硫化铅精矿的结焙烧 (2).pdf

第二章 硫化铅精矿的结焙烧 第二章 硫化铅精矿的结焙烧 目的要求目的要求要求同学们掌握硫化铅精矿的烧结焙烧的目的、主要反应、烧结焙 烧前炉料的准备及生产实践。 重点难点重点难点1、烧结焙烧的主要反应； 2、烧结焙烧的生产实践。 2.1 烧结焙烧的目的 2.1 烧结焙烧的目的 在古代，硫化铅矿的烧结焙烧是将块矿堆积起来进行氧化焙烧，名堆烧法， 而对碎的富铅矿则采用灶或窑来焙烧。到了十九世纪末，随着浮选技术的发展 及普及，才开始对富集的粉状铅精矿加入反射炉内进行粉末焙烧或烧结焙烧。 但该法存在着产量低、燃料消耗大、劳动条件差等一系列缺点，直至二十世纪 初，又出现了在烧结锅内进行鼓风烧结焙烧的方法，它克服了以前各种烧结法 的缺点，产出坚硬多孔的烧结块，适于鼓风炉熔炼。但因生产过程是间断性的， 机械化程度低，劳动条件恶劣等严重缺陷，因而发展到采用烧结盘进行烧结焙 烧。而烧结盘存在占地面积大，产量低的缺点，不久便被直线型（又名带式） 吸风烧结机所代替。带式吸风烧结克服了烧结锅鼓风烧结的一些缺点，使烧结 过程连续化，操作机械化，大大提高了处理能力。但吸风烧结存在着吸风箱经 常堵塞；低浓度 SO2 烟气难以利用，烧结炉料品位无法提高以及机件容易损坏 等缺陷，至本世纪五十年代后期，鼓风烧结技术的试验成功和应用，弥补了吸 风烧结的不足，再加上鼓风返烟烧结技术的发展，得到世界各国的普遍采用。 硫化铅精矿的烧结焙烧， 是在大量空气参与下的强氧化过程。 其目的是 1、 氧化脱硫，使金属硫化物变成氧化物以适应于还原熔炼；2、将粉状物料烧结成 块；3、使精矿中的硫呈 SO2以便制取硫酸；4、脱除部分砷、锑，避免熔炼时产 生大量砷冰铜，而增加铅及贵金属的损失；5、使易挥发的伴生稀散金属如铊集 中于烟尘中，以利于综合回收。 2.1.1 焙烧程度和脱硫率 2.1.1 焙烧程度和脱硫率 焙烧程度，常用焙烧产物中的含硫量来表示，它体现了焙烧的完全性。如 原来混合炉料中含硫 6，经烧结焙烧后，获得的烧结块含硫 1.8，则焙烧程度 为 1.8。 通常，确定焙烧程度的原则，一般按精矿中的含锌量及含铜量来控制1、 如果精矿含锌高，则焙烧时应尽量把硫除净，使锌全部变为 ZnO，以减少 ZnS 对还原熔炼时的危害，称为“死烧”或“完全焙烧” ；2、如果精矿含铜较多（如 Cu1～1.5） ，则又希望焙烧时残余一部分硫在烧结块中，使铜在熔炼时形成铅 冰铜，从而提高铜的回收率；3、如果精矿含铜、锌都高，残硫问题只能据具体 条件而定。有的工厂首先进行“死烧” ，使铜和锌的硫化物尽量氧化，而在鼓风 炉熔炼时加入黄铁矿作硫化剂，使铜再硫化成 Cu2S 进入冰铜，而锌以 ZnO 形式 进入炉渣。国内铅厂对含铜、锌都高的精矿，一般不造冰铜，而是采用“死烧” 。 14 这样既可免除 ZnS 的危害，又减少造冰铜的麻烦和处理费用，同时铅的直收率 也得到提高。 脱硫率表示炉料焙烧时硫化物氧化的完全程度，用焙烧时烧去的硫量与焙 烧前炉料含硫总量之比的百分率来表示。通常焙烧设备的脱硫率高，则其效率 也高。烧结机的脱硫率一般为 60～80。 2.1.2 对烧结块的基本要求 2.1.2 对烧结块的基本要求 烧结焙烧产出的烧结块，应该 1、烧结块的化学成份，应与配料计算的化学成份相符； 2、烧结块必须坚实，在鼓风炉还原熔炼时，不致被压碎； 3、烧结块应具有多孔质构造和良好的透气性； 4、在原料含铜低的情况下，要求烧结块含硫愈低愈好，以保证绝大部分的 硫化物生成氧化物。 烧结块的质量，主要以强度、孔隙度和残硫率三个指标衡量。强度测定， 通常作落下试验，将烧结块从 1.5 米的高处，自由落到水泥地面或钢板上，反 复三次，一般视裂成少数几块而不全碎为粉为好。或将三次落碎后的产物进行 筛分，小于 10mm 的碎屑重量不超过 15～20，则强度符合要求。孔隙度在工厂 很少测定，通常凭肉眼判断，质量好的烧结块一般不少于 50～60。 残硫率，取样测定，一般要求在 2以下。 2.2 硫化铅精矿烧结焙烧的化学反应 2.2.1 硫化铅的氧化反应 2.2 硫化铅精矿烧结焙烧的化学反应 2.2.1 硫化铅的氧化反应 铅精矿的主要成分是方铅矿 （PbS,占精矿组成的 60～80。 