（冶金工程专业论文）铅锌鼓风返烟烧结的过程研究.pdf

at h e s i si nn o n - f e r r o u sm e t a l l u r a v s t u d yo nt h ep r o c e s so f p b - z nb l a s t i n g s i n t e r b yw a n g z h i h u a s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rz h a n gt i n g a n n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j u n e2 0 0 9 舢2 m肌脚9栅斟 m 脚7m舢y 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导f 完成的。论文中 取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表 或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了 明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：三耋菩芦 f 日期：加饵6 衩乃司 1 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年口一年口一年半口两年口 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： 东北大学硕士论文 摘要 铅锌鼓风返烟烧结的过程研究 摘要 随着我国有色金属需求量的增加，铅锌冶金行业近年来也得到了相应的发展。本文 主要介绍铅锌密闭鼓风炉( i s p ) 熔炼法中的烧结工序，通过查阅大量文献书籍，并结 合自身从事烧结生产的经验，对铅锌烧结的投产、运行、技术分析和部分技术改造等问 题进行了综合论述。 本文论述和研究的主要内容及取得的成果主要分为以下六个方面： 1 介绍了铅锌的基本性质和铅锌焙烧的热力学原理。 2 系统论述了铅锌烧结机首次投产的过程及技术特点。 3 根据生产中出现的烧结机料层透气性差而导致烧结生产波动等情况，探讨了改 善烧结料层透气性、稳定生产的途径。 4 根据烧结生产过程中一直存在的烧结产物残硫过高的现象，探讨了通过改善鼓 风制度等措施降低烧结块残硫的措施。 5 论述了提高烧结过程重要产物电尘的处理能力，降低整个系统含镉，稳定 工艺技术指标的问题。 6 介绍了生产运行中改善烧结机润滑性能等几项技术改造。 关键词：铅锌；烧结；残硫；料层；鼓风量 _ ， 、 东北大学硕士论文 a b s t r a c t s t u d yo nt h ep r o c e s so f p b - z nb l a s t i n gs i n t e r a bs t r a c t w i t ht h er a p i di n c r e a s eo fm e t a li no u rc o u n t r y , l e a da n dz i n cm e t a l l u r g yt r a d ea l s oa l o n g 谢t hi t sd e v e l o p m e n t t h i sa r t i c l ei n t r o d u c e st h el e a da n dz i n ci s f ( i s p ) s m e l t i n gm e t h o do f s i n t e r i n gp r o c e s s e s al a r g en u m b e ro fb o o k sa v a i l a b l et h r o u g ht h el i t e r a t u r ea n di nl i g h to f i t so w nt oe n g a g ei nt h ep r o d u c t i o no fs i n t e r i n g ，t h es i n t e r i n go fl e a da n dz i n cp r o d u c t i o n ， o p e r a t i o n , t e c h n i c a la n a l y s i sa n ds o m eo ft h et