畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-年處理10萬噸鉛精礦的鉛頂吹直接熔煉爐設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)主要是年處理10萬噸鉛精礦的鉛頂吹直接熔煉爐，通過對(duì)鉛及其主要化合物的物理化學(xué)性質(zhì)和用途的認(rèn)識(shí)、鉛生產(chǎn)方法的了解、鉛直接熔煉原理及工藝流程的選擇、計(jì)算熔煉爐煉鉛的物料平衡與熱平衡計(jì)算。對(duì)鉛頂吹直接熔煉爐進(jìn)行選擇計(jì)算，根據(jù)計(jì)算出的尺寸對(duì)熔煉爐進(jìn)行定型，通過尺寸定型畫出熔煉爐的結(jié)構(gòu)圖。設(shè)計(jì)方案以技術(shù)新、效益高為原則，充分

2、體現(xiàn)了先進(jìn)、靈活、多功能的特點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 鉛頂吹直接熔煉爐、年產(chǎn)10萬噸、工藝流程的選擇、物料平衡與熱平衡計(jì)算、尺寸定型、畫結(jié)構(gòu)圖.</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p><b>　　2、鉛生產(chǎn)概述

3、3</b></p><p>　　2、1鉛及其主要化合物的物理化學(xué)性質(zhì)和用途3</p><p>　　2、1、1鉛的性質(zhì)和用途3</p><p>　　2、1、2鉛的主要化合物的物理化學(xué)性質(zhì)5</p><p>　　2、2鉛生產(chǎn)方法概述8</p><p>　　2、2、1直接煉鉛法8</p>

4、<p>　　2、2、2傳統(tǒng)煉鉛法9</p><p>　　2、3鉛直接熔煉9</p><p>　　2、3、1鉛直接熔煉的基本原理9 </p><p>　　2、3、2鉛直接熔煉工藝流程11</p><p>　　2、3、3鉛直接熔煉中各主要組分的行為14</p><p>　　2、3、4鉛直接熔煉主要產(chǎn)物

5、16</p><p>　　2、4鉛直接冶煉艾薩爐熔煉系統(tǒng)主要設(shè)備結(jié)構(gòu)17</p><p>　　2、4、1艾薩爐的爐體結(jié)構(gòu)17</p><p>　　2、4、2艾薩爐噴槍17</p><p>　　2、4、3輔助燃燒噴嘴18</p><p>　　2、4、4艾薩爐的熔體排放19</p><p&g

6、t;　　2、4、5艾薩熔煉操作要點(diǎn)19</p><p><b>　　3、冶金計(jì)算21</b></p><p><b>　　3、1原料21</b></p><p><b>　　3、2燃料22</b></p><p>　　3、3輔助材料23</p><

7、p>　　3、3、1石英石23</p><p>　　3、3、2石灰石24</p><p>　　3、3、3鐵焙砂24</p><p><b>　　1、緒論</b></p><p>　　在所有金屬的冶煉中，鉛冶煉一直是個(gè)難點(diǎn)。世界已查明的鉛資源儲(chǔ)量為150萬噸，中國(guó)的鉛儲(chǔ)量為9萬噸，在世界上居第二位。中國(guó)的鉛產(chǎn)量接

8、近世界的¼，居世界第一位。中國(guó)的鉛消費(fèi)也在增加，成為世界第二大消費(fèi)國(guó)，僅次于美國(guó)。2003年中國(guó)的鉛消費(fèi)量為116.82×106 噸。隨著鉛工業(yè)的發(fā)展，中國(guó)鉛冶煉的技術(shù)裝備水平也在提高，但與國(guó)外相比仍有差距，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：</p><p>　?、?、鉛冶煉企業(yè)的規(guī)模較??；</p><p>　?、?、技術(shù)裝備相對(duì)落后；</p><p>　?、?/p>

9、、再生資源利用率低；</p><p>　　⑷、環(huán)境污染比較嚴(yán)重；</p><p>　?、?、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)偏低。</p><p>　　目前，世界上以，硫化鉛礦為原料鉛，冶煉生產(chǎn)仍以燒結(jié)-還原熔煉工藝為主，其產(chǎn)量占世界鉛產(chǎn)量的 70%以上，密閉鼓風(fēng)爐熔煉工藝約占10%,新煉鉛工藝占10%-15%。中國(guó)鉛冶煉的情況與上述情況大致相同，對(duì)礦產(chǎn)鉛而言，燒結(jié)-還原熔煉工藝占65%

10、，ISA工藝占12%，新工藝占23%。ISA工藝將鉛精礦混合冶煉，一般鉛鋅比例為1:2，燒結(jié)煙氣中SO2濃度為5%左右，可采用兩轉(zhuǎn)兩吸接觸制酸工藝回收其中的SO2，煙氣可達(dá)標(biāo)排放。</p><p>　　中國(guó)采用的鉛冶煉新工藝有氧氣底吹技術(shù)、氧氣頂吹技術(shù)和卡爾多法。這些方法的共同特點(diǎn)是取消了硫化鉛的燒結(jié)脫硫過程，采用富</p><p>　　氧熔煉脫硫，煙氣SO2濃度可達(dá)到10%以上，均采用常

11、規(guī)制酸工藝進(jìn)行煙氣處理，回收其中的SO2，尾氣可達(dá)標(biāo)排放。所不同的是氧氣底吹和氧氣頂吹技術(shù)仍需鼓風(fēng)爐進(jìn)行還原熔煉，卡爾多法可直接產(chǎn)出粗鉛。現(xiàn)世界各國(guó)爭(zhēng)相學(xué)習(xí)和接納中國(guó)的煉鉛新技術(shù)并取得了不俗的產(chǎn)量和效果。按工藝交流學(xué)習(xí)其氧氣頂吹的鼓風(fēng)爐直接熔煉，掌握其原理，對(duì)我們將來的發(fā)展有著重要作用。 </p><p><b>　　鉛生產(chǎn)概述</b></p><p>　　2、1鉛及