在烧结焙烧过 程中，精矿的焙烧主要是 PbS 发生氧化反应，生成氧化物（ PbO） ，也可能生成 硫酸盐或碱式硫酸盐（PbSO4, PbSO4 PbO, PbSO4 2PbO, PbSO4 4PbO,还 可能生成金属铅（Pb。 上述反应生成的 PbO 和 PbSO4（包括碱式硫酸铅） ，与未氧化的 PbS 之间， 发生下列各种交互反应,如 22 42 22 2 2232 SOPbOPbS PbSOOPbS SOPbOOPbS 24 2 222 32 SOPbPbSOPbS SOPbPbOPbS 焙浇高温下，交互反应析出的金属铅，大部分被烟气中的氧所氧化。 PbOOPb22 2 综观上述反应可知， 方铅矿的焙烧过程可以认为是在Pb-O-S三元系中进行， 焙烧产物的形成取决于实际焙烧温度和平衡气相（主要成分是 O2和 SO2）组成。 因此，在冶金热力学上，常用恒温下的 M（金属）-S-O 系 lgpSO2-lgPO2平衡状态 图（又称化学势图）来研究金属硫化物的氧化规律。1100K827℃时 Pb-O-S 系 15 状态图如图 2-1 所示。 在硫化铅精矿烧结焙烧的实际生产中， 要求 PbS 尽可能全部变成 PbO， 而不 希望得到 PbSO4和 PbSO4﹒mPbO，因为铅烧结块中的 PbSO4或（PbSO4﹒mPbO）在 下一步鼓风炉熔炼中不能被碳或一氧化碳还原成金属铅，而被还原成 PbS，如 PbSO44CO PbS4CO2，这就造成铅以 PbS 形态损失于炉渣或铅铳中的数量增加， 所以在烧结焙烧时，应使 PbS 尽可能生成 PbO，而不生成 PbSO4。 从 Pb-O-S 系状态图可以看出，硫酸铅及其碱式盐的稳定区域大，这说明它 们在烧结时容易生成。 只有当气相中的 SO2分压较小和 O2的分压较大时， 才能保 证 PbO 的稳定范围，从而不生成或少生成 PbSO4。具体地说，要使 PbSO4（甚至 包括 PbSO4﹒4PbO）完全不生成的条件，必须保证气相中 PSO2小于图 2-1 中反应 式PbSO4﹒4PbO5PbO SO2 1/2O2的平衡 SO2分压。但是，降低气相中 PSO2来减 少硫酸盐的措施是可取的，因为将不利于用烟气制硫酸。 图 2-1 1100K 时 Pb-S-O 状态图 图 2-1 1100K 时 Pb-S-O 状态图 在实际生产中，可考虑用下面一些措施来减少 PSO4的生成，以尽可能增加 烧结产物中 PbO 的数量 （1）提高烧结焙烧温度 随着温度升高，硫酸盐将变得越来越不稳定。硫 酸盐的分解是吸热反应，升高温度有利于 PbSO4及其 PbSO4﹒mPbO 向着生成 PbO 的方向逐级分解，最后生成稳定的 PbO（见图 2-2） 。因此，铅烧结焙烧过程料 层温度实际上是在 800～1000℃下进行。 16 图 2-2 硫化铅焙烧产物中前的形态随温度的变化（焙烧时间 60min） 图 2-2 硫化铅焙烧产物中前的形态随温度的变化（焙烧时间 60min） （2）将熔剂（石灰石、石英砂和铁矿石等）配料与铅精矿一起添加到烧结 炉料之中，有助于减少 PbSO4的生成，提高烧结脱硫率。 （3）改善烧结炉料的透气性，改进烧结设备的供风和排烟，使鼓风炉中的 O2和氧化反应生成的 SO2迅速达到或离开 PbS 精矿颗粒的反应界面， 即降低反应 界面的 PSO2和提高 PO2，均有利于 PbO 的生成。 还值得注意的是， 在较低的 PSO2和 PO2数值范围内 （图 2-1） 中的左下方区域） 是金属铅的稳定区域，这说明烧结产物中还可能出现金属铅。如前面关于 PbS 的氧化反应所述，金属铅的生成有两种可能一是 PbS 直接氧化，二是 PbS 和 PbO、PbSO4发生交互反应。这也是硫化铅精矿直接炼铅新工艺的理论依据。 根据某厂烧结块的物相分析，以其中含铅总量为基数，不同形态的铅含量 如表 2-1 所示。 2.2.2 精矿和熔剂中的造渣组分的行为 2.2.2 精矿和熔剂中的造渣组分的行为 鼓风炉熔炼炉渣中主要三组分（SiO2、CaO 和 FeO的来源 ①作熔剂加入石英石 （河沙， SiO2） 、 石灰石 （CaCO3） 和铁矿石或烧渣 （Fe2O3; ②精矿中的造渣成分； ③焦炭中的灰分。 