e c h n i c a li s s u e ss u c ha sac o m p r e h e n s i v e e x p o s i t i o n i nt h i sp a p e r , a n ds t u d yt h ec o n t e n t sa n dt h er e s u l t sc a nb eb r o a d l yd i v i d e di n t ot h e f o l l o w i n gs i xa r e a s f i r s t l y ，t h eb a s i cn a t u r eo fl e a da n dz i n ca n dt h et h e r m o d y n a m i cp r i n c i p l e so fl e a da n d z i n cr o a s t i n gh a v eb e e ni n t r o d u c e d s e c o n d l y ，t h ep r o d u c t i o np r o c e s sa n dt e c h n i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fp b - z ns i n t e r i n gs y s t e m o nt h ep l a n ef o rt h ef i r s tt i m eh a v eb e e nd i s c u s s e d t h i r d l y ，d i s c u s s i o ni se x p e c t e dt oi m p r o v et h es i n t e r i n gl a y e rp e r m e a b i l i t ya n ds t a b l e p r o d u c t i o n ，a c c o r d i n gt oa p p e a ri nt h ep r o d u c t i o no fl a y e r ss i n t e r e dm a t e r i a lp l a n eo fp o o r v e n t i l a t i o nc a u s e db yf l u c t u a t i o n si np r o d u c t i o n , s u c ha ss i n t e r i n g f o u r t h l y ，m e a s u r ei nr e d u c i n gt h er e s i d u a ls u l f u ri ns i n t e r e db l o c k s ，s u c ha si m p o v i n g b l a s t i n gs y s t e m ，h a sb e e ni n v e s t i g a t e d ，a c c o r d i n gt ot h et o oh i g hc o n t e n to f r e s i d u a ls u l f u ri n s i n t e r e db l o c k si nt h ep r o d u c t i o np r o c e s s f i f t h l y ，t h er e a t m e n tc a p a c i t yo fc a d m i u md u s t ，t h ei m p o r t a n tp r o d u c t i o nw h i l ei m p r o v i n g s i n t e r i n gp r o c e s sh a sb e e nd i s c u s s e d a sar e s u l t ，c a d m i u mc o n t e n td u r i n gt h ew h o l ep r o c e s s r e d u c e da n dt e c h n o l o g yi n d i c a t o r sa r es t a b l e f i n a l l y ，s o m et e c h n i c a lt r a n s f o r m a t i o nf o ri m p r o v i n gs i n t e r i n gm a c h i n el u b r i c a t i o ni n p r o d u c i n gp r o c e s sh a sb e e ni n t r o d u c e d k e yw o r d s ：l e a d ；z i n c ；s i n t e r i n g ；s u l f u rr e s i d u e ；l a y e r so fm a t e r i a l s ；b l a s tv o l u m e i i i 一 东北大学硕士论文 目录 目录 独创性声明i 摘要i i a b s t r a c t i i i 目录 第1 章绪论1 1 1 铅锌冶金的背景1 1 1 1 铅锌冶金简介一1 1 2 铅的性质与用途一1 1 2 1 铅的物理化学性质1 1 3 锌的物理化学性质4 1 3 1 锌的物理性质一4 1 3 2 锌的主要化合物的性质一4 1 3 3 锌及其合金、化合物的用途5 1 4 世界铅锌储量5 1 5 铅锌密闭鼓风炉简介6 1 5 1 起源6 1 5 2 发展6 1 5 3 铅锌烧结存在的问题一6 1 5 4 焙烧产生的中间物料成分复杂，需要处理后才能返回配料7 1 6 铅锌鼓风返烟烧结研究的具体内容7 1 6 1 工艺流程图。7 1 6 2 相关试验及研究8 第2 章铅锌烧结的原理与讨论1 0 2 1 鼓风返烟烧结工艺综述1 0 2 2z n s 烧结焙烧热力学分析1 0 i v - 东北大学硕士论文目录 2 3p b s 烧结焙烧热力学分析1 2 第3 章葫芦岛锌厂烧结车间投产实践1 5 3 1 原料情况1 5 3 1 1 铅锌混合精矿1 5 3 1 2 返粉1 5 3 1 3 石灰石15 3 2 配料计算。15 3 2 1 矿物成分表1 6 3 2 2 计算过程：1 6 3 3 投产前必要的设计变更1 9 3 4 投产实践以及相关问题处理1 9 3 4 1 运行实际情况1 9 3 4 2 投产中出现的问题19 第4 章降低烧结块残硫的分析与措施2 l 4 1 点火效果与烧结块残硫的关系2 1 4 2 关于硫酸铅的分析以及降低硫酸铅的途径2 1 4 3 关于硫酸钙的分析以及降低硫酸钙的途径2 3 4 3 1 石灰石在烧结过程中的反应行为2 3 4 3 2 硫酸钙的分解2 3 4 3 3 关于硫酸钙的结论。2 5 4 4 其他硫酸盐的反应行为2 5 4 5 水分的影响2 5 4 6 鼓风制度与块残硫的关系2 6 4 6 1 鼓风量实例一2 6 4 6 2 分析2 6 第5 章提高铅锌鼓风返烟烧结对原料适应性的研究2 8 5 1 改善烧结对原料适应的必要性2 8 5 2 铅锌烧结的主要原料及其特性2 8 5 2 1 主要原料的化学成分2 8 v - 东北大学硕士论文 目录 5 2 2 主要原料的物理化学性质2 9 5 3 提高铅锌烧结对原料适应性的生产实践3 0 5 3 1 加强抓斗吊车配料前的预混3 0 5 3 2 优化工艺条件3 0 5 3 3 改进设备3 1 5 3 4 增设烧结电尘除c d 工艺一3 1 5 4 提高系统对原料适应性以后原料处理情况和技术经济指标3 1 5 4 1 实例31 5 4 2 存在的问题3 2 5 5 铅锌烧结处理杂料的设想与实践3 3 5 5 1 配入电厂旋涡尘和电解锌系统铅泥的生产实践3 3 5 5 2 结果分析。3 4 第6 章改善烧结料层透气性的探讨3 6 6 1 相关冶金反应动力学简介一3 6 6 2 炉料透气性对烧结的影响3 6 6 3 改善炉料透气性的途径3 7 6 3 1 加强烧结原料准备3 8 6 3 2 加强制粒效果3 9 6 3 3 强化烧结操作与控制4 0 第7 章降低系统含镉量。4 2 7 1 降低系统镉含量的必要性4 2 7 2 电尘除镉的主要流程4 2 7 2 1 流程简述4 2 7 2 2 主要化学反应4 4 7 2 3 除镉工艺的优缺点及相应措施4 4 7 3 制约镉系统生产产能的主要因素4 4 7 3 1 提高电尘处理量一4 5 7 3 2 改善电尘供应4 5 7 3 3 提高电尘处理能力一4 6 v i ， 东北大学硕士论文 目录 7 3 4 提高浸出率4 8 7 4 运行效果4 9 第8 章技术改造及应用。