[发明专利]一种含铅化合物低温还原熔炼的方法

说明书

技术领域

本发明涉及有色冶金领域中火法冶金过程，特别是含铅化合物低温还原熔炼的火法冶金方法。

背景技术

铅是元素周期表中第ⅣA族元素之一，原子序数82，原子量207.21，密度11.34g/cm³，熔点327.43℃，沸点1525℃。铅的物理性质是硬度小、密度大、熔点低、展性好、延性差、对电和热的传导性差、高温容易挥发、熔体流动性大。铅的化学性质不活泼，在潮湿空气中表面生成PbO₂薄膜，失去金属光泽变为暗灰色。铅在空气中加热时随温度升高氧化物的形成顺序为：PbO→Pb₂O₃→Pb₃O₄→PbO₂，铅的高价氧化物在温度高于600℃时就会分解为PbO和O₂，因此PbO是高温下唯一稳定的氧化物。铅易溶于硝酸（HNO₃）、硼氟酸（HBF₄）、硅氟酸（H₂SiF₆）和醋酸（CH₃COOH）等，但常温下与硫酸和盐酸作用时，由于表面生成PbSO₄和PbCl₂而抑制反应不再进行。铅的化合价主要为0、+2、+4价，铅的硫化物有硫化铅（PbS），氧化物有氧化铅（PbO）、二氧化铅（PbO₂）和四氧化三铅（Pb₃O₄），重要的铅化合物有碳酸铅（PbCO₃）、氢氧化铅（Pb(OH)₂）、硫酸铅（PbSO₄）和氯化铅（PbCl₂）。

基于铅特殊的物理化学性质主要被用于制造合金。耐蚀合金用于蓄电池栅板、电缆护套、化工设备衬板及管道等，焊料合金用于电子工业、高温焊料，电池合金用于生产电池，轴承合金、模具合金等等；铅是放射性元素铀、锕和钍分裂后的产物，可以吸收放射性射线，广泛应用于X光机和原子能装置的防护材料。铅的化合物主要用于颜料、瓷器、玻璃及橡胶等工业部门及医药部门。其中铅酸蓄电池是最主要的消费领域，其占全球总铅消耗量的80.0%以上。虽然铅酸蓄电池重量能量比低于MH-Ni电池和Li-ion电池，但由于其性价比高、技术成熟和安全性能好等优点，广泛应用于国民经济的各个领域，铅酸蓄电池使用量占全球二次电池市场份额的70.0%以上。我国已经成为世界上最大的铅酸蓄电池制造国、消费国和出口国，铅酸蓄电池的大量使用势必会产生相当数量的废铅酸蓄电池，使得废旧铅酸蓄电池已经变成最重要的铅再生资源（代少振等.废铅酸蓄电池回收技术现状[J].世界有色金属, 2015, 9, 15-17.）。根据国家统计局和中国有色金属工业协会数据，2014年中国精炼铅产量达到421.8万吨，其中再生铅产量为160.0万吨，占全年铅产量的37.9%，并有进一步增加的趋势。

铅的冶炼资源主要包括硫化铅矿、氧化铅矿和二次资源，由于氧化铅矿量远小于硫化铅矿，所以铅冶炼工业的主要原料是硫化矿，主要的硫化铅矿是方铅矿（PbS）。硫化铅原矿含铅一般为0.4～9%，需要通过选矿富集产出含铅在50～75%之间的铅精矿才能进入冶炼系统。另外铅二次资源也是重要的铅冶炼资源，主要包括废旧蓄电池、铅泥、铅管、印刷合金和铅锡焊料等。

铅的冶炼方法包括火法炼铅和湿法炼铅，但工业应用的全部是火法炼铅方法。火法炼铅主要包括直接反应熔炼法、烧结焙烧—鼓风炉熔炼和直接炼铅法三种（彭容秋.铅锌冶金学[M].北京:科学出版社,2003.）。直接反应熔炼方法包括沉淀熔炼和反应熔炼两种，沉淀熔炼是用铁作还原剂，在一定温度使硫化铅发生沉淀反应得到金属铅；反应熔炼则是将硫化铅精矿中的部分PbS氧化成PbO，然后使之与未氧化的PbS反应生成金属铅。这两种炼铅方法均存在金属回收率低、产量小、劳动条件差等缺点，已经很少有厂家使用。由于烧结焙烧—鼓风炉熔炼工艺对原料的适应性强，曾经被广泛地应用于工业生产，即硫化铅精矿经过烧结焙烧产出烧结块，然后进入鼓风炉熔炼得到粗铅，经过火法精炼和电解精炼产出电铅。为了简化工艺流程、改善生产环境、提高热利用率，冶金工作者一直探索硫化铅精矿直接炼铅的方法，该方法是PbS被高度分散于熔体或气体中的O₂氧化产生金属铅与PbO，后者与FeO及其它组分造渣熔化，最终产出粗铅、高铅渣和含SO₂的烟气。先后应用于工业的方法有：氧气底吹熔池熔炼法（QSL、SKS等）和闪速熔炼的基夫塞特熔炼法等。