17 鼓风炉炼铅是以自熔性烧结块作原料，因此熔炼炉渣中的造渣组分在烧结 过程中就搭配合理了。 2.2.2.1 石英石（SiO2） 石英石在低温焙烧时不起化学变化，但在高温下，则与各种金属氧化物结 合成硅酸盐，并能促使 PbSO4分解，如 实际上，PbO 与 SiO2开成一系列的低熔点化合物与共晶。这些化合物与共 晶的组成及熔化温度列于表 2-2。 22224 22 2222OSOSiOPbOSiOPbSO ySiOxPbOySiOxPbO ⋅ ⋅ 由表可见，这些化合物与共晶的熔化温度都在 800℃以下，比 PbO 的熔点 886℃还低，在烧结过程中起粘结剂作用。 2.2.2.2 铁矿石 烧结焙烧时加入的铁矿石（或硫酸厂副产的烧渣）熔剂中或精矿中的 FeS2 氧化后的产物 Fe2O3将与 PbSO4PbO 发生下列化学反应 3232 2232324 2 1 OnFemPbOOnFemPbO OSOOFePbOOFePbSO ⋅ ⋅ 上述反应生成的不同组分的铁酸盐的熔化温度也大多在 1000℃以下（见表 2-3） ，它在烧结过程中也起粘结剂 作用。但比 xPbOySiO2容易分解，故烧结 块中铁酸铅的含量远少于硅酸铅（见表 2-1） 硅酸铅的熔化温度低，并且有很好的流动性，在高温的烧结焙烧过程中， 这些硅酸铅便熔化，将焙烧的炉料粒子粘结在一起，当焙烧物料冷却时，它们 便成为许多粘结剂，是得到优良烧结块的保证。 18 2.2.2.3 石灰石 石灰石 （CaCO3） 在烧结焙烧加热到 910℃时， 则吸收热量分解成石灰 （CaO） 。 JCOCaOCaCO C 189630 2 900 3 0 −⎯⎯→⎯ 氧钙（CaO）能促使硫化铅、硫酸铅等转化成氧化物。 石灰石（或石灰）有利于氧化铅的生成，但无助于提高烧结脱硫率，上述 反应 矿（FenSn1）是硫化铅精矿中的必然伴生物。当加 热到 在烧结鼓风和高温下，氧化成氧化亚铁（FeO） 、三氧化二 铁（ 黄铜矿（CuFeS2） 、铜蓝（CuS）和辉铜矿（Cu2S）等 形态 44 CaSOPbOCaOPbSO CaSPbOCaOPbS 形成的硫化钙和硫酸钙仍把硫随烧结块带进了鼓风炉中。 2.2.3 杂质金属硫化物和贵金属的行为 2.2.3 杂质金属硫化物和贵金属的行为 2.2.3.1 铁的硫化物 黄铁矿（FeS2）和磁硫铁 300℃以上时，黄铁矿和磁硫铁矿都发生分解而产生硫的蒸气。 硫化亚铁（FeS） Fe2O3）和四氧化三铁（Fe3O4） ，其中以 Fe2O3为主，能与 PbO 等金属氧化物 进一步结合成 xPbOyFe2O3。 2.2.3.2 铜的硫化物 铜在硫化铅精矿中，呈 存在。焙烧时，铜的各种硫化物多变为氧化物，最终以游离的或结合的氧 化亚铜或少量未氧化的硫化亚铜的形式，留在烧结块中。 21 22 2 1 2 SnFeSSFe SFeSFeS nn 2 12 25/2 22 23 222 SO CuSOCu OSO Cu SOCu OSO 1 22234 635/232CuFeSOCu OFe O 22 222 19 2.2.3.4 硫化锌 致密的，故它是一种比较难氧化的物质。加之氧化后生 成的 2.3.4 砷的 毒砂（FeAsS）及雌黄（As2S3）的形态存在。焙烧时， 首先 As2O3在10 5Pa。故烧 结焙 2S3）和硫锑铅矿（5PbS2Sb2S3）形态存在于铅精矿 中， 高温及大四氧化二锑 （Sb 其形态主要为硫化镉（CdS） ，焙烧时有少部分挥发 进入 中的 氧化焙烧时，部分变为金属银和硫 酸银 22 硫化锌的结构是很 硫酸盐和氧化物，是一种很致密的膜层，它能紧紧地包裹在未被氧化的硫 化物颗粒表面，阻碍氧的渗入。所以在烧结焙烧时，需要较长的时间、过量的 空气和较高的烧结温度，才能使硫化锌转化为氧化锌，其反应为 1.5ZnSOZnOSO 2.硫化物 铅精矿中的 As 是以 受热离解，然后氧化生成极易挥发的三氧化二砷（As2O3） 。 FeAsSAsFeS 120℃时，已显著挥发。到 500℃时，其蒸气压已达到 烧时的脱砷程度，一般能达到 40～80。少部分未挥发的三氧化二砷进一 步氧化，变为难于挥发的五氧化二砷（As2O5） ，随即与其他金属氧化物（如 PbO、 CuO、FeO、CaO 等）作用生成很稳定的砷酸盐，残留于烧结块中。 