形态存在的镍、钴、铜和铁等几乎全被除去。
部分贵金属进入熔析渣中。
捞出的熔析渣(即浮渣),含铜10%~28%、铅55%~75%,经过专门处理产出粗铅返回熔铅锅,富集的铜锍送专门回收铜。
熔析操作有加热熔析和冷却熔析两种方法。
前者用于处理含杂质很高的粗铅,将粗铅锭放在反射炉或熔析锅内,在加热升温的过程中,使熔点较低含杂质较少的铅熔析出来,所产的液态粗铅需进一步经冷却熔析脱除杂质;后者是将熔炼炉放出液铅转入熔析设备,然后降温使杂质从液铅中凝析出来。
图2 粗铅的熔析和加硫除铜流程
熔析除铜产出的除铜粗铅,要经过加硫除铜作业,进一步降低含铜量。
加硫法除铜在稍高于铅的熔点温度(603~613K)下,把粉状元素硫加入不断用机械搅拌形成的液铅旋涡中,生成难溶于液铅中的Cu2S,达到除铜的目的。
粗铅熔体中铅的浓度远远大于铜的浓度,故加入的元素硫首先与铅作用生成PbS,而PbS在液铅中的溶解度可达0.7%~0.8%。
铜对硫的亲和势大于铅,故在作业温度下PbS又使液铅中的铜硫化;生成的Cu2S,浮于液铅表面而除去:
理论上残存在铅中的最小铜量只有百万分之几,实际上达到0.001%~0.002%。
加硫除铜渣,通称硫化浮渣,返回熔析段处理。
除铜过程一般都在半球形的铸钢精炼锅中间断进行。
精炼锅可盛放50~200t液铅,有的超过300t。
澳大利亚皮里港(Port Pirie)铅厂建成了世界上第一座外冷式连续除铜反射炉。
经熔析法除铜的铅含铜从1%降至0.06%~0.1%,然后转入加硫除铜工序处理。
沈
阳冶炼厂于1974年建成了中国第一座内冷式连续除铜炉,除铜铅含铜0.04%~0.08%,满足电解精炼含铜要求,不经加硫除铜而浇铸成阳极。
粗铅连续除铜是应用熔析法除铜的原理,作业多在反射炉内进行。
过程中,铅熔池自上而下形成一定的温度梯度,铜及其化合物从熔池较冷的底层析出,与加入炉内的铁屑和苏打作用造渣而被除去。
连续脱铜能简化流程、节约燃料、提高劳动生产率,便于机械化,改善劳动条件。
除锑、砷、锡使杂质砷、锑、锡与铅分离的过程,又称铅软化。
过程的原理是基于砷、锑、锡较铅易氧化成为难溶于液铅的金属氧化物,浮于液铅表面达到与铅分离的目的。
粗铅的软化有氧化精炼和碱性精炼两种方法。
由于氧化精炼法作业时间长,大型现代化炼铅厂广泛采用碱性精炼法。
氧化精炼一般在容量为30~300t液铅的浅池反射炉中进行,过程温度为1023~1073K,采用反复吹风的氧化方法。
虽然砷、锑、锡对氧的亲和势比铅大,但由于液铅中的铅浓度大大超过这些杂质的浓度,吹入液铅中的氧首先氧化的是铅:
生成的PbO再使砷、锑、锡杂质氧化。
此外,这些杂质也同时被空气中的氧所氧化。
因生成的杂质氧化物的密度比液铅小而又不溶于液铅,故浮在液铅表面与铅分离。
作业时间为12~36h,一般反复吹风到锑含量降至0.01%为止。
碱性精炼粗铅在碱性精炼装置中加热到693~723K后,连续通过由NaOH、NaCl 和NaNO3组成的氧化剂熔盐层,杂质砷、锡、锑便被氧化成钠盐:
这些钠盐的密度比液铅小而又不溶于液铅,于是悬浮在混合熔盐层中与铅分离。
此法是哈利斯(Harris)于1919年发明的,故又称哈利斯法。
精炼过程中产出的这种由锡、砷、锑钠盐所组成的碱性浮渣,经处理可得到砷、锑、锡金属或它们纯度较高的化合物。
与氧化精炼法比较,碱性精炼法具有精炼装置简单、操作温度低(693~723K)、作业机械化、精铅纯度高(99.99%),反应剂NaOH和NaCl可部分再生,杂质易回收利用等优点;缺点是处理浮渣及再生NaOH和NaCl过程复杂,需要大的厂房和设备,反应剂消耗大。
加锌除银用锌使铅与银分离的过程,工业上广泛应用的除银法。
1842年卡斯坦(Karsten)发现用锌可脱除铅中的银,帕克斯(A.Parkes)于1850年将加锌除银法用于工业生产,故又称帕克斯法。
锌对金和银的亲和势较大,能相互结合形成稳定、熔点高、密度比铅小的锌金和锌银化合物,并以固体银锌壳的形态浮于液铅表面与铅分离。
除银作业的关键在于控制好作业的温度及加锌次数和数量。