12、其主要化合物的物理化學(xué)性質(zhì)和用途</p><p>　　2、1、1 鉛的性質(zhì)和用途</p><p>　　鉛是周期表中第四族元素，原子序數(shù)為82，在化合物中鉛為兩價(jià)及四價(jià)，原子量為207.21207，呈藍(lán)灰色或銀灰色銀灰色藍(lán)，晶體結(jié)構(gòu)為面心立方晶格，熔點(diǎn)327.4℃，沸點(diǎn)1725℃， 密度11.336克/厘米。</p><p>　　鉛主要用于制造合金：耐蝕合金（用于蓄電

13、池柵板、電纜護(hù)套、化工設(shè)備及管道等）；焊料合金（用于電子工業(yè)、高溫焊料、電解槽耐蝕件）；電池合金（用于產(chǎn)干電池）；軸承和模合金。 應(yīng)用于顏料的鉛化合物有鉛白、鉛丹、鉛黃、密陀僧。可用于聚氯乙烯的穩(wěn)定劑。鉛對(duì)X射線及r射線有良好的吸收能力，廣泛用于X光機(jī)和原子能裝置的防護(hù)材料。</p><p>　　目前，有研究將鉛用于電動(dòng)汽車和電動(dòng)自行車（動(dòng)力電池）、重力水淮測(cè)量裝置、核廢料包裝物、氡氣防護(hù)屏、微電子和超導(dǎo)料。鉛的

14、最重要的有機(jī)化合物是四乙基鉛，常用作汽油的防爆劑。</p><p><b>　?、拧⑽锢硇再|(zhì)</b></p><p>　　金屬鉛結(jié)晶屬于等軸晶系，其物理性質(zhì)方面的特點(diǎn)為硬度小、密度大、熔點(diǎn)低、沸點(diǎn)高、展性好、延性差、對(duì)電與熱的傳導(dǎo)性能差、高溫下容易揮發(fā)、在液態(tài)下流動(dòng)性大。這些性質(zhì)如表1—1所示。</p><p>　　表1-l鉛的主要物理性質(zhì)&l

15、t;/p><p>　　鉛的蒸氣壓與溫度的關(guān)系如下：</p><p>　　可見在高溫下鉛的揮發(fā)程度很大，所以在火法煉鉛過程中容易導(dǎo)致鉛的揮發(fā)損失和環(huán)境污染，煉鉛廠必須設(shè)置完善的收塵設(shè)備。</p><p><b>　　⑵、化學(xué)性質(zhì)</b></p><p>　　鉛在完全干燥的常溫空氣中或在不含空氣的水中，不發(fā)生任何化學(xué)變化；但在潮

16、濕和含有CO2的空氣中，則失去光澤而變成暗灰色，其表面被PbO2薄膜所覆蓋，此膜慢慢地轉(zhuǎn)變成堿性碳酸鉛3PbCO3·Pb(OH)2。</p><p>　　鉛在空氣中加熱熔化時(shí)，最初氧化成Pb2O，溫度升高時(shí)則氧化為PbO，繼續(xù)加熱到330~450℃形成的PbO氧化為Pb2O3，在450~470℃的溫度范圍內(nèi)，則形成Pb3O4。(即2PbO·PbO2，俗稱鉛丹)。無論是Pb2O3，或Pb3O4在

17、高溫下都會(huì)離解生成PbO，因此PbO是高溫下惟一穩(wěn)定的氧化物。</p><p>　　CO2對(duì)鉛的作用不大；浸沒在水中(無空氣)的鉛很少腐蝕。</p><p>　　鉛易溶于硝酸(HNO3)、硼氟酸(HBF4)、硅氟酸(H2SiF6)、醋酸(CH3COOH)及AgNO3等；鹽酸與硫酸僅在常溫下與鉛的表面起作用而形成幾乎是不溶解的PbCl2和PbSO4的表面膜?？梢?，以工業(yè)上常用的“三酸”作為溶

18、劑，都不太適宜用于濕法煉鉛和粗金屬鉛的水溶液電解精煉，因?yàn)楸M管硫酸、鹽酸價(jià)廉易得，但生成的PbSO4、PbCl2在水溶液中溶解度?。欢c硝酸形成的Pb(NO3)2在水溶液中不太穩(wěn)定，容易生成揮發(fā)性的氧化氮。這就是濕法煉鉛工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的困難所在，也是粗鉛電解精煉不得不采用較昂貴的H2SiF6作電解質(zhì)的緣故。</p><p>　　鉛是放射性元素鈾、錒和釷分裂的最后產(chǎn)物，可吸收放射性線，且具有抵抗放射性物質(zhì)透過的性能

19、。</p><p>　　2、1、2 鉛主要化合物的物理化學(xué)性質(zhì)</p><p><b>　?、?、硫化鉛</b></p><p>　　硫化鉛(PbS)在自然界呈方鉛礦存在，色黑(結(jié)晶狀態(tài)呈灰色)，具有金屬光澤。PbS含Pb86.6％，密度7.4～7.6g/cm3，熔點(diǎn)1135℃，熔化后流動(dòng)性很大，可透過粘土質(zhì)材料而不起侵蝕作用，易滲入磚縫。<

20、;/p><p>　　PbS在600℃時(shí)已開始揮發(fā)，其蒸氣壓與溫度的關(guān)系如下：</p><p>　　PbS的離解壓很小，1000℃時(shí)僅為16.8Pa。但PbS中的Pb可被對(duì)硫親和力大的金屬所置換，如溫度高于1000℃時(shí)，鐵可置換PbS中的鉛(PbS+Fe=FeS +Pb)。這就是煉鉛常見的“沉淀反應(yīng)”。</p><p>　　PbS可與FeS、Cu2S等金屬硫化物形成锍，C