2.3.3.5 锑的硫化物 锑主要是以辉锑矿（Sb 锑的硫化物在烧结焙烧过程中的行为类似 As2S3， 只不过在同样焙烧温度下， 生成的 Sb2O3较 As2O3的蒸气压小，挥发的温度高，故脱锑程度不及脱砷高。 223 232232 223232 2As3/2O As O As S 9/2O As O3 2FeAsS5O Fe O As O2 SO SO 232232 3SOOSb2/9SSb 在量过剩空气下，部分氧化成稳定的且难挥发的 2O4 ）及五氧化二锑（Sb2O5）同金属氧化物作用而生成锑酸盐。 2.2.3.6 镉的硫化物 镉常伴生于铅精矿中， 烟尘。硫化镉氧化成氧化镉（CdO）和硫酸镉（CdSO4） O 42 CdSO2OCdS 22 2SO2CdO3OCdS2 生成的硫酸镉，在焙烧末期的高温下，离解成氧化镉，最后残留于烧结块 镉一般以存 CdO 在。 2.2.3.7 银的硫化物 银常以辉银矿（Ag2S）存在于铅精矿中， （Ag2SO4） 222 O S2AgOSgA 20 Ag2SO4是较稳定的化合物，在 850℃时开始分解，因此，银以金属银及硫酸 银的 以金属形态存在，烧结焙烧时不发生变化，仍以金属形态留 于烧 后含铅炉料中各种元素形态变化列于表 2-4 中。 2.3 烧结焙烧炉料的准备 2.3 烧结焙烧炉料的准备 度大 和造渣组分的要求。 确定是直接与过 程的 的生产率、 金属回收率以及低的燃料和熔剂消耗， 希望 料性质的不同，再加上冶炼技术水平的差异，各 铅厂 形态存在于烧结块中。 2.2.3.8 金 金在铅精矿中 结块中。 烧结焙烧前 为了在生产实践中能顺利地对含铅炉料进行烧结焙烧，并能获得具有孔隙 和足够强度的烧结块，又能满足鼓风炉熔炼对化学成分的要求，所以烧结 焙烧炉料的准备，无论是对烧结焙烧本身，对鼓风炉熔炼，都具有重要意义。 2.3.1 对炉料化学成分的要求 2.3.1 对炉料化学成分的要求 烧结前进行配料，主要满足 S、Pb 精矿中的硫化物就是焙烧过程的燃料，配料时硫的数量的 热平衡和烧结块残硫联系在一起的，过高与过低都会导致过程热制度的破 坏以及残硫不符合要求。烧结料适宜的硫量应当是脱硫率一般为 60～75， 欲得残硫 1.0～1.5的烧结块，则料含 S 应为 5～7。如果 S7时，则烧结块 残硫必然升高而不合要求。 为了使鼓风炉熔炼获得高 尽可能地提高烧结块的含 Pb 量，但太高会导致熔炼困难，因此，许多工厂 将混合炉料中的铅含量提高到 45左右。 在日本有的工厂已将混合料含铅从 48 提高到 51，最高达 52。 由于各铅厂原料成分和原 选配渣成分就不一样， 且差别极大， 一般范围 （） 是 SiO2 20～32， Fe 22～ 21 30，CaO 14～20，Zn 8～15。 2.3.2 烧结配料原则及配料计算 2.3.2 烧结配料原则及配料计算 烧结配料的一般原则 （1）根据精矿的来源，确定各种精矿的配比，保证工厂生产在一定时间内 能稳 来源，综合分析本厂及外厂的技术指 标， 剂的要求，不仅能保证生产过 程能 进行冶金计算，这是一项复 杂而 （1）根据精矿及其他含铅二次物料（如锌浸出渣）的供应情况，确定各种 原料 所需 剂后炉料的含硫量，计算所需返粉的数量；根据铅含量， 计算 剂数量 入鼓风炉渣中，并且 假定 CaO ZnO 共计 定进行，不致经常变动操作制度。 （2）仔细研究精矿和成分及当地熔剂 选定适当的渣型，力求熔剂 消耗最少。 （3）配好炉料的化学成分应能满足焙烧与熔 顺利进行，还要获得较好的技术经济指标。 确定配料比，应根据精矿和熔剂的化学成分， 又仔细的工作。 配料计算的程序是 的配用比例，然后根据这些原料的化学成分，计算出混合原料的成分。 （2）根据混合原料成分，选择适合鼓风炉熔炼的渣型，然后根据渣型计算 熔炼的数量。 （3）根据加入熔 检验是否还要配鼓风炉水淬渣（返渣） 。 2.3.2.1 选择渣型，计算鼓风炉熔炼所需熔 可以认为，Fe、SiO2与 CaO 全部造渣，而 Zn 有 80进 渣中的 FeOSiO2CaOZnO90,则不加熔剂时，精矿中的各造渣成分如下 （以 100kg 精矿为基准进行计算） 组分 FeO SiO2 Kg 7 2.3 2.44 6.35 18.09 34.8 11.4 12.2 31.6 90 从上面所得自熔炉渣成分来看，它与工厂生产实际彩的炉渣比较，显然是 不合 是，42.3kg 理的。