在实际操作中,大都采用“逆流”操作法,即分批加入所需的锌,将含金银较贫的银锌壳返回到高银液铅中。
第一次加锌的温度保持在773K左右,液铅冷至723~753K除去银锌壳;第二次和第三次加锌分别控制723K和
693~703K,除去银锌壳则分别为603~613K和603K。
除银后液铅含银低于2~3g/t。
大多数铅精炼厂的加锌除银作业是在除银锅中以间断方式进行的;但在少数工厂,如皮里港铅厂则是在皮里港式提银锅内连续进行的。
银锌壳是铅、锌和贵金属的合金,其中混有少量铅、锌氧化物和铜、砷、锑等金属杂质,经专门处理回收其中的锌、铅和银。
除锌除银后的铅含锌0.6%~0.7%,从粗铅除锌的精炼又称第二次精炼,所用方法有氧化精炼、氯化精炼、碱法精炼和真空精炼四种方法。
氧化精炼往除银后的液铅中通入压缩空气或水蒸气,锌被氧化成不溶于铅的氧化锌粉浮于液铅表面而与铅分离。
氧化温度一般为1023~1123K。
此法作业时间长,浮渣量多且铅损失大,现已很少采用。
碱法精炼在液铅中加入氢氧化钠和氯化钠同时不断地鼓入空气,使氧化锌生成锌酸钠(Na2O·ZnO)浮渣与铅分离。
精炼过程的温度为663~733K。
此法的优点是作业温度低、能耗少,缺点是碱回收再生麻烦,费用高。
氯化精炼往除银后的液铅中通入氯气,使锌及其他杂质金属变成氯化物浮渣而与铅分离。
过程的温度一般为653~673K。
此法的优点是除锌快速、完全,缺点是氯气对人身健康有害,而且容易腐蚀设备。
真空精炼此法是利用在相同温度下锌蒸气压比铅大的原理,在真空下控制适当温度使锌挥发而与铅分离。
真空精炼过程的真空压力为6.7~67Pa,反应器内的液铅温度为873~903K。
除锌后的铅含锌0.03%~0.06%,锌的回收率95%。
真空精炼的锌、铅损失少,不需要反应剂,产出的冷凝物(Pb-Zn合金)可直接用于加锌除银,但除锌不彻底,需要其他方法与之配合,目前此法仍被广泛采用。
除铋多数工厂采用加钙、镁除铋。
钙、镁与液铅中的铋能形成熔点高、密度小于铅的化合物,这种化合物以硬壳状浮至液铅表面而与铅分离。
此法为克罗尔(Kroll)于1922年所发明,并于1934年由贝特顿(Bet-terton)改进,故称克罗尔-贝特顿法。
钙易氧化,为防止钙的氧化,实际上是以含钙2%~5%的Pb-Ca合金和金属镁加入液铅中的。
加入的铅钙合金和镁与铋形成Mg3Bi2、Ca3Bi2和Mg2CaBi2等化合物入浮渣,因粗铅中的锌、砷、锑、铜和银均能与钙形成合金,故在除铋精炼作业前,必须首先除净这些杂质,以减少钙消耗。
加铅钙合金、镁除铋后的铅中有些悬浮状细微的铋化合物不易捞出,可加入适量的锑,能促使未溶于铅的Mg2CaBi2细微晶粒浮出液铅表面。
除铋作业在精炼锅中进行,试剂分二次,甚至三次加入。
第一次加入的作业温度为723K,最后一次除铋的温度为643K,可使铋降至0.002%。
除铋后铅还含有钙、镁、锑,须再进行一次碱性精炼除去。
有的工厂曾采用加钾、镁除铋,过程中铋呈Bi7K9Mg化合物形态进入浮渣被除去。
除铋试剂消耗量随粗铅含铋量增加而增高,故火法精炼不宜用于处理高铋粗铅,德国的北德(Norddeutsche)精炼厂在粗铅含铋高于3.5%时改用电解精炼除铋。
除钙、镁除铋后铅含钙0.03%~0.04%、镁0.04%~0.07%及少量的锌、锑,这些杂质可用氧化精炼、氯化精炼及碱性精炼除去。
在这些方法中,以碱性精炼的效果最好。
氧化精炼的作业温度为1023~1073K,反应时间4~5h。
精铅含钙0.012%,产渣量为铅的4%,渣含钙1.2%。
氯化精炼作业温度为673~773K,反应时间20~25min,铅
中含钙可降到0.017%~0.011%。
碱性精炼作业温度为633~673K,在搅拌的条件下加入少量烧碱或烧碱与硝石,使钙、镁、锑等杂质进入碱渣。
产出碱渣的成分(质量分数ω/%)为:Pb65~78,Ca2~3,Mg4~6,Bi0.05~0.1,Zn约0.6,Sb约0.1;Ag约90g/t。
干渣量约为精铅产量的2%~3%,返回铅熔炼。
精炼后铅中的钙、镁可少于百万分之一,铅样条表面光泽,出现特有的致密结晶。