21、aO、BaO對(duì)PbS可起分解作用(4PbS+4CaO=4Pb+3CaS+CaSO4)；在還原氣氛下，可發(fā)生下列反應(yīng)：2PbS+CaO+C(CO) =Pb+PbS·CaS+CO(CO2)。當(dāng)爐料中存在大量CaS時(shí)，會(huì)降低鉛的回收率，因?yàn)镃aS將與PbS形成穩(wěn)定的CaS·PbS。</p><p>　　在鉛的熔點(diǎn)附近，PbS不溶于鉛中，隨著溫度的升高，PbS在鉛中的溶解度增加。到1040℃時(shí)，PbS

22、與Pb的熔合體分為兩層，上層含PbS 89.5％，Pb10.5％；下層含PbS19.4％，Pb 80.6％。當(dāng)冷卻時(shí)PbS以純凈的結(jié)晶體從Pb—PbS熔合體中析出，這是鼓風(fēng)爐熔煉中爐結(jié)形成的原因之一。</p><p>　　PbS溶解于HNO3及FeCl3的水溶液中，所以HNO3和FeCl3均可用來作為方鉛礦的浸出劑。</p><p>　　PbS幾乎不與C和CO發(fā)生作用。PbS在空氣中加熱時(shí)

23、生成PbO和PbSO4，其開始氧化溫度為360~380℃。</p><p><b>　?、?、氧化鉛</b></p><p>　　氧化鉛(PbO)又名密陀僧，熔點(diǎn)886℃，沸點(diǎn)1472℃，有兩種同素異形體：屬于正方晶系的紅密陀僧和斜方晶系的黃密陀僧。熔化的密陀僧急冷時(shí)呈黃色，緩冷時(shí)呈紅色，前者在高溫下穩(wěn)定，兩者的相變點(diǎn)為450~500℃。</p><

24、p>　　PbO在不同溫度下的平衡蒸氣壓如下：</p><p>　　PbO是強(qiáng)氧化劑，能氧化Te、S、As、Sb、Bi和Zn等。</p><p>　　PbO是兩性氧化物，既可與SiO2、Fe2O3，結(jié)合成硅酸鹽或鐵酸鹽；也可與CaO，MgO等形成鉛酸鹽(如PbO2+CaO=CaPbO3)；還可與Al2O3結(jié)合成鋁酸鹽。PbO對(duì)硅磚和粘土磚的侵蝕作用很強(qiáng)烈。所有的鉛酸鹽都不穩(wěn)定，在高溫下

25、離解并放出氧氣。</p><p>　　PbO是良好的助熔劑，它可與許多金屬氧化物形成易熔的共晶體或化合物。在PbO過剩的情況下，難熔的金屬氧化物即使不形成化合物也會(huì)變成易熔物。此種作用在煉鉛過程中具有重要意義。</p><p>　　PbO屬于難離解的穩(wěn)定化合物，但容易被C和CO所還原。</p><p><b>　?、恰⒘蛩徙U</b></p

26、><p>　　硫酸鉛(PbSO4)的密度為6.34g/cm3，熔點(diǎn)為1170℃。</p><p>　　PbSO4是比較穩(wěn)定的化合物，開始分解的溫度為850℃，而激烈分解的溫度為905℃。PbS、ZnS和Cu2S等的存在可促進(jìn)PbSO4的分解，促使其開始分解溫度降低。例如PbSO4+PbS系中，反應(yīng)開始溫度為630℃。PbSO4和PbO均能與PbS發(fā)生相互反應(yīng)生成金屬鉛，是硫化鉛精礦直接熔煉的反

27、應(yīng)之一。</p><p><b>　　⑷、氯化鉛</b></p><p>　　氯化鉛(PbCl2)為白色，其熔點(diǎn)為498℃，沸點(diǎn)為954℃，密度為5.91g/cm3。PbCl2在水溶液中的溶解度甚小，25℃時(shí)為1.07％，100℃時(shí)才為3.2％。但PbCl2溶解于堿金屬和堿土金屬的氯化物(如NaCl等)水溶液中。PbCl2在NaCl水溶液中的溶解度隨溫度和NaCl濃度

28、的提高而增大，當(dāng)有CaCl2存在時(shí)，其溶解度更大。例如，在50℃下NaCl飽和溶液中鉛的最大溶解度為42g/L；當(dāng)有CaCl2存在下的NaCl飽和溶液加熱至100℃時(shí)，則鉛的溶解度可達(dá)100~110g/L。</p><p>　　2、2 鉛生產(chǎn)方法概述</p><p>　　鉛從原礦開始，經(jīng)過采礦和選礦，得到含鉛45%－70%的鉛精礦，然后送入冶煉廠進(jìn)行冶煉。目前世界上鉛的冶煉方法有火法和濕法

29、兩 種，主要以火法為主，濕法煉鉛還未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。火法冶煉又可分為直接冶煉法和傳統(tǒng)冶煉法。</p><p>　　2、2、1 直接煉鉛法</p><p>　　直接冶煉法主要有以下幾種： （1）基夫塞特法(Kivcet)煉鉛：1967年前蘇聯(lián)有色金屬礦冶研究院開始試驗(yàn)；1988年實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)。該工藝是由原蘇聯(lián)的莫斯科有色研究院和哈薩克斯坦共同研制完成的。意大利薩米公司購買了該項(xiàng)專

30、利權(quán)并在威斯麥港，基夫塞特法煉鉛對(duì)物料的制備要求嚴(yán)格，入爐爐料經(jīng)配料后要求充分干燥至水份0.5%以下，粒度要求100目左右。終渣含鉛3%以上，仍有低空污染問題，生產(chǎn)能耗高。</p><p>　　（2）氧氣底吹煉鉛法（QSL）：由德國(guó)魯奇公司等研制的，已在中國(guó)、德國(guó)、韓國(guó)建廠，該工藝對(duì)原料制備要求相對(duì)較為寬松，物料水份、粒度組成不受嚴(yán)格的限制。 由于氧化與還原在同一個(gè)裝置中完成，終渣含鉛為5%-10%，氧耗高、電耗