其中 ZnO 含量太高，而 SiO2和 CaO 含量偏低，必须加入熔剂改变这 种渣成分。应该选择含锌、含铁较高的炉渣。假设选定的炉渣成分为 15ZnO,32FeO，16CaO，27SiO2。根据氧化锌量计算出炉渣的数量为 于炉渣中应该含有 3.42 15.0 kg 11.7 42.3 166.7 42.3 3213.4 kg CaOkg 35.6 2 42.3 27SiO 22 eOkg F 根据这 3 种成分的需要量，减去精矿所带入的量，便是需要加入的熔剂 应 当含 加入的石为 x，y，z（kg，已知 所用 根据上表所列数据，列出下列 3 个方程 3.2.2 上述计算可知， 100kg 精矿需要加入 7.8kg 石英砂， 7.3kg 石灰石和 10kg 烧渣 Pb 与 S 的含量为 般工厂的炉料不符合 要求，本计算取炉料含 有的数量，即加入的熔剂应该含有 设 应该英砂、石灰石和铁质熔剂的数量分别 2 9.4 6.72.444.26 13.476.4 k11.72.36SiOg CaOkg 熔剂的 SiO2、CaO 和 FeO 的成分百分含量）及成分列于表 2-5 中。 解上列三个方程式得 FeOkg − − 0.92560.00870.29.4 0.00410.540.034.26 0.00410.0260.061766.4 xyzkg xyzkg x − yzkg ） 硫 铁铁矿烧渣10 石灰石）3.7 石英砂）8.7 kgz kgy kgx 2.计算烧结返粉的数量 从 ，则不加返粉的炉料量为 1007.87.310125.1kg 如果忽略烧渣带入的 Pb 与 S 量，则这种炉料中 一烧结炉料含 S 量控制在 5～7之间， 显然含 13.1S 6 S。 经过烧结焙烧以后， 所得烧结块含硫量假定为 2.5,则根据硫平衡计算返粉 1.13100 1.125 44.16 S 7.42100 1.125 Pb 35.53 23 的加入量。设返粉加入量为 xkg,则 上述计 （如在 50 以上）则可以加入鼓风炉水 淬渣 杂物如浸出渣等）组成。一些工厂铅烧结焙烧的炉 料组 06. 01 .125025. 0131. 01 .125xx 返粉量125 解方程得 kgx 从算加入熔剂后的炉料含铅为 42.7,符合配料要求，如果含铅太高 ，为了适应烧与鼓风炉还原熔炼的要求， （含 1.5～3.0Pb）来冲稀铅量。水淬渣的加入量可按铅的平衡进行计算。 2.3.3 炉料组成及配料 2.3.3 炉料组成及配料 烧结炉料主要是由铅精矿、返粉、熔剂（主要是石灰石、铁矿石、石英石 等） 、杂料（包括烟尘、含铅 成列于表 2-6。经过配料后的混合料的化学成分列于表 2-7。 鼓风炉熔炼造渣所需要的熔剂， 一般根据配料计算量全部混入烧结炉料中， 这样的烧结块在鼓风炉熔炼时就可以大大提高生产率。如果所需的熔剂在熔炼 24 时才 后返回烧 结配 料含铅低，熔炼含铅低的烧结块时，因渣量增 大， 的有效方 法。 在一定范围内。如果粗铅采用电解精炼，则在配料时应考虑电解 精炼 。 和数量。 烧结块成分长时间无波动。 缺点 濨前达到最佳湿度，并使其化学成分、粒度和水分 的均匀一致，必须对炉料进行良好的混合与润湿。 加入， 由于熔剂与烧结愉中造渣成分不能相互密切接触而使造渣过程缓慢， 过程不均衡而引起熔炼速度下降。因此，常把熔炼过程所需的熔剂预先与精矿 一起配入烧结炉料进行烧结焙烧而产出的烧结块称为自熔烧结块。 在烧结焙烧时，为了稀释炉料中的硫，通常加入大量的返粉，其数量可达 精矿数量的 2～3 倍。所谓返粉，即为含硫低的烧结焙烧产品，经破碎 料的粉料。为了稀释炉料中的硫和铅，有时还加入一定量的鼓风炉水淬渣， 也有利于改善烧结块的质量。 炉料的含铅量不仅是影响烧结块质量的主要因素之一，孔明影响烧结和熔 炼技术经济指标的因素。如果炉 铅的损失也就增加，从而提高了产品成本。为了提高铅精矿的处理量及减 少过程中铅的损失，以及为了降低燃料烼熔剂的消耗，要尽可能地提高烧结块 的含铅量。