（冶金物理化学专业论文）鼓风炉熔炼高铅渣的计算机模拟.pdf

昆f 删删1 一大学硕1 ? 论文 摘要 摘要 传缆的烧绒鼓风炉炼镪流程c p 存在卷能耗，裁、返料量大、s 0 2 浓度较低，不利 予刎酸、环境污热，t 重、腿酸不彻底等蠼题，厨这些婀题烹要是在烧绩过程中出 现或存在鼹，噬此人镪盎对传统浚程进行菠遴熬阔时叉磺究了许多新的毫接燎铬 方法，以；l j 消狳这些阉遂。其中有许多方法楚将传统浇结改为离氧位条件下静强 氧化过程，尽量脱硫澍时，童成高锫渣+ 撙在强还原气氛中还原离错渣得到粗锚的 工艺流程。因此，高铅渣的还原熔炼是一个涉及比较广泛的问题。已经有许多的 研究和实验，但鼓风炉熔炼高铅渣的计算机模型国内外却很少戚没有人对此进行 过尝试。 本文针对云南冶金嶷豳总公司b l 进a u s m e l t 公司氧气顼吹熔炼炉进圣亍氯化脱 凌譬产藤镪浚，然孱聚用鼓撤炉还愿熔炼商镪涟这毅毂工艺流理进 亍了一些夏秀 究私分析，遥过院鞍a u s m e l t 繇锘法和传统法静络炼过程，可觅a u s m e l t 冻镭法中 氧化熔流设箭简单、密封静好、豺于操作、脱硫率高、s 0 2 浓度高，利于制酸、能 耗低，及鼓j x l 炉还原熔炼技术成熟、一 艺可靠、熔炼指标较好、易于实现自控等 优点，证明了这一流程的可行性；同时还通过比较搿铅渣块和烧结块的性质，说 明了高锚渣块对鼓风炉还原熔炼的适应性。 在此基础上，重点时论了鼓风炉还联熔炼裹错渣的过程。避过对越过程基予 貔糕平锯季嚣热平餐基毯上遴嚣蕊热力学分鸯厅，提出了鼓城炉对离铅渣懿还滠熔炼 梭登；稍蒲编镧瀚汁算程序，对掰建：遗：静还藤络炼篌鍪进行了计算j 凡模拟一k 述 工件表嘲，本文所建立的鼓风炉还原熔炼模戮能够较好的描述鼓风炉熔炼高铅渣 的过程。运用所建立| _ 勺鼓风炉还原熔炼模型，川以计算当改变控制参数时产物 各相组成：以及在高锚渣成分变动时产物各相组成，从而可对鼓风炉熔炼高铅渣 提供蚺有益的参考霸1 预测f l ! 。 关键词毅砜沪铬冶炼裔铅渣汁算机模叛 鼓风炉熔炼商铅渣的汁算机模拟 2 0 0 3 年4 月 a b s t r a c t t h e r ea r es o m e p r o b l e m s i nt r a d i t i o n a l p r o c e s s e s o fl c a d m e t a l l u r g y ： s i n t e r i n g b l a s tf u r n a c et r e a t m e n t s u c ha sh i g he n e r g e t i cc o n s u m p t i o n ，m u c hr e v e r t s ， l o ws 0 2c o n c e n t r a t i o na g a i n s ts u l p h u r i ca c i dm a n u f a c t u r i n g s e v e r ee n v i r o n m e n t p o l l u t i o n ，h a l f w a yr e m o v a lo fs u l p h u r , a n ds oo i 2 f o rt h o s ee x i s tm a i n l yi ns i n t e r i n g p r o c e s s ，m a n yn e wd i r e c tl e a ds m e l t i n gw a y sa r ed e v e l o p e dt os o l v ep r o b l e m sw h i l e t r a d i t i o n a lp r o c e s si si m p r o v e dc o n t i n u a l l y m a n yo ft h e ma r et h es t r o n go x i d a t i o n p r o c e s s e s ，i nw h i c ht h er i c hl e a ds l a gi sp r o d u c e dw h e ns u l p h u ri s r e m o v e da s p o s s i b l ea sm u c h ，a n dt h e nt h es l a gi sr e d u c e di n t ow e tl e a di ns t r o n gr e d u c i n g a t m o s p h e r e i naw o r d ，r e d u c i n gs m e l t i n go ft h eh i g hl e a ds l a gi n v o l v e sm a n ya s p e c t s ， w h i c hi n c l u d eap l e n t yo fr e s e a r c h e sa n de x p e r i m e n t s b u tt h ec a l c u l a t i n gm o d e lo f b l a s tf u r n a c et r e a t