31、高。</p><p>　?。?）水口山煉鉛法（SKS)；該法是中國(guó)自行開發(fā)的直接煉鉛新工藝。它是在一臺(tái)氧氣底吹回轉(zhuǎn)爐內(nèi)冶煉的。鉛精礦不經(jīng)焙燒和燒結(jié)，在此煉出一步分粗鉛，另一部分鉛氧化成PbO進(jìn)入爐渣，爐渣含鉛40%，鑄塊后進(jìn)鼓風(fēng)爐還原熔煉。</p><p>　?。?）氧氣頂吹煉鉛法：此法是兩段（氧化和還原）操作的直接煉鉛法，澳大利亞MIM公司和Ausmelt公司分別擁有類似的技術(shù)。所建的工

32、廠有處理鉛精礦和廢舊電池的，也有用于煉鉛爐渣煙化回收鋅的。爐型和煉銅的艾薩爐或奧氏爐相同。MIM公司最初建設(shè)的一套生產(chǎn)設(shè)施是由兩臺(tái)相互連通的爐子組成，一臺(tái)氧化熔煉爐產(chǎn)出粗鉛和高鉛爐渣的混合熔體，該混合熔體經(jīng)過連通管進(jìn)入還原爐，高鉛爐渣在還原爐用噴槍噴入粉煤還原。　</p><p>　　2、2、2 傳統(tǒng)煉鉛法</p><p>　　傳統(tǒng)煉鉛法主要為燒結(jié)鼓風(fēng)爐熔煉法，而鼓風(fēng)爐煉鉛歷史悠久，到19

33、世紀(jì)已出現(xiàn)較大規(guī)模的生產(chǎn)，主要是將燒結(jié)塊和焦炭從爐頂分層加入鼓風(fēng)爐內(nèi)進(jìn)行還原熔煉。粗鉛和爐渣從各自的放出口間斷或連續(xù)放出。粗鉛品位為96%～98%，需進(jìn)一步精煉。爐渣進(jìn)行煙化處理，回收其中的鋅、鉛和其它有價(jià)金屬后棄去。由于該法工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)穩(wěn)定、回收率高等優(yōu)點(diǎn)，多年來被廣泛采用，所生產(chǎn)的鉛占世界鉛產(chǎn)量的80%以上。</p><p><b>　　2、3 鉛直接熔煉</b></p>

34、<p>　　2、3、1 鉛直接熔煉的基本原理</p><p>　　金屬硫化物精礦直接熔煉的特點(diǎn)之一是利用工業(yè)氧氣,二是采用強(qiáng)化冶煉過程的現(xiàn)代冶金設(shè)備,從而使金屬硫化物受控氧化熔煉在工業(yè)上應(yīng)用成為可能。</p><p>　　在鉛精礦的直接熔煉中，根據(jù)原料主成分PbS的含量,按照PbS氧化發(fā)生的基本反應(yīng)PbS+O2== Pb+SO2,控制氧的供給量與PbS的加入量的比例(簡(jiǎn)稱為氧/

35、料比),從而決定了金屬硫化物受控氧化發(fā)生的程度。</p><p>　　實(shí)際上,PbS氧化生成金屬鉛有兩種主要途徑：一是PbS直接氧化生成金屬鉛，較多發(fā)生在冶金反應(yīng)器的爐膛空間內(nèi)；二是PbS與PbO發(fā)生交互反應(yīng)生成金屬鉛，較多發(fā)生在反應(yīng)器熔池中。為使氧化熔煉過程盡可能脫除硫（包括溶解在金屬鉛中的硫），有更多的PbO生成是不可避免的，在操作上合理控制氧/料比就成為直接熔煉的關(guān)鍵。</p><p&g

36、t;　　在理論上，可借助Pb-S-O系硫勢(shì)—氧勢(shì)化學(xué)勢(shì)圖（圖4-1）進(jìn)行討論。</p><p>　　在圖4-1中，橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)分別代表Pb-S-O系中的硫勢(shì)和氧勢(shì)，并用多相體系中硫的平衡分壓和氧的平衡分壓表示，其對(duì)數(shù)值分別為lgPs2和lgPo2.圖中間一條黑實(shí)線（折線）將該體系分成上下兩個(gè)穩(wěn)定區(qū)（又稱優(yōu)勢(shì)區(qū)）。上部PbO-PbSO4為熔鹽，代表PbS氧化生成的燒結(jié)焙燒產(chǎn)物。在該區(qū)域，隨著硫勢(shì)或SO2勢(shì)增大，燒

37、結(jié)產(chǎn)物中的硫酸鹽增多；圖下部為Pb- PbS共晶物的穩(wěn)定區(qū)，由于Pb和PbS的互溶度很大，因此在高溫下溶解在金屬鉛中的S含量可在很大范圍內(nèi)變化。</p><p>　　如圖所示，在低氧勢(shì)、高硫勢(shì)條件下，金屬鉛相中的硫可達(dá)13%，甚至更高，這就形成了平衡于縱坐標(biāo)的等硫量（S%)線。隨著硫勢(shì)降低，意味著粗鉛中更多的硫被氧化生成SO2進(jìn)入氣相。在這里，用點(diǎn)實(shí)線（斜線）代表二氧化硫的等分壓線（用PSO2表示）。等PSO2線

38、表示在多相體系中存在的平衡反應(yīng)1/2S2+O2=SO2.</p><p>　　在一定PSO2下，體系中的氧勢(shì)增大，則硫勢(shì)降低。反之亦然。</p><p>　　2、3、2 鉛直接熔煉工藝流程</p><p>　　該法屬于頂吹熔池熔煉技術(shù), 其爐體為圓筒形, 內(nèi)襯耐火材料, 噴槍由頂部插入。精礦、 熔劑、 粉煤等物料, 通常經(jīng)混合制粒后, 由加料口加入爐內(nèi)(細(xì)料也可由噴