但是炉料含铅太高，则在烧结焙烧过程中，容易产生过早烧结，降 低烧结块质量。同时高铅炉料对于吸风烧结机来说，由于产生的易熔物多（如 Pb、PbO 等） ，当其流至炉篦时，便会冷却粘结在炉篦上，甚至流入风箱，把风 箱堵塞，给生产造成困难；含铅高的烧结块在鼓风炉熔炼时，也会产生一些不 利影响，如渣含铅升高，炉结形成机会增多等。因此，各工厂并不极力追求把 烧结炉料品位提得很高。烧结炉料适宜的含铅量一般为 40～50。 生产实践证明，在其他条件一定时，合理控制和调节炉料的含硫量与含铅 量，是保证烧结块优质高产的途径。适当配用焦粉是提高烧结块质量 如炉料含铅 30～40和含硫 3～6这种偏低的情况下，便会产出强度不高 的烧结块，如果在这种炉料中加入焦粉（其量为配料量 0.3～3，返粉率为 60～65，便可提高烧结块质量。当炉料含 铅 40以上，硫在 6以上就可不配 焦粉，将返粉提高到 70，同样可以保证过程的热平衡条件和透气性，使烧结块 质量提高。 配料时也应考虑到其他杂质含量 例如炉料中的 ZnO 不超过 15～20。 MgO 含量也应控制 时对阳极中锑含量的要求。 烧结炉料的配料方法常见有两种，即仓式配料（也称皮带配料或圆盘配料） 法和堆式配料法。也有联合使用的 仓式配料法设备简单，占地面积小，便于机械化，我国普遍采用，其最大 缺点是很难控制各组分的正确配料比例 堆式配料法的优点有配料比较容易控制，炉料成分均匀；可预先分析炉 料成分，准确度高，可大量储存已配好的炉料，使 是需要在一端设有为临时改变炉料组成用的补充配料仓， 并且占地面积大， 使大量精矿不能得到迅速处理。 2.3.4 炉料的混合与制粒 2.3.4 炉料的混合与制粒 为保证配料后的炉料在 所谓最佳湿度是指使炉料润湿到最大毛细水含量时的湿度。当炉料达到最 25 佳湿度时其结团作用最大，此时的炉料容积最大，堆密度最小。见表 2-8。 必须 3～9mm 占 60以 发生 圆筒还是圆盘制粒机，除将物料滚动成球外，还具有一定的 混合 因素决定 分多种粒级和多种物料制粒，得到的强度最大； 成的特 性， 一般说来，混合料的最佳湿度为 5～7，如果小于 5，则烧结速度大大下 降并得到不坚实的烧结块，若大于 7～8时，则烧结块残硫增加，质量变坏。 指出，混合料的最佳湿度随返粉的数量和粒度的增大而降低。 返粉的粒度组成是直接影响烧结炉料粒度及其透气性的重要因素，因此各 个工厂根据各自具体条件通过生产实践来确定其粒度组成。 一般控制 上，小于 3mm 的不超过 30，大于 9mm 应在 10以下。对熔剂和焦粉成分、 粒度的要求见表 2-9。 炉料的混合一般采用二次或三次混合，并且多半是混合与润湿同时进行。 在最后一次混合过程中具有制粒作用，从而防止了各组分因密度和粒度不同而 的偏析现象。这样就使炉料各组分分配均匀，并大大地改善了炉料的透气 性。生产上广泛采用的混合设备为鼠笼混合机和圆盘混合机，也有采用反螺旋 的圆筒混合机。 混合料的制粒，常在圆筒制粒机和圆盘制粒机中进行，目的在于提高炉料 的透气性，不论是 作用。 所有不同性质、不同粒度、具有适当润湿程度的物料，都能制成球。球的 强度又由下列 ①物料的表面性质，一般炉料粒度愈小，则制成的球强度愈大; ②炉料的化学及矿物成 ③物料湿度，水分过多或过少都影响制粒强度。根据铅烧结炉料组 以含水 5～6为宜，如果物料在制粒过程中不加水而加造纸废液或其他粘 26 合剂 烧结焙烧的生产率和烧结块质量都获得很大提高， 所以 的钢板圆筒，有的内衬耐 磨橡装有等距离的角钢或直径为 20－30mm 的圆钢。筒内 设有 所示。炉料在圆筒中混合制粒的优势，取 决于 制粒效果高，而且团粒粒度易于调节。其构造是由一个机 座和载于机座上的倾斜圆盘构成。园盘的倾斜度可在 40－60 度范围内变动。盘 上设 ，则可提高制粒强度； ④制粒条件，如给料速度、制粒机转速等都直接影响制粒的强度。 实践证明， 与不制粒相比 铅厂的炉料一般通过制粒后再进行烧结焙烧。 2.3.4.1 圆筒制粒机 圆筒制粒机是一个直径为 1.2－2.8m，长 2－12m 胶，有的则在筒内纵向 与纵向平行的多孔管状喷雾器，以供炉料的最后一次润湿。圆筒的轴向与 水平倾斜有一定的角度（一般为 6 度）安装在两对相距一定间隔的托轮上，由 电动机通过减速装置而转动。