i n go f t h es l a gh a sh a dl i t t l ew o r kt ob ed o n ei n s i d eo ro u t s i d eo f o u r c o u n t r y i nt h i sp a p e r , r e s e a r c ha n da n a l y s i sh a sb e e nd o n ef o rt h en e wp r o c e s st h a th i g h l e a ds l a gi s p r o d u c e di no x y g e n t o pb l o w i n gs m e l t i n gf u r n a c ei nw h i c ho x i d a t i o n r e m o v a lo fs u l p h u ri sd o n e ，a n dt h e nt h es l a gi sr e d u c e di nb l a s tf u m a c e ，w h i c hi s i n t r o d u c e db yy u r m a nm e t a l l u r g i c a lg r o u p t r a d i t i o n a la n da u s m e l tp r o c e s so fl e a d s m e l t i n ga r ec o m p a r e d ，t h e i rm e r i t sa r eo b v i o u s t h eo n e so fa u s m e l tp r o c e s sa r ea s f o l l o w s ：s i m p l ee q u i p m e n t ，g o o dl e a k p r o o f n e s s ，e a s yo p e r a t i o n ，h i g hr e m o v a lr a t eo f s u l p h u r , h i g hs 0 2c o n c e n t r a t i o nf o rs u l p h u r i ca c i dm a n u f a c t u r i n g ，l o we n e r g y c o n s u m p t i o n ，a n ds oo n a n dt r a d i t i o n a lb l a s tf u r n a c es m e l t i n g ：c o m p l e t e dt e c h n i q u e s ， r e l i a b l ep r o c e d u r e ，p r e f e r a b l ep a r a m e t e r sf o rs m e l t i n g ，e a s yc h a n g i n gi n t oa u t o m a t i c c o n t r o l ，e t c o nt h eb a s eo ft h o s e ，an e wp r o c e s si sp r e s e n t e di nw h i c ht w op r o c e s s e s a r ec o m b i n e d s o ，t h ee m p h a s i si sp l a y e do nt h ep r o c e s sb yw h i c ht h eh i g hl e a ds l a gi sr e d u c e d i nb l a s tf u m a e e t h r o u g ht h e r m o - d y n a m i c a la n a l y s i sf o rt h ep r o c e s s ，t h et h e r m o d y n a m i c a lm o d e li sp u tf o r w a r da b o u tb l a s tt r e a t m e n to ft h es l a g ；t h em o d e li s s i m u l a t e dw i t hw r i t t e np r o g r a m ；w h e nt h es i m u l a t e dr e s u l t sa r ec o m p a r e dw i t h t h e o r e t i cv a l u ea n de m p i r i cv a l u e ，t h e yt a l l yw e l l t h o s ed e m o n s t r a t e dt h a tt h e f o r m e d m o d e li nt h i sp a p e rc a nb a s i c a l l yi n t e r p r e tt h ep r o c e s sf o rt h eh i g hl e a ds l a g s m e l t i n gi nb l a s tf u r n a c e w i t hi t ，t h