3.3 鼓风炉炼铅

(1) Pb、Zn、Sn、Sb、Bi等重金属的还原熔炼是以氧化矿或硫化矿的焙烧矿为原料，以碳质远原剂兼作燃料，在高温炉内进行熔融和还原冶炼，呈液态(或气态冷凝后)产出金属，同时使脉石和杂质形成炉渣被分离出去。

 (2)还原熔炼原料中的金属成分，有的是游离的MO，有的是以复杂化合物(主要是硅酸盐)形态存在。在高温熔融状态下，熔渣中也会溶解尚未被还原的金属氧化物，而被还原出来的杂质金属也可能进入主金属产品中，甚至形成合金。因此，还原温度、气氛和组分活度对金属回收率和纯度都有显著的影响，从而使MO的还原变得复杂化。

(3)还原熔炼获得的金属大多呈液态产出，对于低沸点的锌，由于蒸气压大而以气体状态得到金属。在工业生产上，要使还原反应进行完全，应当尽可能提高锌的蒸气压，然后将产生的锌蒸气随炉气一道排出还原体系之外，并选择合适的冷凝温度和冷凝方法高效率地冷凝成液态锌。因此，影响还原反应的热力学因素还制约着锌蒸气冷凝过程。

 (4)鼓风炉熔炼主要用焦炭作燃料来得到高温，并兼作还原剂以造成适度的还原气氛。还原熔炼在保证主金属氧化物充分还原所需的气氛条件下，同时应尽可能地节省燃料消耗。 

3.3.1 铅鼓风炉炉料组成

炼铅鼓风炉处理的物料主要是自熔烧结块，还原熔炼所需的熔剂是在配备烧结炉料时加好的，鼓风炉一般不再加熔剂和其他炉料，只有在烧结块残硫高、熔炼炉渣渣型改变以及炉况不正常时可能添加铁屑、返渣、萤石和其它含铅返料。加入鼓风炉的燃料通常为焦炭，其数量为上述炉料的9％~14％。焦炭是燃料，也是还原剂。

 3.3.1 铅鼓风炉炉料组成

(1) 铅主要是以PbO(包括结合型的硅酸铅和铁酸铅)和少量的PbS、金属Pb及PbSO4形态存在。

(2) 烧结块含硫率视块中Cu、Zn含量而定。

        铅精矿含锌高时 —— 进行死烧，彻底脱硫

        含铜高于1.5%时——应留少量的硫

        含铜、锌都高时——先死烧，在鼓风炉熔炼时加  

                                                            少量黄铁矿使铜硫化造锍。

(3) FeO、SiO2、CaO、MgO、Al2O3等成分的含量应符合选定的渣型。

由表2-2数据可知：PbO还原所需CO浓度不大，在<1000K的温度下为万分之几至千分之几，而在高于1000℃的温度时，CO的浓度为3％~5％。不管是固体氧化铅还是液体氧化铅都是易还原的氧化物。由于上述反应是放热反应，所以温度越高，还原所需CO浓度也越大。

铅鼓风炉熔炼炉渣中CaO的含量比一般造硫熔炼铜炉渣高，因为强碱性的CaO可置换硅酸铅中的PbO，增大αPbO(γPbO)，有利于熔渣中的PbO还原。 

从降低熔炼渣铅损失以及提高含锌炉渣烟化处理时的金属回收率出发，要求选用高钙渣型是合理的。但这一措施与提高烧结脱硫率和降低冶炼成本有矛盾，因而有很大的局限性。

采用强还原气氛，有利于降低渣含铅。   

强还原气氛除在热的利用上不经济外，还受到铁的还原反应的制约：

铁的还原

铅烧结块中的Fe2O3应还原为FeO，但不能形成Fe3O4，因为Fe3O4也会导致像金属铁一样的炉缸“积铁”，迫使炉子停产，也只有FeO才能形成性质很好的硅酸盐炉渣。因此对于熔渣中PbO的充分还原和Fe3O4还原成FeO来说，炼铅鼓风炉的气体组成应居于Fe3O4还原线和FeO还原线之间(见图2-1，教材P31) 