如图 2-3 所示。 混合好的炉料经下料溜子从上端进入，制粒后的炉料则从下端送至烧结机 进行烧结焙烧。制粒示意图如图 2-4 炉料的停时间（一般要求不少于 1－1.5 分钟） 。在给料速度一定的条件下， 圆筒的长度和转速是影响制粒的关键。为了提高混合制粒的效果，增加圆筒的 长度和采用调速电机是非常适宜的。对已投产的厂而言，采用增加圆筒长度的 办法，将受到厂房的设备等条件的限制。如果采用降低转速的办法，则混合制 成的炉料又满足不了生产的要求，故圆筒制粒机具有制粒效率不高，球粒粒度 难以调节等缺点。 2.3.4.2 圆盘制粒机 圆盘制粒机不但 有喷水装置和刮料板。圆盘的转速在 1.25－1.9 米/秒范围内变动。改变园 盘的转速、圆盘的倾斜度、盘边的高度、炉料湿度及给料速度，可以控制团粒 的粒度及生产率。如图 2-5 所示。其成球如图 2-6 所示。 27 图 2-5 圆盘制粒机 图 2-6 圆盘制粒成球示意图 国外某鼓风烧结焙烧混合料制粒后的粒度分析如表 2-10 所示. 28 2.4 铅烧结焙烧的生产实践 2.4.1 带式烧结机的构造及附属设备 2.4 铅烧结焙烧的生产实践 2.4.1 带式烧结机的构造及附属设备 烧结焙烧的主要设备是烧结机。烧结机是一种连续作业的冶金设备，按其 形状分盘式和带式两种。带式烧结机又称直线型烧结机，它由许多个紧密挤在 一起的小车组成。小车用钢铸成，底部有炉篦，短边设有挡板（即为车帮） ，挡 板的高矮确定料层的厚薄，而长边则彼此紧密相连，形成一具有炉篦的大而长 的浅槽，类似一环形运输带。 机架的前端设有一对大齿轮（又称扣链轮） ，尾端则为一半园形的固定钢轨 或星轮。大齿轮由电动机通过减速装置而运动，其齿间距离与小车轮间距吻合， 当其旋转时，其齿恰好扣住下轨道而来的小车将它提升到上轨道，同时将前面 的所有小车推动，并使之紧紧地联接在一起，如图 2-7 所示。 小车沿上轨道移动到风箱顶部时，车箱底的两侧滑行在风箱边缘的钢制滑 板上以构成风箱的密封。其密封的类型有1、水封板密封；2、滑动密封；3、 制粒后的炉料，用机械均匀地铺在小车底部的炉篦上，其布料设 备采 结料层的厚薄，可通过点火炉前面的括料板上下移动来调节。为了补救 浮板密封；4、油封或气封；5、弹簧板密封等。这几种小车与风箱之间的主要 密封装置，均要定期把油注入上下滑板之间的油槽中，以加强密封效果和减少 摩擦阻力。 经过混合 用较广的有1、摇摆布料机由偏心轮、连杆所带动的作摇摆式的给料机， 其缺点是不能保证将炉料充分地分布在小车上；2、梭式布料机一般是在一部 作往复运动的台车上，安设有一根运输皮带。已混合好的炉料落在运输皮带上， 然后借台车的往复运动，而将炉料均匀地布在小车上，这种布料方法比前者均 匀。 烧 29 刮料 上方靠近头部的点火炉进行，点火炉的外 壳用 地通过风箱向前移动，风箱上部边缘固定在导轨 上， 翻落，自 动将 计，其规格大小以风箱的有效面积（平方米） ， 即风 、台车速度控制、鼓风制度和床层温度的合 理控 点火温度和点火时间对烧结过程正常运行和烧结块的残硫 及其 号风箱负压是点 火层 适应。 当台 鼓风烧结段与返烟段交接处附近。烧穿点前移或后移，都将 影响 烧结料层上部有红热层，而下 部完 改变。实际烧结过程有两 板将小车炉篦上的混合料压紧的缺陷，有的把平口括料板改成耙齿形刮料 板，用来耙松炉料以改善透气性。 炉料的点火系采用悬吊在烧结机 钢板制成，内衬耐火砖，燃料可用焦炭、重油和煤气，由于煤气点火炉具 有所占面积小，产生的火焰均匀，点火温度容易控制等优点，在有煤气供应的 情况下，多采用煤气点火。 点燃火的炉料小车，不断 沿着风箱的全长分为若干室。靠烧结机头部的第一个风箱为吸风箱，其余 的为鼓风箱，每个风箱都与导气管相连，每个导管上设有阀门来调节风箱的风 量和压力，送入的气流与炉料作用，使炉料熔化、造渣、粘结、冷却等作用焙 烧结块，同时产出炉气经单管或多管漩涡除尘后，送往收尘及制酸系统。小车 连续往前移动，达到烧结机的尾部卸料端。卸料端的下面，用元钢或钢轨制成 条筛，条筛上部安装一台单轨破碎机，其上方装设与收尘系统相连的烟罩，以 减少烧结物翻落破碎时产生的烟尘飞扬损失以改善现场劳动条件。 