ep h a s ec o m p o s i t i o nw h e nt h es y s t e mi sn e a r l yi n e q u i l i b r i u m ，t h eo n ew h e nt h ec o n t r o l l i n gp a r a m e t e r sa r ec h a n g e d ，a n dt h eo n ew h e n t h ec o m p o s i t i o no ft h es l a gi sc h a n g e d ，c a na l lb ec a l c u l a t e d ，t h e r e b y ，t h er e l a t i o n s h i p b e t w e e ni n p u ta n do u t p u tv a r i a t i o n sc o u l db eu n d e r s t o o d a tt h em e a n t i m e ，o b j e c t i v e v a r i a t i o n sc a nb ec o n t r o l l e db e t t e rb ya d j u s t i n gi n p u to n e s ，w h i c hm a yp r o v i d es o m e g o o dr e f e r e n c e sa n dt h ep r e d i c t i v er o l ef o rb l a s tf u r n a c et r e a t m e n to ft h eh i g hl e a d s l a g k e yw o r d s ：b l a s tf u m a c e l e a ds m e l t i n g h i g hl e a ds l a gc o m p u t e r s i m u l a t i o n y5 t 6 19 3 昆明理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位沦文，是本人在导师的指导下进行硪 究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重疆 贡献的个入和集体，均已在论文中作，疆确的说明并表示了谢意。本声 明的法律绻采由本人承撵。 学位论文作者签名：弼楚埠 日鞫j ：2 0 0 3 年4 月1 5 曰 昆明理工大学硕士论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 铅的资源、消费、用途及展望 1 1 1 铅资源现状”3 世界铅的资源，已探明可资利用的储量为1 5 亿3 亿吨。据1 9 9 9 年的资料。 澳大利亚储量居首位，其次是中国、美国和加拿大。储量基础均在1 0 0 0 万吨以上， 合计占世界铅储量的6 0 以上。1 9 9 9 年世界各国铅储量详见表l 一1 【2 】。地壳中的铅 常与锌、铜共生，构成铅锌矿或铅锌铜矿，其中除铅、锌、铜外，一般还有金、 表1 119 9 9 年世界铅储量与储量基础单位：万吨 银、铋、镉、铟、锗、锡等金属。其中，澳大利亚、美国、俄罗斯的铅锌矿多以 铅为主，而我国和加拿大铅锌矿多以锌为主【3 】，且含量较低。因此，在绝大数情况 下，铅矿石需要通过预先选矿得出含铅4 0 7 0 的精矿才能进行j i 炼。 铅矿石可分为硫化矿和氧化矿两大类。前者属原生矿，分布极广，目前世界 矿产铅大部分是从硫化矿中提取的；氧化矿系原生矿物风化及含有碳酸盐的地下 水作用形成的。故又名次生矿物。原生矿物主要是方铅矿，次生矿物主要是白铅 矿和铅矾。铅可再生利用，目前，全世界铅的总产量中一半以上来自二次物料， 矿产铅的比例不足一半。 1 1 2 我国铅资源状况 我国铅矿产资源丰富，储量居世界第二位。现已查明有储量的矿床7 0 0 多处， 几乎遍布全国。其中以云南、内蒙、湖南、广东、四川、甘肃、陕西、江西等地 最为丰富，铅储量占总储量的7 2 【1 】。但从人均拥有量来看，却只显得相对缺乏， 且能经济利用的储量不多。据1 9 9 8 年统计，中国铅储量为9 0 0 万t ，而截止1 9 9 9 效风炉熔炼高铅渣的计算机模拟2 0 0 3 年4 月 年底。铅储量变为6 8 8 万t ；从基础储量来看，1 9 9 8 年为3 0 0 0 万t ，到1 9 9 9 年仅 为1 1 3 5 万吨，可见铅矿开采利用程度较高，已开发利用了许多储量，近期可供利 用的储蹩少，聪各资源堪忧。搬掘我豳采选技术水平和现有的铅精矿产量，我国 疑翦铅储量和德量基础的保证，吏产年限分别只有6 年翱1 1 每左右，蕊同期世界乎 均水平分别为l5 年和3 0 年以上1 2 l 。 。3 铝的清费趋势疑前景 铅作为史前金属，对人类牡会发展和文明进步做出了熏犬贡献。在现代工业 所消耗的有色金属中锚居第四位，仅次于银、锅和锌，成为工业基磷的重骤金属 之一。 铅冶炼的工业化生产从十六世纪开始。1 6 2 1 年在美国索里开始开采和冶炼铅 矿，瑗柴灰筑炉赢豹荻窑，其螽逐渐改用魈式炉及反射炉。