焦炭的燃烧

在铅鼓风炉生产过程中，为了使炉内反应顺利进行，必须保证焦炭在风口区正常燃烧。焦炭和烧结块从炉顶加入炉内，沿炉身向下运动，通过下部风口鼓入的空气，在风口区使焦炭燃烧，产生的高温还原气体沿炉身向上运动。这种炉料与炉气逆向运动的结果，使炉料发生一系列的物理化学变化，炉气温度从1300℃左右逐渐降至200℃左右，CO含量也不断降低，然后从炉顶排出。烧结块与焦炭在下降过程中，则被高温炉气所加热，其中铅的氧化物则被炉气中CO还原为金属，没有被还原的氧化物则互相熔合成液体炉渣。

如果焦炭在风口区完全燃烧，则放出的热量最大，这对于满足炉内所需的热量是理想的，但却不能满足还原反应所要求的CO量；

如果按不完全燃烧进行，虽可以得到充足的还原剂CO，但对于相同质量的焦炭而言，发热量仅为完全燃烧的30%左右，燃料的浪费大。另外，强还原气氛(100% CO)也为铅冶炼过程所不容许（为什么？）。

因此铅鼓风炉焦炭的正常燃烧条件应该是：在保证还原所需要的CO条件下，尽量使焦炭完全燃烧，以降低熔炼过程的焦炭消耗——如何调节？

炉气中CO与CO2之比的调节办法是：对于加入炉内的一定炉料和燃料，要求在单位时间内鼓入恒定的风量。在生产实践中，通常是按照焦炭中的C量的50%~55%燃烧成CO，另外50%~45%的C燃烧成CO2的比例来计算风量的。由于碳的燃烧反应是在扩散区进行，炉内反应没有达到平衡的结果。对炉顶和风口水平的烟气进行测定(如表2-5，教材P33)结果表明，烟气中出现有少量的氧，说明空气的不完全燃烧。

(1) 粗铅

在烧结块中除含铅化合物外，还有锌、铁、铜、砷、锑、铋、锡、镍、镉等杂质化合物。在铅鼓风炉还原熔炼条件下，上述金属元素中的Cu、Bi对氧亲和力很小，Cu2O、Bi2O3大部分被还原进入粗铅；As、Sb、Sn对氧的亲和力虽大于铅，但它们在铅中的溶解度很大，所以也容易还原进入粗铅。因此，Cu、Bi、As、Sb、Sn等元素是粗铅中最常见的杂质金属。

熔融态的粗铅是金、银的良好捕集剂，在熔炼过程中，几乎全部进入粗铅。

因原料成分和熔炼条件不同，粗铅成分变化很大，一般含铅97%~98%。如果处理大量铅的二次原料，则含铅降至92~95%。这些粗铅都需要进行精炼之后，才能得到满足用户要求的精铅。

(2) 炉渣

 炼铅炉渣的成分包括SiO2、CaO、FeO、ZnO、A12O3、MgO等。

 炼铅原料一般都含百分之几的锌。锌对氧的亲和力大，难被碳还原，故大部分呈ZnO状态入渣，但也有少量的ZnO在炉子下部被CO、C还原，锌蒸气随炉气上升，被炉气中CO2、H2O和O2氧化为ZnO，也可被炉气中的SO2所硫化生成ZnS。

(3) 铅锍

铅锍为PbS、Cu2S、FeS、ZnS等硫化物的共熔体。

铅烧结块一般残硫为1.5~2.5%，主要PbS、PbSO4，还有少量Cu2S、ZnS、ZnSO4、FeS、CaSO4等硫化物和硫酸盐。

在熔炼过程中，PbS主要进入铅锍中，少部分挥发，还可能与PbSO4进行交互反应生成金属铅，其反应为 

                        PbS+PbSO4＝2Pb+2SO2。

 PbSO4可被C、CO还原成PbS进入铅锍。如果在熔炼过程中加入铁屑，则PbS与铁屑发生沉淀反应(PbS+Fe＝Pb+FeS)生成金属铅和FeS，进入铅硫。

(4) 黄渣

铅烧结块中如果存在较多的砷和锑时，在鼓风炉还原熔炼过程中就会被还原为砷、锑，然后与铜和铁族元素形成许多砷化物和锑化物，如MAs、M3As2、M5As2、M3As、MSb2、M3Sb等(其中M可能是Cu、Fe、Ni、Co)。这些砷、锑化物在高温下互相熔融，形成鼓风炉的黄渣。

当还原熔炼形成炉渣、铅锍、黄渣和粗铅四相时，其密度是按炉渣<铅锍<黄渣<粗铅递增的，在这种情况下，有价元素在各相中的分配就变得更为重要。但总的说来: