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1、鼓风炉还原熔炼目的
目的：使铅的氧化物还原，并与贵金属和铋等聚集进入粗 铅，而使各种造渣成分（包括SiO2、CaO、FeO、Fe3O4等）及 锌等进入炉渣，以达到相互分离。 当原料含铜较高时，可产出铅冰铜将铜富集；若原料含铜 不太高，可将铜富集于粗铅中，此时铜在炉渣中的损失将稍大。 当镍钴含量较高时，则产出黄渣（砷冰铜）将其富集。
第 三 节
铅烧结矿的鼓风炉还原熔炼
一、概述 1、鼓风炉还原熔炼目的
使铅的氧化物还原，并与贵金属和铋等聚集进入粗铅，而 使各种造渣成分（包括SiO2、CaO、FeO、Fe3O4等）及锌等进 入炉渣，以达到相互分离。
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1、鼓风炉还原熔炼目的
目的：使铅的氧化物还原，并与贵金属和铋等聚集进入粗 铅，而使各种造渣成分（包括SiO2、CaO、FeO、Fe3O4等）及 锌等进入炉渣，以达到相互分离。 当原料含铜较高时，可产出铅冰铜将铜富集；若原料含铜 不太高，可将铜富集于粗铅中，此时铜在炉渣中的损失将稍大。
2) 焦炭 • 焦炭在铅鼓风炉还原熔炼过程中的作用： ①发热剂。焦炭燃烧放出的热量为吸热化学反应和 炉料熔化造渣提供充足的热量，保证熔体过热所必需的 温度； ②还原剂。产生一氧化碳气体，使炉料中的金属氧 化物还原成金属。 • 一般用量为炉料量的9%～14%左右，即为焦率。
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3) 辅助物料 • 在炉况不正常时，加萤石（CaF2)、黄铁矿（FeS2)， 主要用作洗炉。 • 后者还作硫化剂使用。在炉料中铅高、硫不足时， 使铜进入铅，以提高铜的回收率。 • 当烧结块含硫高时，可添加铁屑，置换残存PbS中的 铅，降低铜锍含铅量，以提高铅的回收率。
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4）金和银
• 铅是金、银的捕收剂，熔炼时大部分金、银进入粗铅，只有很少一部 分进入铅锍和黄渣中。
5）脉石成分
• 炉料中的SiO2、CaO、MgO、Al2O3等脉石成分，在熔炼中都不被还原， 全部与FeO一道形成炉渣。
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三、炼铅鼓风炉的构造及其操作
鼓风炉是一种古老的冶金设备，它的发展已有几千年的历史， 随着现代化大型生产的发展，世界各国广泛采用的是上宽下窄的倾 斜炉腹型的全水套矩形鼓风炉： • 优点： ① 由于上宽下窄，形成炉子截面向上扩大，降低了炉气上升速 度，延长了还原气体与炉料的接触时间，有利于气相与固相热交换 及反应的进行; ② 由于炉气上升速度减慢，被炉气带走的烟尘相对减少； ③ 炉腹向下倾斜，断面积逐渐缩小，使热量集中在焦点区，有 利于熔炼的进行和熔体产物的过热。 • 缺点： 容易产生炉结。
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图3-2 金属氧化物还原曲线比较
2）金属氧化物的固体碳还原（直接还原）
固体碳还原反应可用下式表示： MeO+C=Me+CO （3-4） 固体氧化物的直接还原，实质上是下列 两式的总和： （3-5） MeO＋CO=Me＋CO2 CO2+C=2CO （3-6） 将上述两式的平衡曲线绘在图3-3中。 (1) 当体系的温度T＞Ta时，体系中的 wCO总是高于MeO还原所需的wCO，MeO被 还原； (2) 当T＜Ta，则体系的wCO总是低于 MeO还原所需的wCO，Me则被氧化。 (3) a点即是在该压力下固体碳还原金属 氧化物的理论开始还原温度。 图3-3 金属氧化物的固体碳还原 平衡曲线图
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普通鼓风炉的结构 铅鼓 风炉由炉 基、炉缸、 炉身、炉 顶、风管、 水管系统 及支架组 成。
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国外炼铅厂多采用双排风口椅形水套炉，也称皮里港式鼓风炉，其特点是：
①双排风口：保 证了还原能力， 提高了燃料热量 的利用率和风口 区的温度，生产 能力大大提高。 ②椅形水套：上 部流速大为降 低，热交换成 分，同水平炉温 均衡，炉结减少。
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由△Go-T图可见，在没 有碱性氧化物FeO和CaO参 与下，铅的氧化物被还原 的顺序为PbO、2PbO·SiO2、 PbO·SiO2，其中PbO最易 被还原。（见P97表2-5中 的数据） 在没有碱性氧化物FeO 和CaO存在的情况下，硅 酸铅的还原是很困难的， 甚至是不可能的。
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实验结果表明，用一氧化碳还原游离状态的氧 化铅及硅酸铅的还原速度相差很大，其还原率也很 不相同。 这种动力学上的差别：一方面是由于游离氧化 铅中氧离子与铅离子直接键合，而硅酸铅中还存在 有SixOyz-硅氧复合离子；另一方面是由于在此温度 下，一氧化碳在硅酸盐中的扩散系数比在纯氧化物 中要小。 结合态氧化物被CO还原比游离PbO要困难得 多。降低渣含铅的可能措施：
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2、 C-O系反应热力学
固体碳燃烧过程发生的四种反应，其ΔG －T关系示于图3-1。
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从该图可以看出: (1) 曲线 1 、 3 、 4 在 978K 的 a点相交，说明当温度高于 978K 时， CO 比 CO2 更稳定； 而在低于 978K 则 CO2 比 CO 稳 定。 (2)曲线2和4都是向下倾斜 的，说明高温下生成CO的趋 势增大。
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故障处理： 铅鼓风炉常见到故障是形成炉结，它分为炉身炉 结和炉缸炉结两类，多是由于粉料过多，含硫过高， 炉况波动，操作不稳定，开炉时炉缸清理不净等原因 所引起的，特别是ZnS的存在。 通常的上部炉结用长铁钎打下，然后使其熔化除 去；下部炉结和炉缸炉结则用改变配料造成易熔熔体 洗刷，必要时也有烧氧气的措施。
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1）采用高CaO渣型，原因如下： CaO是强氧化物，可将硅酸铅中的PbO置换出来， 使其变得容易被碳还原（见后图）； 高CaO的炉渣可提高炉温，降低炉渣密度、粘度； CaO可提高烧结块的软化温度，宜于处理高品位铅 烧结块，防止过早软化影响透气性和过早熔化影响硅酸 铅的充分还原。 CaO可使Si-O及Fe-O-Zn的结合能力减弱，增加锌 和铁在熔渣中的活度，有利于炉渣的烟化处理； 但烧结脱硫率将下降、冶炼成本上升。
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在有碱性氧化物FeO和 CaO参与下，铅的氧化物 被还原的顺序为PbO·SiO2、 PbO、2PbO·SiO2，其中 PbO·SiO2最易被还原。 由于CaO与SiO2形成多 种硅酸盐，所以在配料时 CaO:SiO2的比值对还原反 应进行的程度有很大关系。 （生成 3CaO·SiO2 的△G 最负）
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1、鼓风炉还原熔炼目的