39、槍直接加入爐內(nèi)), 爐料被噴入的空氣或富氧空氣所氧化, 熔煉產(chǎn)出的高鉛渣進(jìn)入第二段熔爐中, 在有還原劑的條件下, 由噴槍噴入空氣(或富氧空氣)及燃料燃燒供熱, 使高鉛渣還原, 產(chǎn)出粗鉛。該法的核心技術(shù)是頂吹噴槍系統(tǒng)。該噴槍在作業(yè)時(shí)通常置于渣層下面, 但卻能受冷渣層的保護(hù)而不損壞。作業(yè)時(shí), 噴入的氣體和反應(yīng)產(chǎn)生的氣體的作用使熔池中的熔體產(chǎn)生劇烈運(yùn)動(dòng), 從而加速反應(yīng)進(jìn)行。</p><p>　　鉛精礦、熔劑、煙塵和含鉛

40、渣料等按配料比例充分混合并經(jīng)制粒后由皮帶運(yùn)輸機(jī)從爐頂加料口送入爐子, PbS氧化反應(yīng)所需的氧氣和空氣及燃油通過噴槍直接以旋渦狀噴射到熔池渣層中, 并使熔池劇烈攪動(dòng)。由于噴槍以漩渦狀高速噴出氣體, 使?fàn)t料在高氧位的條件下和有限的空間內(nèi), 進(jìn)行氣-固-液三相的充分接觸和迅速反應(yīng), 加速了冶煉過程的傳熱和傳質(zhì)速度, 大大強(qiáng)化了爐內(nèi)熔煉的氧化過程。氧氣由氧氣站供給, 純度為90%~93%。操作溫度一般控制在1050℃左右。熔煉過程中硫化鉛和氧氣

41、反應(yīng)生成氧化鉛, 硫化鉛和氧化鉛反應(yīng)生成粗鉛、 富鉛渣和高濃度SO2煙氣。ISA熔煉爐產(chǎn)出的高濃度SO2煙氣通過余熱鍋爐回收余熱、 收塵系統(tǒng)收塵后, 送往硫酸車間制酸。整個(gè)反應(yīng)釋放出大量的熱, 加入的爐料被迅速加熱熔化并完成冶金過程的反應(yīng), 所生成粗鉛從排鉛口排出, 采用圓盤鑄錠機(jī)澆鑄后送電解精煉。富鉛渣由鑄渣機(jī)鑄成渣塊, 冷卻后經(jīng)重型槽式輸送機(jī)送至鼓風(fēng)爐車間進(jìn)行還原熔煉。 工藝流程如圖1-1所示。</p><p&g

42、t;　　圖2-1艾薩-鼓風(fēng)爐熔煉工藝流程</p><p>　　艾薩-鼓風(fēng)爐煉鉛工藝具有如下優(yōu)點(diǎn): </p><p>　?、?、處理能力大, 生產(chǎn)效率高。在生產(chǎn)過程中, 經(jīng)摸索改進(jìn), ISA爐日處理量可提高到設(shè)計(jì)值的170%左右, 同時(shí)如果要繼續(xù)提高處理能力, 直接將富氧濃度適當(dāng)提高就可以, 不需要增加大的硬件投入。 </p><p>　?、?、原料適應(yīng)性強(qiáng)。在富氧頂吹熔

43、煉-鼓風(fēng)爐還原煉鉛工藝生產(chǎn)實(shí)踐中, 可處理優(yōu)質(zhì)鉛精礦、 含Cu、 Zn嚴(yán)重超標(biāo)的雜礦、 電鉛銅浮渣等多種雜料。 </p><p>　?、?、設(shè)備配套靈活。ISA爐與鼓風(fēng)爐(YGM爐)之間用鑄渣機(jī)連接, 可以連續(xù)生產(chǎn), 可以斷開生產(chǎn), 互相制約度小。 </p><p>　　⑷、環(huán)保效果優(yōu)越。ISA爐的密閉性比較好, 冶煉過程中煙氣泄漏點(diǎn)少, 作業(yè)環(huán)境好; 同時(shí)產(chǎn)生高SO2濃度煙氣, 完全滿足制

44、酸要求, S回收利用率高。 </p><p>　?、?、生產(chǎn)效率高。整個(gè)工藝采用DCS控制系統(tǒng)生產(chǎn), 自動(dòng)化程度高, 生產(chǎn)效率高。</p><p>　　2、3、3鉛直接熔煉中各主要組分的行為</p><p><b>　?、?、 鐵的硫化物</b></p><p>　　黃鐵礦（FeS2）和滋硫鐵礦（FenSn+1）是硫化鉛精礦

45、中的必然</p><p>　　生物，當(dāng)加熱到300℃以上時(shí)，均分解成FeS和S2（蒸氣）。FeS氧</p><p>　　化成FeO、Fe2O3、 Fe3O4并形成2FeO·SiO2、mPbO·nFe2O3等</p><p>　　各種硅酸鹽和鐵酸鹽進(jìn)入爐渣。少部分以FeS形態(tài)入鉛锍。</p><p><b>　?、?/p>

46、、銅的硫化物</b></p><p>　　銅在硫化鉛精礦中，以黃銅礦Cu FeS2、銅藍(lán)（CuS）、輝銅礦（Cu2S）</p><p>　　等形態(tài)存在，部分在高溫下分解、氧化成氧化物，以及生成各種硅酸鹽和鐵酸鹽。部分未被氧化以Cu2S形態(tài)入鉛锍。</p><p><b>　?、恰⒘蚧\、硫化鎘</b></p><

47、p>　　硫化鋅在高溫下氧化成ZnO，也能生成硅酸鹽和鐵酸鹽入渣；硫化鎘在高溫下氧化成CdO，部分入渣，大部分揮發(fā)入煙塵。</p><p><b>　　⑷、砷的硫化物</b></p><p>　　砷在硫化鉛精礦中，以毒砂（ FeAsS）、雄黃（As2S3）等形態(tài)在在高溫下分解、氧化成極易揮發(fā)的As2O3(在120℃時(shí)已顯著揮發(fā))入</p><p

