在传统的烧结-鼓风炉冶炼工艺中，按硫化铅精矿中硫的质量分数为12% ~ 24%计算，每1t粗铅冶炼物有0.6~1.1t SO2排放空。

铅冶炼新技术的共同特点是将焙烧和冶炼合二为一，实现铅精矿的直接处理，充分利用硫化铅氧化释放的大量热量快速熔化炉料，从而产出液态铅和熔渣。直接炼铅还是要把冶金过程分为氧化和还原两个阶段。在氧化阶段，低硫铅被充分氧化，在还原阶段，低铅渣被充分还原。本实验对熔池熔炼的还原段进行了探讨。利用铅精矿与富铅渣之间的相互作用，研究了还原工段最终渣铅含量、铅回收率(以渣计)、烟尘率和粗铅收率的影响因素和条件。初步探讨了反应机理。

一，实验理论基础

铅精矿和富铅渣之间的主要相互作用如下:

PbS+2PbO→3Pb+SO2(1)

PbS+PbSO4→2Pb+2SO2 (2)

在1000℃的高温下，这两个反应的△G已经很负了。随着温度的升高，△G越来越负，这说明从热力学角度来看，相互作用反应容易发生。渣中铅化合物的熔化温度低，熔体流动性好，与二氧化硅结合的Pb0比纯Pb0的挥发性小。PbS熔融后流动性高；PbSO4在800℃开始分解，在950℃以上分解迅速进行。反应式(1)在860℃时的平衡压力为101325Pa；反应式(2)在723℃的平衡分压为98000Pa。也就是说，在较低的温度下，两个反应可以剧烈地向右进行。从动力学的角度来看，炉渣的熔点一般在1200℃左右。只要试验温度高于矿渣的熔点，在矿渣的熔融状态下，各种化合物之间的接触良好，反应可以很好地进行。

二。测试原材料和方法

(1)测试原材料

本实验所用原料为某厂爱莎炉的富铅渣和铅精矿。铅精矿是粒度小于1毫米的黑色粉末。化学成分(%):铅45.44，锌6.46，铁8.82，硅25.34，氧化钙1.57，氧化镁0.48，氧化铝1.00，硫17.86，铜2.43，银0.266。定性物相分析结果表明，铅精矿主要含有PbS、ZnS、FeS、SiO2、FeS2和PbSO4。

富铅渣为浅粉色块状，化学成分(%): Pb 53.97，Zn 6.46，Fe 8.64，SiO2 8.31，CaO 3.07，MgO 0.75，Al203 1.78，S 0.17，Cu 0.73，Ag0.0197，堆积密度3.05 g/cm3。XRD分析表明，铅相以PbZnSiO4、PbO和Pb的形式存在。其中PbZnSi04在高温下通过以下反应分解成PbO:

PbZnSiO4→PbO+ZnO+SiO2

因此，在本实验中，可将富铅渣中的Pb视为Pb0，并以此为基础，通过计算确定各种材料的用量。

试验中使用的熔剂为石灰石(CaO 51.2%，MgO 3.17%)；石英砂(二氧化硅93.83%%)。

(2)测试方法

根据可能的相互作用反应方程式，先计算出富铅渣和铅精矿的理论量，然后以富铅渣和铅精矿中FeO含量之和作为渣型选择的计算依据，再根据所选渣型计算出所需各溶剂的质量。将富铅渣、铅精矿、石灰石和石英砂分别粉碎、磨细，充分混合均匀，加水润湿，制粒，最后干燥12小时以上。称取约2kg混合物放入高15cm、内径14 cm的碳化硅坩埚中，从电炉底部加料。用PT/PT-13% RH热电偶检测炉内试样的温度，通入高纯氩气，去除炉内空气体并轻微搅拌。通过调整电炉的程序参数，设定每次试验的反应温度和时间。反应结束后，观察铅渣表面现象，判断是否产生泡沫渣，称量铅渣和粗铅，分析主要成分含量。由于测试条件有限，无法检测SO2浓度和烟雾率。本试验将发烟率作为一项技术指标，计算公式为:

发烟率=(加入坩埚的炉料总量-反应后的粗铅和铅渣量)÷加入坩埚的炉料总量。

三。测试结果和讨论

(a)炉渣类型对最终炉渣的铅含量和发烟率的影响

铅冶炼渣是一个非常复杂的高温熔体系统，由SiO2、FeO、CaO、MgO、Al2O3、ZnO等氧化物组成，它们之间可以相互结合形成化合物、固态熔体和共晶混合物。为了讨论渣型与晶相的关系，将多元体系简化为三元体系:FeO-Cao-SiO2。将渣中三相的组成换算成100%，然后查FeO-Cao-SiO2三元系相图。根据图中1 100 ~ 1 300℃的渣温，选取实验中三组分的含量。A Perillo提供了Weismaigang的Kifset铅冶炼厂的投产和生产指标。炉渣的化学成分为FeO39%，SiO2 38%，CaO 23%。

试验条件:固定温度1250℃，时间5h，配料比为1.0。试验编号为(1)-FeO 40%，SiO2 35%，Cao 25%；(2)氧化铁37.5%，二氧化硅37.5%，氧化钙25%；(3)氧化铁35%，二氧化硅40%，氧化钙25%；(4)-FeO 35%，SiO2 37.5%，CaO 27.5%；(5)氧化铁35%，二氧化硅35%，氧化钙30%。

结果表明，当CaO含量保持在25%，相应的SiO2含量降低时，试验(1)、(2)和(3)的渣中铅含量分别为3.48%、4.76%和5.87%。烟尘率分别为36.9%、32.6%和28.1%。当FeO含量固定在35%并且相应的SiO2含量降低时，试验(3)、(4)和(5)的炉渣中的铅含量分别为5.87%、1.41%和3.86%。烟尘率分别为28.1%、42.25%和35.6%。

根据炉渣结构的离子理论，适当增加碱性氧化物有利于降低炉渣粘度。但碱性氧化物过高时，可能会生成各种高熔点化合物，使炉渣耐火，增加炉渣粘度。对于FeO-CaO-SiO2三元渣，当CaO含量超过30%时，粘度会随着CaO含量的增加而迅速增加。SiO _ 2/Fe超标，粘度高，出料困难。增加Ca0/SiO2可以降低炉渣的粘度。从试验数据可以看出，当炉渣成分为FeO 35%%、SiO 2 37.5%、Cao 27.5%时，烟尘率为42.25%，炉渣中铅含量为1.41%，最低。

(2)配料比对终渣铅含量和发烟率的影响

在渣铁含量35%，二氧化硅含量37.5%，氧化钙含量27.5%，保温时间3h，温度1250℃的条件下。以100 g富铅渣计算，理论上需要消耗71.297g铅精矿。实验中使用的铅精矿量分别是理论量的0.9、0.95、1.0、1.05、1.1、1.15和1.2倍。

从图1可以看出，在其他条件相同的情况下，随着配料比的增加，渣中铅含量有先降低后升高的趋势，配料比为1.0时有最小值；烟尘率先升后降，与炉渣含铅趋势相反，即炉渣含铅量低时烟尘率高。鉴于两者的矛盾关系，折衷选择了试验条件，故后试验配比为1.1。在此条件下，渣中铅含量为2.61%，烟尘率为33.63%，基本满足工业对工艺指标的要求。

图1配料比对终渣铅烟率的影响

(3)反应温度对终渣铅含量和发烟率的影响

为了减少烟尘量，必须严格控制炉内温度。如果能抑制铅及其化合物的挥发，粉尘中的氧化锌含量就会增加，可以在氧化锌系统中处理。从沸点和平衡蒸汽压分析，锌的挥发比铅容易得多。如果还原温度真的控制在1150 ~ 1200℃，Pb和PbO的蒸气压只有1.3 ~ 6.7 kPa，铅的挥发率也不会那么高。