目的：使铅的氧化物还原，并与贵金属和铋等聚集进入粗 铅，而使各种造渣成分（包括SiO2、CaO、FeO、Fe3O4等）及 锌等进入炉渣，以达到相互分离。 当原料含铜较高时，可产出铅冰铜将铜富集；若原料含铜 不太高，可将铜富集于粗铅中，此时铜在炉渣中的损失将稍大。 当镍钴含量较高时，则产出黄渣（砷冰铜）将其富集。 所以，在此特殊情况下，熔炼便可能产出四种熔体产物， 并按其比重的不同分成四层，由上而下分别为①炉渣、②铅冰 铜（铅锍）、 ③砷冰铜（黄渣）和 ④粗铅。
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4、铅的还原反应△Go-T 图
氧化铅和硅酸铅的直接还原和间接还原反应的吉布斯标准自由能变化与 温度的关系可用图2-15 的△Go-T 图表示（P96）。
图2-15 铅化合物还原反应的△G--T图
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对同一类型的还原 反应，直接还原的吉 布斯标准自由能变化 的负值总比间接还原 时要大。 也就是说：固体碳 还原比用CO还原要容 易得多。 但因固-固反应极其 困难，所以，应保证 炉料熔化后与固体碳 充分反应。
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2）锌的化合物
• 锌在烧结块中主要以ZnO及ZnO·Fe2O3状态存在，只有小部分呈ZnS 和ZnSO4的状态。 ZnSO4在铅鼓风炉还原熔炼过程中发生如下反应： 2ZnSO4=2ZnO+2SO2+O2 • ZnO在熔炼时的有害影响不大，这是因为大部分ZnO能溶解在炉渣中。 实践证明，炉渣溶解ZnO的能力随渣中FeO含量的增高和SiO2与CaO 含量的降低而增大。因此，当铅精矿中含有相当多的锌时，则需完全 焙烧，在配料时，应选用高铁的渣型。 • ZnS为炉料中最有害的杂质化合物，在熔炼过程中不起变化而进入炉 渣及铅锍。 ZnS熔点高，密度又较大（4.7g/cm3)，进入铅锍和炉渣后 增加两者的粘度，减少两者的密度差，使渣与铅锍分离困难。
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3、还原反应反应热力学
1）金属氧化物CO还原（间接还原）
在铅的还原熔炼过程中，炉料所 含的各种物质都参与如下反应。 MeO=Me＋1/2O2 CO＋1/2O2=CO2 MeO＋CO=Me＋CO2 （3-1） （3-2） （3-3）
由式（1）与式（2）得式（3）： 不同温度下各种金属氧化物还原反 应平衡的pCO/pCO2比较见图3-2。 由图可见，在1000℃时金属氧化 物还原的先后顺序是: Cu2O、PbO、NiO、CdO、SnO2、 Fe3O4、FeO、ZnO、Cr2O3、MnO。
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3）砷、锑、锡、镉及铋的化合物
• 铅烧结块中砷以砷酸盐状态存在。在还原熔炼的温度和气氛下，被还 原为As2O3和砷，As2O3挥发入烟尘，元素砷一部分溶解于粗铅中，一 部分与铁、镍、钴等结合为砷化物并形成黄渣。 • • 锑的化合物在还原熔炼中的行为与砷相似。 锡主要以SnO2形态存在，SnO2在还原熔炼中按下式还原： SnO2+2CO=Sn+2CO2 还原后的Sn进入粗铅，小部分进入烟尘、炉渣和铅锍。 • 镉主要以CdO形态存在，在600~700℃下被还原为金属镉。由于镉的 沸点低（776 ℃），易于挥发，故在熔炼中大部分镉进入烟尘。 • 铋以Bi2O3存在，在鼓风炉熔炼时被还原为金属铋而进入粗 炉料 • 炉料主要组成为自熔性烧结块，它占炉料组成的80%～ 100%。 • 铅烧结块中的铅主要以PbO（包括结合态的硅酸铅） 和少量的PbS、金属Pb及PbSO4等形态存在，此外还 含有伴存的Cu、Zn、Bi等有价金属和贵金属Ag、Au 以及一些脉石氧化物。
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5、铅烧结块中其他组分在还原熔炼中的行为
• 铅烧结块中除含主金属铅和主要杂质金属铁的化合物之外，还含 有锌、铜、砷、锑、铋、镉等氧化物，它们在熔炼中的行为分别 叙述如下：