1 6 9 5 每奥地剥竟舱地 妲建了倾斜炉底的闭式窑，烧柴将矿石炼成铅。1 6 9 8 年英国佛林特郡开始用烧煤 熬反射炉炼键。1 7 3 0 年英国德谈鄂野剁了建式炉炼锻法。至t 8 7 1 年惹发震为大型 鼓风炉炼铅流稷f 1 2 】。 疆的疆费圭要受蘩是池秘镑合会、键奉| 、防瘸及毅镫必母料懿纯王产熬嚣大 领域，其中蓄电池的消费占7 5 左右，而绝大部分是用在汽车蓄电池上。j 垃些年， 豳于锈的污染严重，飘怼含镫汽油懿綮露，铅的用途正在缚套。毽涟著汽率工韭 的发展，用于蓄电池的铅之比重不断增长。目前世界汽车拥有量为6 5 亿，两蓄电 池的寿命一般只有3 4 年，因忿每年都要更换大量魄淹，因此可以说，在今后相 当长的时间内，嚣电池用铅仍将是铅的主要用途。世界铅消赞结构分析见图1 1 4 1 。 2 世界铅的消费 翻1 。1 世辨铅消爨结构分析 鼬豫丢l骗勰m 0 昆明理工大学硕士论文第一章绪论 近几年我国蓄电池的产量和耗铅量见表1 2 【5 l 。随着技术的发展，人们还不断地开 发铅的新用途【6 1 。如制造设备用和事故用电源的大型蓄电池，美国 j 】i i n 福尼亚一座 4 0 兆瓦容量的大电池装置，约耗用2 0 0 0 吨铅：用于核废料堆存的防护外壳：一种 对传统的蒸汽透平发电的替代方案一液态金属电磁流体动力学装置( l m m j d ) 正 在以色列研制，一座1 1 兆瓦的实验装置约需2 0 0 吨金属铅作为流体：此外纯铅可 吸收地震时释放的大部分震动能量所以铅被用于建筑物上作地震的减震器，也 显示出良好的前景。 表1 - 2 近年中国蓄电池耗铅量 据国际铅锌研究小组( i l z s g ) 统训”，2 0 0 1 年全球铅的消费量下降1 ，而 根据c r u 初步统计，2 0 0 1 年西方世界铅的消费量为5 4 7 4 万吨，同比下降3 3 8 。 c r u 同时认为，2 0 0 2 年西方世界铅的消费量为5 5 0 2 万吨，同比增长0 5 。国际 铅锌组织认为2 0 0 2 年美国铅的需求将增长l 。受中国经济的增长拉动，亚洲的 需求仍保持增长势头，2 0 0 2 年预计增长3 。预计全球精铅产量将增长2 ，达到 6 5 2 万吨。1 9 8 5 年至2 0 0 2 年世界铅的消费及2 0 0 3 到2 0 0 5 年世界铅的消费趋势见 图1 - 2 世界铅的消费及消费趋势 在经济增长的带动下，2 0 0 1 年我国精铅消费稳定增长；在铅精矿紧张的情况 下，精铅产量继续保持两位数的增长，精铅产量为1 1 7 万吨：精铅出口基本保持 上年的水平，铅精矿进口量有所增加7 9 1 。 2 0 0 2 年，我国精铅产量将达到1 3 1 万吨，比上年增长1 2 o 。精铅国内消费 鼓风炉熔炼离铅渣的计算机模拟 2 0 0 3 年4 月 量去年为6 6 万吨，今年将增加蜀7 5 万吨，上升1 3 6 ，精铅出目潼将达到4 6 7 7 万吨【1 0 】，也比去年有较大增长。但随着我国精铅产攘增长，对铅精矿需求也随着 增加。而我国矿山发展滞后，锚精矿供应明照不足。业内人士指出，我国从2 0 0 0 年开始从铅糖矿净出e l 国变为镑精矿净进口潮，两巍进口墼终逐年增大，这种趋 势在短期内仍难以改变 引。 1 2 镭的生产概况及我国铝工进现状 1 2 。 铅的生产概糯 世界主要产铅国为澳大利亚、中国、美国、加拿大等。由予资源特征、产品 销售形态、能源、交通和经济发展差异等原戮，造成铅的冶炼方法多种多样】。 当代铅的生产几乎全是火法。溺法炼铅目前还处于研究除段。湿法炼铅综合 回收金、银、铋、锑以及铜、锡等有价金属要比火法炼铅复杂，所以发展比较缓 慢。当裁，漫法炼铅只用于莱些比较单一的锚矿小翅模处理和再生铅豹生产上， 它们基本上是用适当的溶剂使精矿中的铅浸出与脉石等分离，然后从浸出液中提 取镊。 传统的火法炼铅方法有下列几种 1 2 1 ： 1 2 1 1 氧化还原熔炼法 该法包括硫化铅精矿中的硫化铅及其他硫化物的高温氧化生成氧亿物( 也可 能生成盒属) 和氧化物还原得垒属的过程。如硫化锚在氧化熔炼时先成如下反应： p b s + l 妾呸= p b o + 鼢 p b o + c o ( c ) = p b c 0 2 ( c d ) p b s + 0 2 = p b + s 0 2 浇绫焙瓷一鼓风炉还舔熔滚镬燕该法静传统薅镪方法。嚣蘸毽赛上豹矿镑酶 8 0 左右是用此法生产的。该法是在烧结机上对硫化铅精矿进行高漱氧化脱硫，并 将炉料熔结成烧结块，然后将烧结块与焦炭一超在鼓风炉内进行还原熔炼得粗镑。 1 2 1 2 反应熔炼法 反应熔炼是在适当温度和氧化气氛下，使铅精矿中部分p b s 飘化成p b o 及 p b s 0 4 篱，立帮与未羲纯豹p b s 穗互 擘羯露麓液金瓣镑豹_ j 蔓程。一部分p b o 遣与 碳质还原荆作用生成金属铅。其基本反应为： 昆明理工大学f l l i ! l 论文 第一章绪论 2 p b s + 3 0 2 = 2 p b o + 2 s 0 2 ； 2 p b o 十p b s = 3 p b + - 如2 p b s + 2 0 2 = p b s 0 4 ；p b s 0 4 + p b s = 2 p b + 2 s 0 2 p b o + c o ( c ) = p b + c 0 2 ( c o ) 硫化铅氧化为放热反应，所以在实践中只需配入少量燃料作热源和还原剂， 即可维持熔炼所需温度。