5 0 8 1 烧结机滑道密封性能和润滑油脂的改进5 0 8 1 1 传统烧结机滑道密封润滑脂5 0 8 1 2 新型烧结机滑道密封润滑脂的性能二5 1 8 1 3 烧结机滑道润滑问题解决办法5 2 8 2 烧结机所使用的耐火材料性能和改进5 2 8 3 关于机尾2 0 0 0 m 2 三态返吸收尘器的改造5 3 8 4 烧结机4 工艺风机的改型5 3 参考文献5 4 致谢5 6 v i i 东北大学硕士论文 第1 章绪论 1 1 铅锌冶金的背景 1 1 1 铅锌冶金简介 第1 章绪论 铅是人类较早冶炼并使用的金属之一。埃及保存有公元前6 0 0 0 多年的金属铅。中 国目前发现最早的铅块距今约4 0 0 0 年。 锌是一种古老的金属，我国早在唐朝以前就掌握了生产锌铜合金一黄铜的生产技 术。金属锌的生产方法首先也是由我国发明的，距今已有9 0 0 多年的历史，直到1 8 世 纪，金属锌的冶炼技术才由我国输往欧洲【lj 。 粗铅的生产以火法为主，湿法炼铅仍处于试验阶段。各种粗铅熔炼方法有：沉淀 熔炼、反应熔炼，烧结焙烧鼓风炉还原熔炼( 即标准流程) 、顶吹回转炉炼铅法、q s l ( 氧气底吹) 炼铅法。 锌的生产方法分为火法和湿法两种。火法炼锌的方法有：平罐蒸馏法、竖罐蒸馏 法、电热法及鼓风炉熔炼法( 即i s p 法) 。火法炼锌的基本过程是将硫化锌精矿预先沸 腾焙烧或烧结焙烧后，用间接或直接加热的方法加入煤或焦碳进行还原蒸馏，然后将锌 蒸汽冷凝成粗锌。为了获得较高纯度的锌，粗锌需要进一步精炼。湿法炼锌也是预先将 硫化锌精矿焙烧后，用废电解液进行浸出，使锌进入溶液，然后将溶液净化，最后电解 产出电解锌。此外，高温高压浸出黄钾铁矾( 或针铁矿) 沉铁法被工业生产成功地应 用，同时针对复杂矿的高压浸出也在有关大专院校和科研机构展开卓有成效的研究【2 】。 1 2 铅的性质与用途 1 2 1 铅的物理化学性质 1 2 1 1 物理性质 铅为蓝灰色的金属，新鲜断面具有强烈的金属光泽。它是重金属中最柔软的，能 用指甲刻划，其莫氏硬度为1 5 。铅中含有少量的c u 、a s 、s b 、z n 、碱金属及碱土金 属时，都会使其硬度增加。 铅是最重的金属之一，固体铅的比重为1 1 3 4 ，而液体铅的比重随着加热温度的升 高而降低( 见表1 1 ) 。 东北大学硕士论文第1 章绪论 铅的展性良好，可以压轧成铅皮或锤成铅箔；但是延性甚小，不能拉成铅丝。 表1 1 铅的比重随温度的变化 t a b l e1 1s p e c i f i cg r a v i t yo fl e a dc h a n g ew i t ht e m p e r a t u r e 铅的熔点很低，为3 2 7 4 c ，沸点为1 5 2 5 c ( 根据不同的文献资料，测得的数值 波动很大) 【3 1 。铅在5 0 0 5 5 0 时便有显著的挥发，在不同温度下铅的平衡蒸汽压如下： 表1 2 铅的平衡蒸汽压 t a b l e1 2l e a de q u i l i b r i u ms t e a mp r e s s u r e 高温时由于铅及其化合物的挥发量大，易导致铅的损失和引起工人中毒现象，所 以在生产过程中，必须有完善的收尘设备。 铅的熔化潜热为6 2 6 卡克；蒸发潜热为2 0 1 卡克。固体铅的平均比热为0 0 3 2 7 ( 1 8 3 0 0 ) 卡克度；液体铅为0 0 3 5 5 卡克度。液体铅的粘度很小，即铅的流动性 很好，所以在修建熔炼炉和精炼炉时都应该注意防止漏铅。 铅是热和电的不良导体，如果取银的导热度和导电度为1 0 0 ，则铅的导热度仅为 8 5 ，而导电度仅为1 0 7 。 1 2 1 2 化学性质 铅是门捷列夫元素周期表第四周期的元素，原子序数为8 2 ，原子量为2 0 7 2 1 ，原 子价为2 和4 。 常温时，铅在干空气中不起化学变化，但在潮湿的含有c 0 2 的空气中，铅便氧化 失去光泽，被次氧化铅( p b 2 0 ) 薄膜所覆盖而变成暗灰色，此薄膜慢慢转变成碱式碳酸 盐【3p b c 0 3 。p b ( o h ) 2 】。 铅在空气中加热熔化时，最初氧化成p b 2 0 表面出现虹彩，再升高温度则变成p b o ， 继续加热到3 3 0 4 5 0 时，则p b o 变成p b 2 0 3 ；当温度升高到4 5 0 - 4 7 0 。c 时，又转变为 p b 3 0 4 。无论是p b 2 0 3 或p b 3 0 4 在高温下都会发生离解，即p b 3 0 4 = 3 p b o + 1 2 0 2 。 所有含氧量比p b o 多的铅的氧化物都不稳定，当温度高于6 0 0 时，都会离解成 p b o 及0 2 ，c 0 2 对铅的氧化作用不大。 