烧结物料小车，借烧结机尾部半园形固定支架或星轮，依次往下 烧结物料倾出， 空小车则借风箱下部的倾斜轨道重返烧结机头部大齿轮处， 如此周而复始地作循环运动。 带式烧结机一般采用标准设 箱的宽度有效长度来表示。我公司烧结机规格为 45m 2。 2.4.2 烧结机的正常操作及故障处理 2.4.2 烧结机的正常操作及故障处理 2.4.2.1 烧结机的正常操作 烧结机正常操作包括点火操作 制等项内容。 （1）点火操作 强度影响极大。过高的点火温度或过长的点火时间会造成点火料层过早熔 结使透气性变坏，并产生夹生料。相反，若点火温度过低或点火时间过短，点 火层烧不透或着火不匀，也会降低焙烧速度，使部分混合料不能着火，产生夹 生料，因此，鼓风烧结点火工序总的要求，是在点火料层烧透而又不熔结的前 提下，使点火层具有最高温度以保证主料层均匀着火燃烧。 生产中点火采用重油烧嘴，点火温度要求 800～1100℃.0 往下燃烧的动力，一般控制在 800～1000Pa。当点火料层通过点火炉以后， 表面红层的厚度占整个点火料层厚度的 2/3 时，可认为点火效果最佳。 （2） 台车速度 生产中台车速度必须与主料层厚度， 垂直烧结速度相 车行进到鼓风烧结段最后一个风箱时，应完成整个烧结过程，料层烧穿。 它的直观标志 A、烧穿点位于 烧结过程，烧穿点温度一般 400～500℃。 B、至烧结结束烧结块于尾部翻落时，可看到 全变黑。翻落时，撞击单轴篦条声音较清脆。 在生产过程中，一般很少将车速与料层厚度同时 30 种操 ，为了提高烧结机的利用率，车速应与垂直烧结速度相适应， 避免 杂的 是指烧结焙烧时间除料层厚度之商（V1h/t） 。 V） ， 故垂 in 效长度m 适当的料层厚度，现根据垂 直烧 学成分、点火温度、进风量以及情报 分析 ，需要大量的空气和返回烟气参与反应。生产实践中， 实际 料， 并且要能保证炉料充分脱 硫，提 层温度 机料层中的实际温度（也称料层温度） 。床层温度在烧结 作方法即厚料层慢车速与薄料层快车速操作法。前者的目的是使点火时 间延长，又由于料层较厚，热的利用率较好，从而可提高烧结反应带的温度使 焙烧及烧结效果好，有利于提高烟气二氧化硫浓度。后者是为了减少料层的阻 力，使空气容易鼓入，有利于防止炉料过早结块，从而提高过程的脱硫率和改 善烧结块质量。 在生产实践中 烧结过早或欠烧，最简单的调节方法是根据烧穿点来调节车速。在给定料 层厚度情况下，若要保持烧结机上的烧穿点为变，即在保证完全脱硫的前提下 垂直烧结速度越快，车速也要加快。一般小车运行速度控制在 1.2～1.5m/min。 豫光采用厚料层、慢车速操作，台车速度一般 0.4～1.2m/min。这是一个复 技术课题，生产中应据实际条件及时调整，一般正常情况下不宜变动。 3垂直烧结速度 所谓垂直烧结速度， 而烧结时间又是小车运行速度除从点火到烧穿点的有效长度之商 （tL/ 直烧结速度可以从下式求出 Vlhv/L1000 mm/m 式中 v1 为垂直烧结速度mm/min； v 为小车运行速度mm/min； h 为主料层厚度mm； L 为从点火到烧穿点的有 生产实践中，通常中根据炉料的透气性来选择 结速度的大小来确定小车的速度。 垂直烧结速度与炉料的物理性质、化 成分等因素有关，其波动范围很大。反映料层垂直烧透了位置即为烧穿点 （也叫烧透点） ，它与床层最高烧结温度相对应（一般烧穿点温度在 600～800 ℃，仅测出料面上空温度，并非实际的料层烧穿点温度） 。烧穿点位置的确定， 就以烧结床层温度最高点为依据。 （4）鼓风制度 烧结过程是强氧化 空气的消耗量大于是理论量，要有一定过量的空气才能使料烧透。目前， 标准的铅烧结的单位鼓风量约为 425Nm 3/t 料。 最适宜的鼓风强度取决于采用哪种烧结混合 高烟气二氧化硫浓度和满足制酸烟气量要求。鼓风强度小时，透过料层 的空气少，烧结速度减慢，同时由于料层的温度不能达到烧结温度，脱硫率也 低。但是，鼓风强度的提高受到额定的风压所限制，风量大则风压增加，风压 过大容易造成料层穿孔而跑风，使烧结过程变坏。另外，风压过大，小车与风 箱滑动轨道之间漏风增大;加大风量，势必造成烟气量膨胀，从而降低烟气二氧 化硫浓度， 不利于制酸。 料层厚度为 330～360mm 时， 一般