反应熔炼在处理高品位铅矿时爿1 能有较好的回收率。 1 ，2 1 3 沉淀熔炼法 对硫亲和力大于铅的金属都可从硫化铅中将铅置换出来。沉淀熔炼就是基于 这一原理。常用的置换剂为会属铁，其反应如下： p b s + f e = p b + f e s 因有部分p b s 与f e s 结合成p b s 3 f e s ( 铅冰铜) ，故上述反应进行是不彻底 的，因此铁只能从p b s 中取代出国。= 7 2 7 9 的铅。而且沉淀熔炼需加入过量的 铁才能达到上述的直收率。这时过量的铁会溶入铅冰铜中。因此，严格地说，在 高温( 高于】0 0 0 ) 下沉淀熔炼的反应为： 4 p b s + 4 f e = 3 p b + p b s - 3 f e s + 恐 1 2 1 4 加碱熔炼法 该法是将纯碱( 或烧碱) 和碳质燃料( 煤粒或焦炭粒) 与铅精矿充分混合后， 在反射炉或电炉中熔炼获得粗铅和渣冰铜的过程，其反应为： 2 p b s + 2 n a ，c o 、+ c = 2 p b + 2 n a ，s + 3 c 0 ， p b s + n a 2 c 0 3 + c = p b + n a 2 s + c o + c 0 2 p b s + n a 2 c 0 3 + c o = p b + n a 2 s + 2 c 0 2 熔炼温度1 0 0 0 1 1 0 0 。粗铅富集了a u 、a g 、b i 等有价金属，粗铅品位 9 8 9 8 5 ，回收率达9 8 4 。 在工业生产中常将沉淀法与加碱法联合使用，称为曹达铁屑炼铅法，其反应 可表示为： 2 p b s 十n a 2 c o ，+ 凡+ 2 c ；2 p b + n a ! s + f e s + 3 c 0 上述方法炼得的粗铅，经过火法精炼或电解精炼得到精铅。除氧化还原熔炼 法外，其它方法应用较少或基本没被采用。 1 2 2 我国铅工业现状 我国是发现、生产和使用铅最早的国家之一，早在公元前2 0 0 0 年左右，我国 劳动人民已经用铅铸造货币，名叫“铅刀”。我国采用烧结一鼓风炉炼铅始于1 9 1 0 鼓风炉熔炼商铅渣的汁鞫机模拟 2 0 0 3 年4 月 年。当时在湖南长沙建黑铅冶炼厂，1 9 3 8 年迂水f 1 由建厂继续生产。沈阳冶炼厂 建于3 0 年代。孵放后，相继建成株洲冶炼厂、白银冶炼厂、韶关冶炼厂、鸡街冶 炼厂等诸多炼锵企业，构成了我国当今铅生产领域的主体l l “。 照着铅冶炼行业的发展、技术攻关和引进消化，我国铅冶炼工业迅速发展， 铅产量逐年上升，1 9 9 2 年3 3 万t ，1 9 9 7 年7 0 7 万t ，2 0 0 j 年达到1 1 7 万t ，比1 9 9 5 年臻长8 8 ，平均年增长1 1 ，超过鞠期簪内生产憨蹙和整个有色会j | i 嚣产鬟豹增 长速度。据报道【l3 1 ，中豳目前十种有色金属产量居世界第一镜，其中包括p b 在内。 1 9 9 0 戳来我国旗产量凳表i 一3 i 揖“弱，9 8 2 0 0 0 年疆囊镥产爨送前专位熬镑厂镪年 产量见表1 4 1 1 1 。 衰卜31 9 0 0 年敬采孛国铅的年产量( 万琏) 企韭 株冶 浣冶 昆冶 韶关 水口山 济源 白银 老河口汉江 企照 株冶 淀跨 韶关 鞋冶 济掘金矿 水口山 沙链 老河口汲：j ! 上 “嚣 9 5 0 5 4 5 6 3 0 3 2 3 6 1 8 5 0 5 18 2 4 ，0 9 江莲煮冶t 2 6云南新立3 秘 江苏春兴1 、9 9江苏毒兴30 4 企业 株冶 济溅 韶关 新立 水口山 豫j 金属冶 炼厂 老河口汉江 江苏春兴 r 爨灵武天 马冶化有限 公司 沙甸 2 2 0 9 7 鲑 m 孔 引 烈 俗 雉 引 产 8 7 6 6 s 5 3 量 ” ” 卯 站 如 “ 一 8 6 4 5 4 5 ， 3 昆j 掰避下人学项。i ：论文第一章绪论 。3 铝冶金发展趋势 1 ，3 。 抟缆的炼铅方法 当前世界上铅冶炼行n k 大多采刚烧结一鼓风炉工艺技术，该法由于研究较多， 故工艺流程成熟，怠其处理笼力大，琢料适应性强。魏生长期生产实黢积累的丰 富经验和砩：断的技术改造，使这传统炼钳l ：岂遥保持疑活力，用此流程生产的 锈约占铅总产壁静8 0 。 烧结一鼓风炉熔炼工艺包括烧结和鼓风炉熔炼两个主要工序。烧结魁赢温( 大 于8 0 04 c ) 下将精矿中的硫化物氧化生成氧化物丽脱硫，阍时烧结产出坚硬多孔烧 结块的过程。在烧缱过程中一方蘧嚣尽量脱硫，同黠挥发滁a s 、g b ，减少熔炼时 铅冰铜和黄渣的生成，以提高会属随收率：另一方面要获得适含鼓风炉熔炼的坚 硬多i l 烧结块。 皴风炉还原熔炼的目的在于经济地把烧结矿中的铅和比铅易还原的a u 、a g 最大限度地还滠爨张。以获得富囊裔金锻等贵仓辅涤糕镣，而使各种造渣戏分( 包 括s i 0 2 、c a o 、f e o 、f e 3 0 4 等) 致锌等进入炉液，以达到相互分离。