炉渣FeO 35%，SiO2 37.5%，CaO 27.5%，保温时间5h，配料比为1.1。测试结果如图2所示。

图2反应温度对降低终渣中铅含量和烟尘率的影响

从图2可以看出，在其他试验条件不变的情况下，渣中铅含量随着温度的升高而降低，在1250℃时达到最小值，但渣铅含量高于1300℃时的铅含量。观察1300℃时的实验现象，发现有很多渣孔(从粗铅到渣面)。推测温度高于熔渣熔点时，熔渣流动性大，反应产生的气体更容易从渣孔逸出到液面，熔渣中的铅及其化合物不能很好地被沉降分离，所以熔渣中铅含量高。随着温度的升高，烟尘率逐渐增加，1300℃时烟尘率达到48.82%。烟尘率过高，对后续的除尘系统是一种负担，会导致生产成本的增加。严重时会造成烟雾积压。综合考虑后，选定温度为1250℃。

(4)反应时间对终渣铅含量和发烟率的影响

炉渣FeO 35%，SiO2 37.5%，CaO 27.5%，温度1250℃，配比1.1。测试结果如图3所示。

图3反应时间对最终炉渣铅含量和发烟率的影响

从图3可以看出，随着反应时间的延长，交互反应越彻底，渣铅分离沉降时间越长，分离效果越好，渣铅含量会逐渐降低；而烟尘率逐渐增加。反应时间短，可缩短排渣周期时间，提高床能率。当试验时间为3小时时，炉渣含铅量为2.61%，烟尘率为33.63%。

(5)反应温度对粗铅产率和炉渣产率的影响

炉渣FeO 35%，SiO2 37.5%，CaO 27.5%，时间3h，配料比为1.1。测试结果如图4所示。

图4反应温度对粗铅产量和炉渣产量的影响

从图4可以看出，随着反应温度的升高，各种化合物和金属的挥发增加，粗铅收率从27.23%下降到14.62%，渣收率也逐渐降低。所以反应温度不要太高，1250℃是最好的折中。在此条件下，粗铅收率为22.76%，炉渣收率为43.61%。

(VI)反应时间对粗铅产量和炉渣产量的影响

固定渣FeO 35%，SiO2 37.5%，CaO 27.5%，温度1250℃，配比1.1。反应时间对粗铅产量(考虑点电荷)和炉渣产量的影响如图5所示。

图5反应时间对粗铅产量和炉渣产量的影响

从图5可以看出:(1)随着反应时间的增加，粗铅收率从19.23%增加到25.83%。时间长有利于渣铅的沉淀分离，同时其他金属化合物也能有足够的时间进行还原反应，进而以金属的状态进入粗铅；(2)炉渣产量逐渐减少。时间长了，炉渣中的挥发性化合物和产生的气泡带走的物质会更多地进入烟气粉尘中，增加了除尘负荷。当反应时间为3h时，粗铅收率为22.76%，炉渣收率为43.61%。

(七)其他反应效应的比较和分析

在不同的实验条件下，反应后其他组分的含量变化不大。粗铅中铅含量为95.01% ~ 96.12%；银含量为0.28% ~ 0.36%；硫含量0.11% ~ 0.19%；铜含量为0.31% ~ 0.56%。铅渣其他成分含量:S含量1.89% ~ 2.37%；锌含量为2.47% ~ 6.33%。并且存在低铅含量的炉渣也具有低锌含量的试验现象。推测在相同的工艺条件下，原料中的铅化合物和锌化合物与其他物质的反应机理相似，所以在铅渣和粉尘中呈正比例关系。随着反应时间的延长和反应温度的升高，各种化合物逐渐分解，更多的挥发性物质进入烟灰中，渣中难挥发性物质SiO2、FeO、CaO的含量趋于略有增加。矿渣中含有铅

四。结论

利用铅精矿和富铅渣在熔池熔炼还原段的相互作用，可以满足工业实践的各项经济技术指标。最佳工艺条件为:渣模三种主要成分的含量换算为FeO 35%、SiO2 37.5%、CaO 27.5%、温度1250℃、时间3h、原料比为1.1。在此条件下，渣中铅含量为2.61%，铅回收率为98.21%，脱硫率为91.5%，烟尘率为33.63%，粗铅收率为22.76%，渣收率为43.61%。