48、>　　煙塵。少部分未揮發(fā)的進(jìn)一步氧化成難揮發(fā)的As2O5，與其它金屬氧</p><p>　　化物作用生成很穩(wěn)定的砷酸鹽入渣。（FeAsS===As+FeS，少部分As2S3也揮發(fā)入煙塵）。</p><p><b>　?、?、銻的硫化物</b></p><p>　　銻在硫化鉛精礦中，以輝銻礦（Sb2S3）、硫銻鉛礦（5PbS·2 S

49、b2S3）</p><p>　　等形態(tài)存在，在高溫下分解、氧化成Sb2O3,，少量揮發(fā)入煙塵。極</p><p>　　大部分進(jìn)一步氧化成穩(wěn)定且難揮發(fā)的Sb2O4、Sb2O5，與其它金屬氧</p><p>　　化物作用生成銻酸鹽入渣。</p><p><b>　?、?、銀的硫化物、金</b></p><p

50、>　　銀常以輝銀礦（Ag2S）存在于硫化鉛精礦中，在高溫下氧化成Ag+ SO2。因此，金和銀主要以金屬形態(tài)留在粗鉛和高鉛渣中。</p><p><b>　?、?、鉍的硫化物</b></p><p>　　鉍以輝鉍礦Bi2S3存在于硫化鉛精礦中，在高溫下氧化成Bi2O3入渣。</p><p>　　2.3.4 鉛直接熔煉主要產(chǎn)物</p>

51、;<p><b>　?、?、 粗鉛</b></p><p>　　在整個(gè)熔煉系統(tǒng)中，相對(duì)于還原熔煉所產(chǎn)粗鉛而言，稱其為一次粗鉛。一般含：Pb94%--98%、Cu＜1%、S＜1%、As+Sb≤2%，還含有Ag、Au、Bi、Sn等有價(jià)元素。一次粗鉛產(chǎn)率（或一次沉鉛率）35%左右，隨精礦鉛品位的提高而提高。</p><p>　　爐內(nèi)液態(tài)粗鉛（溫度950℃左右）由

52、虹吸道、溜槽、中間包、溜</p><p>　　槽到元盤鑄錠機(jī)鑄成重不超過2.0噸的方梯形粗鉛錠，表面平整，不夾銅锍、爐渣及其它雜物。</p><p><b>　?、啤?高鉛渣</b></p><p>　　相對(duì)于下步還原熔煉所產(chǎn)爐渣而言，稱其為初渣。是熔煉系統(tǒng)中諸多金屬氧化物的共熔體，主要成分為PbO·ZnO·FeO·

53、;Fe2O3·SiO2·CaO，其含量占渣量的90%以上，另外還含有MgO、Al2O3及Cu、As、Sb、Bi、Cd等元素的氧化物。一般含：Pb38%--50%、Zn6%-10%、S＜1%、Fe8%--15% SiO2 7%--14%、 CaO 4%--10%。</p><p>　　爐內(nèi)液態(tài)高鉛渣由渣口、溜槽直接入還原爐熔煉；目前大部分廠家，利用鑄渣機(jī)鑄成高鉛渣塊料（冷態(tài)），再進(jìn)行鼓風(fēng)爐還原

54、熔煉（雖然要消耗昂貴的冶金焦，但是工藝相對(duì)成熟的多）。</p><p><b>　　⑶、煙塵</b></p><p>　　富氧頂吹熔煉煙塵率（相當(dāng)于鉛精礦）一般15%左右，有時(shí)高達(dá)20%以上，相對(duì)而言，重復(fù)冶煉費(fèi)用較高。系統(tǒng)煙塵（含余熱鍋爐塵、電收塵）成分：Pb 60%--70%、S 10%--15%、Zn 1.5%--2.0% 。通過煙塵輸送系統(tǒng)返回圓盤制粒。<

55、;/p><p>　　當(dāng)處理含砷物料時(shí)，收砷系統(tǒng)得到的砷塵一般含As2O3達(dá)85%以上，經(jīng)袋裝作為副產(chǎn)品外售。As2O3俗名砒霜，是一種巨毒物品。</p><p><b>　?、?、煙氣</b></p><p>　　氧氣頂吹熔煉煙氣溫度高，煙氣量大，煙氣熱焓量高，含塵～170g/ Nm3（鍋爐入口）.含SO2濃度（20%--25%），應(yīng)當(dāng)經(jīng)過余熱回收和

56、收塵（含收砷）后，再送制酸系統(tǒng)。 </p><p>　　2、4 鉛直接冶煉艾薩爐熔煉系統(tǒng)主要設(shè)備結(jié)構(gòu)</p><p>　　艾薩熔煉主體設(shè)備有艾薩爐、噴槍、余熱鍋爐、燒嘴、噴槍卷揚(yáng)機(jī)等，輔助系統(tǒng)有供風(fēng)、收塵、鑄造、鑄鉛、制酸等外圍系統(tǒng)。</p><p>　　2、4、1艾薩爐的爐體結(jié)構(gòu)</p><p>　　2、4、2艾薩爐噴槍</p>

57、;<p>　　噴槍是艾薩爐的核心技術(shù)。艾薩爐噴槍由三層同心圓管組成。最里層是測(cè)壓管。第二層是柴油或粉煤的通道，通過控制燃料燃燒可快速調(diào)節(jié)爐溫。最外層是富氧空氣，供艾薩爐熔煉需要的氧。為使熔池允分?jǐn)噭?dòng)，噴槍末端設(shè)置有旋流導(dǎo)片，保證鼓風(fēng)以一定的切向速度鼓人熔池，造成熔池上下翻騰的同時(shí)，整個(gè)熔體急速旋轉(zhuǎn)，從而加速反應(yīng)并減少對(duì)爐襯耐火材料的徑向沖刷力。氣體作旋向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)強(qiáng)化氣體對(duì)噴槍槍體的冷卻作用，使高溫熔池中噴濺的爐渣在噴槍末