当原料含铜 较怒瓣爵产出镑球锅将锕赛集；籍派辩辩锑含豢鞍寒辩，弱有黄渣产囊。 1 3 2 传统流程存在的问题 根据p b 。o s 系( 见图1 3 1j 5 ) 可啦看出，p b o 的稳定区较小。而p b s o a 和 w $ i 图t 一3 1 2 0 0 的p - 0 一s 系l g 一 一l g & 图 n p b o p b $ 0 4 稳定送较大。低温下p b s 可直接氧化成p b s 0 4 或n p b o - p b $ 0 4 ( 熏c 接硫酸化) ：面p b $ 高温氧纯才可获键金属锚和氧化铅。在l g ，一定时，随着氧 位的增加，稳定区按p b s p b p b o n p b 0 p b $ 0 4 一p b $ 0 4 的方向移动。 缀此烧皴脱硫怒不襁感赡。实黢证明，硫化矿烧结脱硫率只窍6 0 - 7 0 。这耪 脱硫的不彻底性致使工厂采用一次烧结和大量返料二次烧结的方法去完成脱硫任 鼓风炉熔炼商锅渣的计算机横彳虬2 0 0 3 年4 月 务，假是不管采取那种方法，最后产出的烧结块含硫还有1 5 - - 2 5 。 网时烧终过程中产生大懿的烟气，其中s 0 2 的含量较低( 一般小于5 ) ，制 酸比较困难，大部分都未加以利用而直接排放到大气中，对环境遗成严重的污染。 在浇结过程中，锻由予荬蒸汽攮较毫纛容易漱出，对黪壤也会造或污染。烧 结过程需要高温，没能有效的利用硫化铅的氧化热，又采用了返阅烧结和返烟烧 结等，所以其能趣较大。 1 3 3 炼铝灏技术 针对传统炼铅熔炼流程中存在的种种弊端，啦界各国开展了大量的研究：一 是对瑷有豹烧结一鼓风炉熔燎工艺避行改遴：二是萋舅究一些薮鲍冶炼工蕊以取代 传统流程；三是研究不产生s 0 2 的濒法冶金工艺。 。3 。3 ， 对传统烧缝一鼓风炉浚程豹改进 ( 1 ) 使鼓风炉大型化，并采用双排风口的椅式鼓风炉强化过程。如澳大利豫 疫里潦镑厂菇秘区爵联1 6 ，2 2 m 2 ，磊产精镑5 6 0 t 。 ( 2 ) 采阁富氧鼓风或热风，降低焦耗。如加拿大特雷尔厂在风口区面积 1 3 3 6 m 2 的鼓腻炉内采用2 4 豹宦氧鼗胤，生产轻力比空气鼓风攥麓2 5 ，焦耧下 降1 0 。 ( 3 ) 为解决低浓度s 0 2 隧牧的问题进行了许多研究，较为成功的有丹麦托蒋 索w s a 法，其主要特点是不论烟气s 0 2 浓度高低均可产出9 3 - 9 8 硫酸，尾气 s 0 2 3 0 0 p p m 。 。3 。s 。2 壹搂炼铅灏工艺 嶷接炼铅是利用硫化铅糖矿氧化放出的大量热量将炉料迅速熔化，产出液态 铅和络渣，使能耗降低，同时产出少量的高s 0 2 浓度的潮气，使硫得戳网收的避 程。童接炼锻必须严格控制濑度和飘位，滠度高有利于硫化铅氧化为金麟铅，但 此时锚的蒸气压高，挥发交大，所瞄熔炼温度不宜过高：同时需保持一定的氧位， 氧位太谯p b s 难于氧化或仅熊氧化为n p b o p b s 0 4 。高于定的甄位p b s 才甓氧 化为众属铅，但又不利于降低渣含铅。在生产过程中难于同时既保持高氧位使硫 纯镣炎分氧佬。又曝持羝氧缀尽量黪低渣客镫。爨以一般将凌蠛邀程分搀氧健还 原两段，既在高氧位下产出低硫粗锚，然詹在低氧位下产出低铅炉渣。现将一然 主要靛蹇接练键工艺送行麓繁分缨。 ( 1 3 基夫塞特( k i v c e t ) 法“7 “”1 蘩夫塞特法是一释阮较成功的蠹续炼锻工艺，爨1 9 8 6 年投产戳来，缀_ i 童不戮 昆明矬工人学删f 论文第一章绪论 改遴，工艺较为或熬，褒有蓊苏联、德国、惹大剩、玻稠雅亚和掬拿大共7 家工 厂采霜。该工慧特点蔻含铅妒料与工泣纯氧超喷入妒肉，同时加入还原翔焦炭， 在妒内浚冶炼成糯锚并排出弃漆，经净化后韵烟气用于翻酸。萁主簧优点怒工 艺流程稳宠，设备使用寿命长，每个炉期可长达3 年；产出的烟气赣少，s 0 2 浓度 高达2 5 5 0 ，制酸后尾气符合环保标准；对原料的适应性强，可以处理各种不 同品位的锚精矿、铅锻精矿、铅锌精矿和鼓风炉难以处理的硫酸盐残滚、湿法锌 厂产出的铅银渣、废锚蓄电池糊、各种含铅烟尘；焦耗少，精矿热能利用率商， 原料中含硫大于1 4 时就无须另加燃料，面f | l 司以自热熔炼：烟尘率低，仅5 ， 金属和硫的回收率离达9 8 0 0 , n9 5 ，余热凰收率较高。其主要缺点是对原料的要 求较高，入炉的物料粒度纛小于l m m ，物料台水要求0 5 1 ，这就增加了备料 豹复杂程度；魄热沉淀池糕电毫( 1 5 0 1 7 5 k w t 辩) ；该工艺罴要用含氧浓度大于 9 0 的工业氯气，因此霉酸套建设铡氧厂，因此英一次投资较高。 ( 2 ) o s l 法“ q s l 法在德晷s t o | b e r g 炼铅厂霜韩潮温由冶炼厂己取褥残劝。该法是将铬精 矿鸯弱入炉内，数入富氧，在硫纯铬被氧纯成氧化镑对，会放出大量热鬣使过税自 热，氧化铅和硫纯锯交互反应生成金属锚，部分反应不完全的氧化铅磁还原区加 还原剂还原成会属铪，硫氧化成s 0 2 。q s l 法的主要优点麓流程短，氧化还原反 应在一个容器内完成：原料适应骶强，温山炼铅，处理过1 5 种精矿：原料不需干 燥可直按入炉，省去了复杂的备料系统；烟气s 0 2 浓度高达1 5 左右。