铅易溶于硝酸、硼氟酸( h b f 4 ) 、硅氟酸( h 2 s i f 6 ) 、醋酸( c h 3 c o o h ) 等：难溶 于稀盐酸及硫酸；缓溶于煮沸盐酸及发烟硫酸。常温时盐酸及硫酸仅仅作用于铅的表面， 2 东北大学硕士论文 第1 章绪论 形成几乎不溶的p b c l 2 和p b s 0 4 的膜附着在铅表面，使内部的金属不再受酸的影响，但 在煮沸的盐酸和加热2 0 0 。c 的硫酸的作用下，铅能缓慢地溶解1 4 j 。 1 2 1 3 铅的主要化合物的性质 ( 1 ) 硫化铅在自然界中硫化铅呈方铅矿形态存在，结晶状态呈暗灰色，具有金 属光泽。比重为7 2 3 - 7 5 9 。熔点1 1 3 5 ( 2 ，熔化后流动性好，能渗入炉砖缝隙中。 硫化铅是易挥发的化合物，6 0 0 时就开始挥发，其蒸汽压与温度的关系如下： 表1 3 硫化铅平衡蒸汽压 t a b l e l 3l e a ds u l f u r a t i o ne q u i l i b r i u ms t e a mp r e s s u r e 硫化铅是不稳定的化合物。当某种对硫亲和力大于铅的金属与p b s 作用时，硫化 铅中的铅便被这种金属置换出来。例如在1 0 0 0 * c 以上，用铁作置换剂，其反应如下： p b s + f e = f e s + p b( 1 1 ) 沉淀熔炼即基于此原理。但上述反应进行得不完全，铁只能从p b s 中取代7 2 7 9 的铅，其余呈p b s 形态的铅，在熔化后与f e s 结合成稳定的化合物3f e s p b s ，称为铅 冰铜。硫化铅能溶于浓硝酸、盐酸、硫酸及三氯化铁的水溶液，在空气中燃烧时，硫化 铅被氧氧化成氧化铅或硫酸铅。 ( 2 ) 氧化铅又名密陀僧，因晶格不同，有两种同素异形体，红密陀僧和黄密陀 僧。氧化铅离解温度很高，大于2 0 0 0 。氧化铅是强氧化剂，能使s 、f e 、a s 、s n 、 z n 等氧化，所形成的氧化物造渣或挥发。如： 2 p b 0 + s = 2 p b + s 0 2 ( 1 - 2 ) p b o + f e = p b + f e o( 1 - 3 ) ( 3 ) 硫酸铅硫酸铅在高温下为不稳定的化合物，8 0 0 开始分解，9 5 0 以上离 解进行得很快： p b s 0 4 - p b o + s 0 2 + l 2 0 2 ( 1 4 ) 此反应式是烧结过程中降低烧结块残硫的重要依据。 1 2 1 4 铅及其合金、化合物的用途 金属铅主要用于铅蓄电瓶；因其能吸收放射性线，可用于原子工业；铅还可参与 制作耐磨合金。铅的化合物应用广泛，四乙铅 p b ( c 2 h 5 ) 4 加入汽油中，可以防止汽车 发动机燃烧时爆炸【5 1 。 表1 41 9 9 8 年一些主要铅消费国的消费构成( ) 1 6 1 3 东北大学硕士论文 第1 章绪论 t a b l e1 4s o m em a j o rp bc o n s u m p t i o ns t a t e s c o n s u m p t i o nc o m p o s i n gi n19 9 8 ( ) 注：法国为1 9 9 7 年数据，澳大利亚为1 9 9 6 年数据。 1 3 锌的物理化学性质 1 3 1 锌的物理性质 锌是元素周期表第四周期第二副族的元素，原子序数3 0 ，原子量6 5 3 8 。锌为蓝 白色的有色重金属，新鲜断面具有金属光泽。 锌是比较软的金属之一，仅较铅、锡稍硬。锌在常温下性脆，延展性很差；若加 热到1 0 0 1 5 0 富有延展性，2 5 0 时延展性消失。锌的熔点为4 1 9 5 8 ，沸点为9 0 6 9 7 。常温下比重为7 1 ，液态锌比重6 4 8 。 锌的抗腐蚀性能很好。干燥的空气在常温下对锌没有影响；若在常温下与湿空气 接触则其表面被逐渐氧化，生成一层灰白色致密的碱性碳酸锌 z n c 0 3 3 z n ( o h ) 2 薄膜， 保证内部的锌不在继续被腐蚀。 纯锌不与硫酸或盐酸作用，但锌中有少量杂质时，则极易与硫酸或盐酸作用而被 溶解，同时产生氢气。 锌在电位序表中位置很高，能从很多重金属水溶液中置换出重金属。锌能与很多 金属组成合金，最常见的是铜锌合金( 黄铜) 。 1 3 2 锌的主要化合物的性质 1 3 2 1 硫化锌 硫化锌( z n s ) 在自然界中以闪锌矿状态存在。金属锌在有硫或硫化氢存在的条件 下加热可形成硫化锌。