58、端外表面粘結(jié)、凝固為相對(duì)穩(wěn)定的爐渣保護(hù)層．延緩高溫熔體對(duì)鋼制噴槍的浸蝕，另外，呈旋流狀噴出的反應(yīng)氣體對(duì)熔體產(chǎn)生的旋向作用．強(qiáng)化了對(duì)熔體/爐料的混合攪拌作用，為熔池中氣、固、液三相的傳熱傳質(zhì)創(chuàng)造了有利條件。</p><p>　　2、4、3 輔助燃燒噴嘴</p><p>　　艾薩爐的輔助燃燒噴嘴，長(zhǎng)期置于爐內(nèi)，烤爐和暫停熔煉時(shí)，噴嘴供油供風(fēng)，燃燒補(bǔ)熱。正常作業(yè)情況下，噴嘴停油，但供風(fēng)作業(yè)熔煉

59、補(bǔ)充風(fēng)用。</p><p>　　2、4、4 艾薩爐的熔體排放</p><p>　　艾薩熔煉爐采用間斷排放熔體。其優(yōu)點(diǎn)是排液瞬時(shí)流量大，排液溜槽不易凍結(jié)，對(duì)熔體過熱溫度要求較低。渣線上下波動(dòng)范圍較大，爐襯磨損和腐蝕相對(duì)較分散，渣線區(qū)爐襯壽命較長(zhǎng)。其缺點(diǎn)是需要設(shè)置泥炮，定期打孔、放液、堵孔；清理溜槽，操作較繁瑣。熔體高度周期性上下波動(dòng)，噴槍需要隨時(shí)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，需精心操作控制。</p&

60、gt;<p>　　2、4、5 艾薩熔煉操作要點(diǎn)</p><p>　　艾薩熔煉操作：分為點(diǎn)火烘爐和正常熔煉</p><p><b>　?、?、烘爐</b></p><p>　　艾薩爐的耐火材料采用鎂鉻磚，外層是高鋁磚，烘爐應(yīng)遵照升溫曲線進(jìn)行，余熱鍋爐也同時(shí)升溫。烘爐采用專門的升溫?zé)爝M(jìn)行，它設(shè)有供油裝置、供風(fēng)系統(tǒng)和自動(dòng)點(diǎn)火機(jī)構(gòu)，按照

61、執(zhí)行程序由計(jì)算機(jī)控制運(yùn)行，爐溫以安裝在爐體上部的熱電偶測(cè)量出來的溫度為基準(zhǔn)。</p><p><b>　?、?、熔煉操作</b></p><p>　　熔池熔煉第一步是造熔池，為了確保在接近正常生產(chǎn)爐溫投產(chǎn)。應(yīng)該用富鉛渣．這樣爐溫低，形成熔池快；沒有富鉛渣也可用鼓風(fēng)爐爐渣但爐溫控制較高，需要很長(zhǎng)時(shí)間。</p><p>　　當(dāng)掛渣結(jié)束后，則轉(zhuǎn)入正常熔

62、煉狀態(tài)，從小料量開始。</p><p>　　在正常生產(chǎn)進(jìn)料后，熔池深度不斷上升。先放渣，后放鉛在整個(gè)作業(yè)過程中，加料連續(xù)進(jìn)行，只有排放作業(yè)是周期性。</p><p><b>　?、恰⒃涂刂?lt;/b></p><p>　　艾薩熔煉的富鉛渣為PbO-CaO-SiO2-FeO-ZnO渣型，其成分控制主要檢測(cè)SiO2和Fe含量，一般為Fe/ SiO2

63、=1.1～1.2</p><p>　　艾薩熔煉系強(qiáng)化熔煉，反應(yīng)激烈、 Fe/ SiO2比不適當(dāng)，會(huì)使渣中Fe3O4含量急劇升高，渣的粘度迅速增加，嚴(yán)重時(shí)送入熔池的氣體和反應(yīng)生成物中的氣體不能及時(shí)釋放，窒息到—定的程度后會(huì)急劇膨脹，熔池雖然涌動(dòng)，但翻騰效果很差，最后攜帶大量爐渣噴出爐膛形成泡沫渣，造成安全事故。</p><p>　　⑷、噴槍的檢查和更換。</p><p&g

64、t;<b>　?、?、保溫?zé)熳鳂I(yè)。</b></p><p>　?、?、艾薩爐及余熱鍋爐的清理。</p><p>　　艾薩爐爐頂與垂直煙道都是余熱鍋爐的一部分。爐結(jié)的產(chǎn)生影響爐子的負(fù)壓控制與煙氣流通，致使不能正常作業(yè)。此時(shí)，可以適當(dāng)調(diào)整艾薩爐煙氣出口溫度，造成一定范圍的溫度波動(dòng)，從而使鍋爐爐壁形成不均勻的膨脹的收縮，動(dòng)搖粘結(jié)物的附著力，使其落入熔池。 </p>

65、<p>　　在生產(chǎn)運(yùn)行中，由于各種原因可能引起鍋爐爆管，必須及時(shí)處理，否則會(huì)影響鍋爐上水，造成嚴(yán)重后果。但如果停止艾薩爐作業(yè)，會(huì)造成頻繁啟動(dòng)，嚴(yán)重影響爐壽。在爐頂處與鍋爐垂直段連接處采用伸縮節(jié)，清理鍋爐時(shí)，從此處將兩者隔離。首先將爐頂?shù)乃h(huán)切換至另外單獨(dú)的系統(tǒng)，切換時(shí)應(yīng)特別注意，因?yàn)閮烧咚畨合嗖钶^大，再升高可伸縮的冷卻屏，清理干凈結(jié)渣，插入水冷閘板，逐漸使鍋爐降至常溫，處理問題。這樣可以保證艾薩爐仍然繼續(xù)保溫，減少頻繁啟