可直接制 酸：粗铅品位高，可达9 9 以上，余热锅炉可产出压力4 0 b a r 的蒸汽供各车间使 用。其主要缺点是氧化区和还原区相当集中，要求对过程控制精细，对过程的掌 握需较长时间：其次是喷枪寿命短，氧气喷枪寿命15 0 1 6 0 0 h ，粉煤喷捻使用期为 2 3 个月。经常更换喷检，既影响连续作业，又增加了生产费用；辫是烟尘率态， 达2 5 ，必须返回处理；男钋，渣含锻毫，一定婴配合烟他炉才能缀型夯渣。 ( 3 ) 卡尔多炉( t 8 r c ) 法 卡尔多炉是由钢铁工业中涎转炉演变蠢来旋。浚法采用卡尔多疆咬露转转炉 氧气颈炊熔炼富铅精矿，佟i 分为氧化释还艨两段嗣期避行，氧化段可鲁燕，还 琢段需补茄部分重渝。每尔多法瀚熔炼和还艨奁闻一个炉子中进行，且没有流态 物料豹经何形式的转运过程。干精矿透过喷枪喷至喷嘴嚣于与氧气或空气混合，熔 炼反应立即发生。氧化旅热在大多数情况下避以熔化精矿和溶剂，熔炼中有一部 分铅氧化成渣，为此，在熔炼过后需对渣中的铅进行还原。卡尔多炉技术具有以 f 优点：熔炼、还原和精炼在同一个炉子内完成，无需外加熔炼炉；炉料可直接 9 鼓风炉熔炼高铅渣的计算机模撒2 0 0 3 年4 周 加入炉内，光需菡矿、筛分等任何预处理；生产灵活，无论高、低品位原料都可 在同一周期内分别或同时处理：适应于各种物料：原生和辩生铅j 原生和再生铜、 贵金属泥和废金属及烟尘等：炉子蹈构紧凑，密封性好，可防止排放物扩散，满 足环保要求。但浚法为阶段憷作业，烟气中s 0 2 浓度时嵩时低，不好控制，因败 不利于s 0 2 的回收利用，且露求入炉物料含水小于o ，5 ，襦复杂的干燥系统，还 原期避甓加浊。基翦苏法只有瑞典皲剥登公司采用。 ( 4 ) 艾萨( i s a ) 法 艾萨法是出澳丈到亚芒黪艾势矿韭公司弱淡矧熔炼公司在澳乡 | 建滚公司浚 没熔炼法的基础上开发出来的。该技术的核心是采用了结构相对简单的喷枪，将 冶炼王艺篌簧戆气传释燃簿( 鬟要煞话) 输送到渣嚣鞋下垂奄液态妒渣暴中，鑫魏 产生的强烈搅动加快了传热和传质，加快了反应的进行，所以单能炉容积能力很 高，势且提高了燃释豹翻用率。钢簇喽稔邋过褥搿豹挂渣作整在绥稳上形成一鬟 渣保护层，从而提高了喷枪的寿命。该熔炼工艺由两台炉予组成，精矿在第一台 炉子被氟讫，形成的熔体通过溜稽送到第二台炉子举，在第二台炉子将戴纯铅还 原为会属铅，形成的漩、铅分别排到炉外，工艺连续。艾萨法的特点是能够处理 瀑科，因此，铸料系统可以实现无尘作业：还原炉舆有除去有害元素的麓力，可 以把a s 、s b 、c d 等的含量降到缀低的水平，这样褥到的炉渣无污染危险，能用来 做填充料或建材；原料适应性强，可处理铅精矿和其它含铅物料( 二次物料可达 5 0 ) 。缺点是氧检寿衾影噙炉子的 售业率。 ( 5 。) 奥托昆酱法 煲援晁普法出芬兰约受援昆普公霭开发，是一霉孛闲遮熔炼法。囊基夫塞特法 相似，混合好的炉料以悬浮状态通过立式反应室，囱上而下，完成氧化和熔化， 过程连续。整个工艺分于澡、阑速熔蕊、炉渣贫纯耱烟气艇瑾凡令嫠分。糖矿中 的硫被氧化成s o ：进入烟气，产生的熔融粗铅和炉渣在炉子的沉淀区聚集，粗铅 静醢岔蠢j 常低，通过臻瘫豹氯纯，可菠鞭锯静含硫董夺予0 。燃浇嚣豹效率 很高而且通过它能对氯化过樱进行严格控制，因此在该工麓中，氧气的利用率接 遥1 0 0 。在炉子静沆降稽中，熔融的颡粒从溜气流分离出来，形成渣层。责金藕 进入粮镪，和粗铅一邋从沉降槽底连续放出。采用舆托昆黹法，可将所有的过程， 包括炉渣贫化放在一个设备中进行，粗锚的产率较高，而炉渣豹产率较低；奥托 昆普炉体积较小，密闭性好，可避免铅和硪对环境的污染；炉内的温度较低，能 处理渝的物料。 ( 6 ) 水墨山炼镪( s k s ) 法” o 昆| j ；f 理工大学钡士论文第一章绪论 该法为我国创造的熔池熔炼法，1 9 8 3 年列为国家“六五”攻关项目，由水口 山矿物局痢北京有色冶金设计研究总院等单位研究。考虑到氧化、还原两个过程 要求的氧势和温度相甚远，在同一室内很难同时存在两个截然不同的热力学区域， 该法将氧化和还原分别在两个设备中进行，氧化段采用氧气底吹熔池熔炼，产出 部分粗铅和富铅渣；还原段采取技术二 ：艺成熟的鼓j x l 炉熔炼富铅渣。其主要优点 是冶炼流程缩短；采用富氧底吹技术，强化了冶炼过程；烟气s 0 2 浓度高达2 0 ， 便于制酸，解决了对环境污染的问题：冶炼设备密闭，避免了作业人员铅中毒： 与q s l 法相比将氧化和还原段分丌，工艺较易掌握：原料适应性强，可熔炼高铜 低品位铅精矿；充分利用硫化物氧化热，氧化炉可基本自热，配煤率仅为2 6 ； 与烧结鼓风炉的经营费用相当，粗铅产品单位能耗降至4 0 0 k g b m t 铅以下：同时 解决了传统烧结鼓风炉熔炼工艺大量返料的问题。其主要缺点是氧枪寿命较短， 还低于q s l 法水平：氧化炉的生产率目前还不达标。 