硫化锌是一种难熔的化合物，其熔点1 8 0 0 1 9 0 0 c ，1 2 0 0 时显 著挥发。 4 东北大学硕士论文 第1 章绪论 硫化锌在高温下易被空气氧化成氧化锌或硫酸锌： 2z n s + 30 2 = 2 z n o + 2 s 0 2 或z n s + 2 0 2 = z n s 0 4 这两个反应为铅锌烧结的重要反应。 1 3 2 2 氧化锌 ( 1 5 ) ( 1 6 ) 氧化锌( z n o ) 是一种白色的微细粉状物，当锌和硫化锌氧化时皆能生成氧化锌。 氧化锌在高温下能被碳、一氧化碳及氢还原成金属锌，其中被一氧化碳还原的反应在火 法炼锌中具有重大意义： z n o + c o = z n + c 0 2 ( 1 7 ) 1 2 2 3 、硫酸锌硫酸锌( z n s 0 4 ) 是氧化锌溶解于硫酸中的产物，焙烧硫化锌也 可生成硫酸锌。硫酸锌易溶于水。硫酸锌在6 0 0 左右就可以分解，8 0 0 时剧烈分解： z n s 0 4 = z n o + s 0 2 + 1 2 0 2 ( 1 - 8 ) 此反应在8 5 0 左右时其分解压力就达到1 大气压。 1 3 3 锌及其合金、化合物的用途 ， 锌的用途很广，其中有一半左右用于镀锌，作为保护钢材或钢铁制品的覆盖物。 其他作用依次为制造合金、精密铸造、扎制锌材及制取锌氧化物等。 表1 51 9 9 8 年一些主要锌消费国的消费构成( ) 【6 】 t a b l e1 5s o m em a j o rz nc o n s u m p t i o ns t a t e s c o n s u m p t i o nc o m p o s i n gi n19 9 8 ( ) 注：法国为1 9 9 7 年数据，澳大利亚为1 9 9 6 年数据。 1 4 世界铅锌储量 据1 9 9 9 年美国地调局统计，世界已探明的铅资源量为1 5 1 0 8 吨，锌资源量为1 9 5 东北大学硕士论文第1 章绪论 1 0 8 吨。我国铅、锌矿资源丰富，储量均仅次于澳大利亚，位居世界第二位。世界现 有铅矿储量基础静态基础的保证年限为5 0 年；世界现有锌矿储量基础静态基础的保证 年限为6 2 年。 1 5 铅锌密闭鼓风炉简介 1 5 1 起源 铅锌密闭鼓风炉起源于2 0 世纪5 0 年代英国a v o n m o u t h ( 阿旺矛斯) 厂，全称 i m p e r i a ls m e l t i n gp r o c e s s 法，简称i s p 法或帝国熔炼法。全世界目前有1 6 套冶炼i s p 法冶炼企业，我国的韶关冶炼厂、葫芦岛有色金属集团公司铅锌冶炼厂、陕西东岭集团 铅锌冶炼厂和甘肃白银有色金属公司铅锌冶炼厂工共有5 套i s p 工艺。i s p 法炼锌约占 世界锌产量的1 4 左右，是目前还具有一定生命力的唯一火法熔炼方法【7 1 。而铅锌鼓风 返烟烧结是i s p 法里面烧结、熔炼两大重要工序之一。主要完成硫化铅、锌精矿在高温 ( 8 0 0 以上) 条件下经氧化脱硫转为硫化物，并烧结产出具有多孔和一定强度的烧结 块的过程。烧结过程应尽可能提高烟气中s 0 2 浓度以利于制酸，同时力求富集原料中易 挥发的有价金属以便综合利用【丌。早期i s p 法为吸风烧结，而且烧结机面积小，一般为 2 0 - - - 3 0 m 2 , 烟气s 0 2 浓度仅为1 - 2 ，不能用于生产硫酸，只能外排到空气中，既浪费 了资源又污染了环境。1 9 5 5 年澳大利亚p i r i e 港为提高烟气s 0 2 浓度，安装了有效面积 为9 2 平方米的鼓风烧结机进行工业生产，将s 0 2 浓度提高到5 - 8 可直接送去制酸。 p i r i e 港鼓风烧结机投产以后，美国赫克勒尼姆、加拿大特雷尔厂等其他厂家相继将原 吸风烧结改为鼓风烧结【引。 1 5 2 发展 进入2 0 世纪7 0 年代以后，为尽量提高烧结烟气的二氧化硫浓度，减少漏风，鼓 风烧结机渐趋大型化。在生产中采取返烟提浓，富氧烧结或抽取烟罩内二氧化硫浓度较 高的部分烟气等办法，以满足制酸要求。 1 5 3 铅锌烧结存在的问题 1 5 3 1 残硫过高影响下道工序 因为硫化铅精矿的氧化焙烧与其他硫化物的氧化不同，首先表现为焙烧脱硫的不 彻底性【8 】，即烧结块残硫较高，而残硫高则容易引起鼓风炉长炉节，或者形成难排放、 6 一 东北大学硕士论文 第1 章绪论 渣铅分离差的黄渣。因此需要对降低烧结块残硫的途径予以探讨。 