66、動(dòng)，減少爐體耐火材料因冷熱反復(fù)變化而降低使用壽命。</p><p><b>　　冶金計(jì)算</b></p><p><b>　　一．原始數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　3、1原料</b></p><p><b>　　3、1、1鉛精礦</b><

67、/p><p>　　本項(xiàng)目粗鉛產(chǎn)量為10萬t/a。鉛精礦分為兩類，鉛精礦1和2，其比率各占50%，含鉛主要化學(xué)成分見表3—1. </p><p>　　表3—1各類含鉛物料主要化學(xué)成分（干基，Wt%）</p><p>　　混合后含鉛物料平均含水10%</p><p><b>　　3、2燃料</b></p><

68、p><b>　　3、2、1原煤</b></p><p>　　粉煤制備需要原煤，原煤年需要量為？t，含~8.86%。原煤粒度要求小于120mm，由汽車運(yùn)輸入廠。業(yè)主提供的原煤干基成分見表3—2，,碎煤灰分化學(xué)成分見表3—3.</p><p>　　表3—2原料干基成分（%） </p><p><b>　　碎煤含水約8%</b&

69、gt;</p><p>　　表3—3原煤灰分化學(xué)成分（%）</p><p><b>　　3、2、2粉煤</b></p><p>　　頂吹熔煉爐使用粉煤為燃料，年需要量為產(chǎn)量的？。粉煤應(yīng)用干基成分見表4—4。粉煤灰分成分見表3—5。</p><p>　　表3—4粉煤應(yīng)用干基成分（%）</p><p>

70、;　　粉煤發(fā)熱值：Q用低=24.439MJ/kg（干基）；</p><p>　　表3—5粉煤灰分成分（%）</p><p><b>　　3、2、3輕柴油</b></p><p>　　頂吹熔煉爐開爐、備用燒嘴保溫及鋅焙燒爐使用輕柴油作燃料，年需要量為？t，由柴油罐汽車運(yùn)輸入廠。輕柴油采用GB252-87標(biāo)準(zhǔn)中的0#油。</p>&l

71、t;p><b>　　3、3輔助材料</b></p><p><b>　　3、3、1石英石</b></p><p>　　頂吹爐熔煉及鼓風(fēng)爐還原熔煉使用溶劑為石英石(河砂），年需要量為？t，由汽車運(yùn)輸入廠，其主要化學(xué)成分見表3—6.</p><p>　　表3—6石英石主要化學(xué)成分（干基，Wt%）</p>&

72、lt;p>　　溶劑粒度要求小于5mm</p><p><b>　　3、3、2石灰石</b></p><p>　　鼓風(fēng)爐還原熔煉需添加石灰石溶劑，年需要量為？t，由汽車運(yùn)輸入廠，其主要化學(xué)成分見表3—7.</p><p>　　見表3—7石灰石主要化學(xué)成分（干基，Wt%）</p><p><b>　　3、3、

73、3鐵焙砂</b></p><p>　　鼓風(fēng)爐還原熔煉需添加鐵焙砂，年需要量為？t，由汽車運(yùn)輸入廠，其主要化學(xué)成分見表3—8.</p><p>　　表3—8鐵焙砂主要化學(xué)成分（干基，Wt%）</p><p>　　熔劑粒度要求小于5mm。</p><p>　　3、4 計(jì)算基礎(chǔ)條件</p><p>　?。?）粗鉛

74、產(chǎn)量及品位：10t/a,含鉛97.60%</p><p>　　（2）年處理混合物料量（干基）：?t/a，品位?%。</p><p>　　（3）富鉛渣含鉛：40.5%</p><p>　?。?）富氧頂吹熔煉爐富氧濃度：40%</p><p>　?。?）鼓風(fēng)爐渣含鉛：4.0%(電熱前床澄清后)</p><p>　?。?）當(dāng)

75、地大氣中氧含量為21%，歷年年均相對(duì)濕度為69%，歷年夏季平均大氣壓為77.04kPa，當(dāng)?shù)刈顭嵩缕骄鶜鉁?8.9℃，海拔高度2109.5m。</p><p><b>　　（7）工作制度：</b></p><p>　　富氧頂吹熔煉爐熔煉車間：6732h/a;</p><p>　　3、5鉛冶煉工藝主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)</p><p

76、>　　鉛冶煉工藝主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)列于表3-1。</p><p>　　表3-1 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) </p><p><b>　　二、冶金計(jì)算</b></p><p>　　1）選取計(jì)算的有關(guān)主要指標(biāo)</p><p>　　2）鉛精礦富氧頂吹熔煉車間工藝流程和設(shè)備連接圖、配置草圖。</p>

77、;<p>　　3）煙塵產(chǎn)出率及其化學(xué)成分和物相組成計(jì)算</p><p>　　4）熔渣產(chǎn)出率及其化學(xué)成分和物相組成計(jì)算</p><p>　　5）熔煉需要的空氣量及產(chǎn)出煙塵量與組成計(jì)算</p><p>　　6）熔煉爐物料平衡計(jì)算</p><p><b>　　7）熱平衡計(jì)算</b></p><

78、p><b>　　三、設(shè)備選擇計(jì)算</b></p><p>　　1）熔煉爐（爐床面積）</p><p><b>　　2）鼓風(fēng)機(jī)</b></p><p><b>　　3）引風(fēng)機(jī)</b></p><p><b>　　四、參考書目</b></p>

79、<p>　　1．銅鉛鉛設(shè)計(jì)參考資料 銅鉛鉛冶煉設(shè)計(jì)參考資料編寫組 1978</p><p>　　2．重金屬冶煉設(shè)計(jì)手冊(cè)（鉛鉛鉍卷）冶金工業(yè)出版社 1994年</p><p>　　3．有色冶金工廠設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 陳楓 1989</p><p>　　4．重金屬冶金學(xué) 趙天從編 1987 第二版</p><p>　　5．鉛冶金 彭