部分直接炼铅新技术概况见表1 5 ： 表1 5部分直接炼铅新技术概况 鼓风炉熔炼高铅渣的计算机模拟2 0 0 3 年4 月 6作业制度 连续连续 7 操作温度 ( ) 8 渣含金属 9 燃料 1 0 1 l 还原剂 烟尘率 氧化段1 0 0 0 15 0 0 还原段1 2 0 0 1 2 5 0 p b2 5 z n1 2 15 ( 另建 则化炉) 八炉物料内配煤+ 喷枪喷粉煤 煤粉 1 0 1 5 反应塔l3 0 0 1 4 0 0 熔池( 电热区) 1 2 5 0 p b1 5 2 z n7 l7 白热熔炼、炉料配入 的焦粉10 左t m ：为 补充燃料 焦粉( 配入炉料) 5 7 1 2 烟气s 0 2 浓度 7 5 10 2 0 一5 0 ( 反麻塔) 与制酸系统的 1 3可直接制酸 配台情况 1 6 1 7 18 1 9 2 0 2 l 铅精炼直收率 钳精炼总同收 噩 建设赞用( 系 数) 加二 费用( 系 数) 电耗( 系数) 燃靼 消耗( 系 数) 人上( 系数) 引进费i 【 ( 软 件+ 关键设 蠡) 9 6 9 85 高浓度烟气制酸技术 国内尚术掌握i 稀释 肝制酸，人上虬优越- 陛 9 62 9 83 烈炉制：连续单 炉制：间断 氧化炉1 1 0 0 还原炉1 2 5 0 不烟化：p b 2 z nl8 烟化： p b o 5 z n 2 1 m m 的细煤， 或其他当地最经 济的燃料 块煤 1 0 9 6 13 ( 氧化 炉) 可商接制酸( 目 前尚无配套制酸 的r 业实例) 9 6 9 8 3 间断 p b1 9 z n183 重油 焦炭 1 3 氧化阶段：1 6 还原阶段；0 19 本系统无法单副 制酸 9 7 9 8 5 0 8 一一0 91 00 70 6 0 7 1 0 0 9 5 l 1 2 - 0 9 5 专利费用高最高 l 09 2 0 5 - 1 1 1 0 5 最低 1 0 3 0 9 3 - 0 9 5 1 0 5 l 1 5 较基夫塞特法平【 q s l 法低 2 昆嘲理工大学硕士论文第一章绪论 。3 3 3 瀑法冶金流甏的磺究。3 为了彻底消除s o ：、食铅粉尘和锻蒸气对环境的污染，近几十年米，许多冶 金工作者致力于研究铅的漏法冶会。归纳起来育酸性漫出、碱性浸出、盐类漫出 和胺类浸出。有代表性既方法有f 列几稚： ( 1 ) 用f e c l 3 浸出铅精矿得到p b c l 2 ，p b c l 2 熔赫电解得铅躐水溶液电解得铅。 毽此方法奁工业方嚣存在氯化物东滚竣秘氯气艨键，眭强：铥在缀伲物体系中滚鳃 度低，导致设各尺寸大，增加投资等困难。 ( 2 ) 硅氯酸分震的笺纯浸出一净化电酸，其浸爨反应遮疫快，镪在毽甄酸 溶液中的溶解度较大，都是其优点，然而由于f e 3 + 还原为f e 2 + 比p b 2 + 还原为众属 铬鹣反瘦荔予送l 亍，兹需采】磊隔貘电鼹，又是箕：、莹纯静爨建繇在。 ( 3 ) 铅精矿网相转化一浮选一氯化铅隔膜i 电解产出海绵锻。用f e c l 3 n a c l 溶滚镫铅穗p b s 转纯p b c l 2 ，然嚣丽浮选的办法，分选出含其它众瘸硫化物的硫精 矿和氯化铅。陔工艺已进行扩大试验，产出2 号铅1 7 批接4 1 5 0 8 1 8 千克，技术上 可行，其经济上可否与火法褶比，还不错而知。总之，镑舶澎法冶会还处于试验 研究阶段，没有工业应用。 1 4 计算机模型的理论基础 由于受技术进步的限制和冶会工艺的复杂性。冶金理论常常落后于冶金工蕊， 馒褥跨金工l 乍者对禁些冶金过程怒其然露不知其联以然，特别是对一魑毫漫、蹇 压或密闭容器内进行的冶盒过程，人们鼹是无法探测其真实过程是否与理论摊导 靼互峻舍。霹眩，冶金过程戆终攮傣系瞧暹誉为裹渥、多趣、多经分懿复杂转系， 因此，单纯依靠实验手段柬研究遮些高度复杂体系的物理化学性质是非常困难的， 要怒缝粹豢手工寒慰多耱多蕴分侮系斡警裙逶毒亍毒卡算 叠爱忍乎不哥笺鹣。 随着计算机和数据处理技术的发展，这些嘲难电将随着计弹机对冶金过程的 谟叛丽交褥篱萃弱行了。僭魏子科4 算视，一方甜i j | 噩篱纯复杂的运算过程，爨离 运算的精度；另一方面可以对复杂的工艺过程进行模拟，帮助人们更好地认识冶 炼过程的反应梳理，为掰j ：艺的开发和老工艺的改进爨供理论上静依稻，并为优 化和改进现行工艺生产条件以及工艺过程的自动控制提供理论上的指导。 对于火法冶金过程中作业体系的模拟研究可分为两大类：一类是凝于其体的 工慧过程，从实际生产过程中总鲦经验，收集大量的生产数据，采用一定的回归 方程得出经验或半经验关系式，从而得到经验或半经验模型；：另一类怒基于热力 嫩风炉熔烁商铅渣的计算机模拟2 0 0 3 年4 月 学平衡琏论，采用热力学数据，如各物质静密布斯蠢由麓、生成焓以及健学平衡 常数等，通过多楣多组分系统的平衡计算来获得体系的平衡组成；从而帮助人们 分析过秘的热力学性质或优化工艺条件2 2 t 。 1 ，4 。1 经验模型辑究 对于经验和半经验模型，媳型的废用有m n a g a m o r ip j 。m a c k e y 2 3 1 建立的诺兰 运法，主产r 弼或高晶位冰铜斡稳定态沣冀模型、p c e a u b a 己a n d m n a g a m o r i 2 4 1 建立的冰铜畎炼过程中的1 3 i 挥发模型、f a l c o n b r i d g e 2 5 1 建立的 镰吹炼工艺模鼙、d a v e n p o