1 5 3 2 烧结块产量和质量随原料产地、品质等方面波动很大 烧结原料往往存在大矿山优质精矿和小矿山低品位精矿之间的性价比，即：大矿 山优质精矿品位和反应性都好，但是价格较高，赢利空间小；而小矿山精矿价格便宜， 但是反应性差，s i 0 2 等杂质元素含量高，从而影响相关技术经济指标。如何将二者合 理地搭配起来，是提高烧结生产对原料的适应性和企业赢利能力所必须探讨的问题。 1 5 3 3 烧结焙烧反应的动力学条件不及沸腾焙烧 烧结生产属于“死焙烧，不同于沸腾焙烧。生产中炉料透气性对烧结状况影响 很大，而烟气和氧气的内扩散又是焙烧反应的限制性条件，所以需要解决改善烧结料层 透气性的有效途径，从而优化烧结生产工艺条件。 1 5 4 焙烧产生的中间物料成分复杂，需要处理后才能返回配料 烧结过程中产生大量电尘，平均每天约3 0 吨，电尘含镉较高，如重新配料势必在 系统中富集，对锌精馏系统造成恶劣影响，需要对电尘含镉问题进行妥善解决。 因此，本篇论文除对铅锌鼓风烧结生产过程进行必要的论述和研究以外，还 将就上述几个问题和难点进行重点分析和探讨，力求解决生产中存在的一些实际问题。 1 6 铅锌鼓风返烟烧结研究的具体内容 铅锌鼓风返烟烧结是i s p 工艺中的重要工序。现在世界上铅锌冶炼厂所处理的矿 物原料，9 0 以上是铅、锌硫化精矿，由于铅和锌主要以硫化物形态存在，即以方铅矿 或闪锌矿存在，要把p b s 和z n s 还原得到金属，在目前火法冶金生产技术条件下，很 难找到一种能满足技术与经济要求的还原剂。因此，铅锌火法冶炼厂所采用的冶炼方法， 是将这种硫化精矿首先进行焙烧或烧结焙烧，以转变精矿中p b s 和z n s 的矿物形态， 使其氧化成p b o 和z n o ，以便下一步用碳还原。 这就是焙烧或烧结焙烧的主要目的之一。 1 6 1 工艺流程图 铅锌硫化精矿焙烧得到的铅锌氧化产物，大都是采用鼓风炉进行还原熔炼的。鼓 风炉只能处理块状物料，因此细小的硫化精矿进行焙烧时，应利用硫化物氧化放出的热 量来升高温度，使粉状的氧化物料在高温下熔结成块。这就是烧结焙烧的另一个主要目 的。 ，7 东北大学硕士论文第1 章绪论 6 撑皮带混合圆筒7 拌、8 拌皮带 上 1 l 波纹辊破碎杌- 1 。# 、11 撑皮带光辊破碎机1 2 撑皮带l 返蔷篓喜机) 图1 1 铅锌鼓风返烟烧结工艺流程图 f i g u r e1 1t e c h n o l o g i c a lf l o ws h e e to fp b - z nb l a s t i n gs i n t e r 在金属硫化物的氧化过程中，硫氧化为s 0 2 ，进入烟气送去生产硫酸。所以铅锌 冶炼厂也是生产硫酸的化工厂。为了优质、高效地生产硫酸，必须保证合格而且稳定的 s 0 2 浓度，这也是烧结焙烧需要面对和研究的问题。 简单地讲，铅锌鼓风返烟烧结所研究的主要问题就是：脱硫、结块和保证烟气中 的s 0 2 浓度。 1 6 2 相关试验及研究 o n gw a d s w o r t h 和f a s s e l l ( 19 5 6 ) 曾经对闪锌矿氧化速度进行过研究。试验是在 长方形容器内，用氧气氧化，试验温度为7 0 0 8 0 0 。每次试验中各试样的失重都是连 续测定的，所有的结果都符合直线规律。因此，可以得出结论，在硫化物外表生成的氧 化产物( z n o ) 是多孔的。在少数实验中，曾经把热电偶插在试样表面测温，发现氧化 开始阶段，所测温度上升。引用的结果表明，试验开始阶段测得的温度比炉温高6 0 。 随着反应层进入试样内部，离开了热电偶测点后，这一增高的温度又回降到零一j 。 反应z n s + 3 2 0 1 2 = z n o + s 0 2 ( 1 - 9 ) 的自由能变化为g 。= 1 0 8 0 0 0 + 1 8 t 卡 从上式可以看到，这一过程发生巨大的热量变化。这个数值是有代表性的，因此， 可以预计在很多硫化物焙烧中，把热量传离反应面起着重要作用。 8 东北大学硕士论文第1 章绪论 在较高温度下，d e n b i g h 和b e v e r i d g e ( 1 9 6 2 ) 发现锌的硫化物以阴原子和硫分子 形态挥发，这种挥发作用在氧化机理中起着重要作用。在1 0 0 0 以上时，随着试验温 度的增高，氧化反应的速度减慢。这是由于温度升高时，氧化产物的烧结效应增加了， 阻碍了氧与硫化物的接近。温度高于1 0 0 0 时，在残余的锌的硫化物小核表面，形成 了一层又坚又密的氧化物外壳。氧化物的外壳内径大致相当于硫化物球的原始直径。