接炼铅新工艺。

它是在一台氧气底吹回转炉内冶炼的。

铅