残 余硫化物小粒与氧化物外壳中的气相作用而氧化。最后，当温度高于1 3 5 0 时，主要 氧化作用不再时单纯的在氧化物周围进行，而是在整个反应容器内进行。很明显，这是 在空气和硫化锌蒸汽之间进行气相反应的结果【l o l 。 z n s 蒸汽压方程式为： l g p ( 大气压) 一1 3 9 8 0 t + 7 0 9( 1 1 0 ) 因而，硫化锌在1 11 2 时蒸汽压为1 0 一3 大气压，在1 3 5 0 时为3 1 0 2 大气压， 这时气相反应已经占优势了。这样，我们可以断定，在硫化物外面形成的氧化物的凝聚 层，当硫化物蒸汽压超过1 0 2 大气压时就已经不存在了【】。 9 东北大学硕士论文第2 章铅锌烧结的原理与讨论 第2 章铅锌烧结的原理与讨论 2 1 鼓风返烟烧结工艺综述 葫芦岛锌业股份公司公司所属的铅锌冶炼厂是国家第六批国债重点建设项目，引进 英国i s p ( i m p e r i a ls m e l t i n gp r o c e s s e s ) 工艺，由长沙有色冶金设计研究院设计。工程 2 0 0 3 年1 0 月破土动工，2 0 0 6 年6 月烧结、制酸系统建成试车，7 月1 2 日烧结系统投 料生产并一次投产成功。下面就烧结系统投产初期相关控制参数进行归类分析，力求对 以后烧结系统的正常稳定运行提供一些帮助。 硫化铅锌精矿的烧结焙烧是混合料在高温( 8 0 0 以上) 条件下经氧化脱硫转为氧 化物，并烧结产出具有多孔和一定强度的烧结块的过程。烧结过程应尽可能提高烟气中 s 0 2 浓度，以利于制酸，同时力求富集原料中易挥发的有价金属，以便综合利用。 铅精矿焙烧时形成多种易熔化合物，这些易熔化合物在冷却时便成为炉料的胶结 剂，其中起主要作用的是硅酸铅。不同组分的硅酸铅的熔点分别介于7 1 4 - 7 4 3 ， 高于此温度即成熔融状态，而低于此温度区间硅酸铅便成了质地坚硬的胶结剂。 对于烧结焙烧来说，参与反应的主要元素是锌、铅、硫和氧，其次是硅酸盐、铁 酸盐及钙质溶剂等的反应。所以，首当其冲应该讨论的，则是锌、铅焙烧的热力学问题。 2 2z n s 烧结焙烧热力学分析 硫化锌精矿焙烧过程实质上是硫化物的氧化过程，焙烧产物的组成在很大程度上 取决于温度和所控制的炉气成分，所以通过控制温度和炉气成分这两个因素就可以控制 焙烧产物的组成，获得所希望的氧化锌或硫酸锌。 硫化锌氧化成氧化锌的反应： 2 z n s + 3 0 2 _ 2 z n o + 2 s 0 2( 2 - 1 ) 硫酸锌和三氧化硫的生成： z n s + 2 0 2 = z n s 0 4 ( 2 - 2 ) 2 s 0 2 + 0 2 = 2 s 0 3 ( 2 - 3 ) 氧化锌与氧化铁形成铁酸盐： z n o + f e 2 0 3 = z n o f e 2 0 3 ( 2 4 ) 对于硫化锌而言，反应式( 2 1 ) 进行的趋势取决于温度和气相组成。但是在实际 的焙烧温度下( 1 1 2 3 - 1 3 7 3 k ) ，反应式只会向右进行，是一个不可逆方程式，并且反 - 1o - 东北大学硕士论文第2 章铅锌烧结的原理与讨论 应时放出大量的热量。 反应式( 2 2 ) 、( 2 3 ) 是可逆的放热反应，在低温下有利于反应向右进行。硫酸锌 的生成反应是复杂的，最终的反应是： z n o + s 0 2 + i 20 2 = z n s 0 4 ( 2 5 ) 但是，许多研究还表明，该反应还会生成一定组成的碱式硫酸锌，用热重分析与 x 射线分析法进行试验，已确定碱式硫酸锌的组成为z n o 2 z n s 0 4 ，同时对z n s 0 4 和 z n o 2 z n s 0 4 的分解压进行了测定，在1 0 0 7 k 时z n s 0 4 有晶格转变发生，估计为： z n s 0 4 ( a ) = z n s 0 4 ( b ) ( 2 6 ) h o = 2 0 1 7 2 k j ( 1 0 0 7 k ) 因此，确认硫化锌的焙烧有三种无水硫酸锌存在，即低于1 0 0 7 k 时稳定的是 a z n s 0 4 ，高于1 0 0 7 k 时稳定的是p z n s 0 4 和z n o 2 z n s 0 4 。 所以在z n s o 系中已知的凝聚相有z n 、z n o 、z n s 0 4 、和z n o 2 z n s 0 4 。根据所列 的化学平衡的热力学数据，作出p _ 1 9 p s 0