重金屬冶金技術(shù)-鉛冶金-1

重金屬冶金技術(shù)冶金與材料工程系取精用弘

卓爾不群學(xué)無(wú)止境

行至于善第二章鉛冶金鉛及其主要化合物的性質(zhì)1.1煉鉛的原料1.2鉛冶金方法1.31鉛冶金一般知識(shí)前言

鉛是史前人類(lèi)所用的五種金屬之一，煉鉛術(shù)和煉銅術(shù)大致始于同一歷史時(shí)期。直至公元前1600~1400年，鉛才成為常見(jiàn)的金屬。鉛以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)開(kāi)始于16世紀(jì)。1730年英國(guó)德彼郡開(kāi)創(chuàng)了膛式爐煉鉛法。至1871年后發(fā)展為大型鼓風(fēng)爐煉鉛流程。至本世紀(jì)初，除少部分地區(qū)還用膛式爐煉鉛外，均改用燒結(jié)機(jī)燒結(jié)焙燒——鼓風(fēng)爐還原熔煉法。

我國(guó)采用燒結(jié)一鼓風(fēng)爐煉鉛始于1910年。解放后，相繼建成株洲冶煉廠、白銀冶煉廠、韶關(guān)冶煉廠、雞街冶煉廠等諸多煉鉛企業(yè)，構(gòu)成了我國(guó)當(dāng)今鉛生產(chǎn)領(lǐng)域的主體。2002年產(chǎn)電鉛132.5萬(wàn)t(包括再生鉛回收)，其中礦產(chǎn)鉛122．8萬(wàn)t(包括進(jìn)口含鉛物料)，國(guó)產(chǎn)鉛精礦含鉛64.1萬(wàn)t，再生鉛9.7萬(wàn)t。全國(guó)已建成鉛冶煉廠400多家。

2.1.1

鉛及其主要化合物的性質(zhì)1.鉛的性質(zhì)（1）物理性質(zhì)：1）鉛為銀白色金屬，但略帶藍(lán)色，在空氣中失去光澤，變成暗灰色。熔點(diǎn)低，為327.5℃，沸點(diǎn)高，為1525℃。2）鉛是最軟的重金屬，有良好的展性，能壓成薄片；延性差，不能拉成細(xì)絲；鍛接性能良好。

2.1.1

鉛及其主要化合物的性質(zhì)

3）鉛的密度很大，為11350kg／m3。能很好地阻擋X射線和放射性射線。

4）鉛是電和熱的不良導(dǎo)體。5）鉛在高溫下的蒸汽壓大，易揮發(fā)，液態(tài)下流動(dòng)性好。2.1.1

鉛及其主要化合物的性質(zhì)（2）化學(xué)性質(zhì)鉛在干燥的空氣或不含空氣的水中化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。在潮濕的含有CO2的空氣中，表面形成堿性碳酸鉛[3PbCO3·Pb(OH)2]薄膜，能阻止鉛被進(jìn)一步氧化。鉛能很快與氧、硫、鹵素化合；鉛與冷鹽酸、冷硫酸幾乎不起作用，能與熱或濃鹽酸、硫酸反應(yīng)；鉛與稀硝酸反應(yīng)，但與濃硝酸不反應(yīng)；鉛能緩慢溶于強(qiáng)堿性溶液。2.1.1

鉛及其主要化合物的性質(zhì)鉛與氧能形成PbO，PbO2、Pb3O4和Pb2O3，其中最穩(wěn)定的是PbO，其余都是冶金過(guò)程的中間產(chǎn)物。2.1.1

鉛及其主要化合物的性質(zhì)2.鉛的化合物（1）硫化鉛（PbS）天然產(chǎn)出的硫化鉛稱(chēng)方鉛礦。按金屬硫化物分子形成熱的大小，可將其排列成下列順序：Mn，Cu，F(xiàn)e，Sn，Zn，Pb，Ag，As，Sb。亦即是說(shuō)，在適當(dāng)溫度下，位于鉛前面的金屬都可以從PbS中把鉛置換出來(lái)。2.1.1

鉛及其主要化合物的性質(zhì)

（2）氧化鉛(PbO)

鉛的氧化物最重要的是PbO（密陀僧），而PbO2、Pb2O3和Pb3O4都不穩(wěn)定，只是冶金過(guò)程中的中間產(chǎn)物。PbO是兩性氧化物。PbO是一種強(qiáng)氧化劑，它易使Te、S、As、Sb、Sn、Bi、Zn、Cu、Fe等全部氧化或部分氧化，所形成的氧化物或造渣或揮發(fā)。PbO是良好的助溶劑。

PbO屬于難離解的穩(wěn)定化合物，但容易被C和CO所還原。2.1.1

鉛及其主要化合物的性質(zhì)（3）硫酸鉛(PbSO4)天然的硫酸鉛礦物稱(chēng)鉛礬。硫酸鉛為白色單斜方晶體，帶甜味。硫酸鉛的密度為6.34g·cm-3，熔點(diǎn)1170℃。硫酸鉛是比較穩(wěn)定的化合物，800℃時(shí)便開(kāi)始分解，其反應(yīng)為：

PbSO4=PbO＋SO2＋1/2O2

2.1.1

鉛及其主要化合物的性質(zhì)（4）碳酸鉛(PbCO3)

天然產(chǎn)出的碳酸鉛稱(chēng)白鉛礦。它是氧化鉛礦中的主要組分。碳酸鉛與硫酸鉛（鉛礬PbSO4）都是次生礦，它們是原生礦風(fēng)化及含碳酸鹽的地下水影響而漸次變成的。礦石中的鉛以白鉛礦或鉛礬形態(tài)存在時(shí)，因其中皆含有氧，所以統(tǒng)稱(chēng)氧化鉛礦。2.1.1

鉛及其主要化合物的性質(zhì)（5）硅酸鉛(xPbO·ySiO2)PbO與SiO2可形成三種化合物4PbO·SiO2，2PbO·SiO2和PbO·SiO2

。

硅酸鉛不溶于一般溶劑，溶于氫氟酸，用于光學(xué)儀器和焊接。（6）氯化鉛(PbC12)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%。2.1.1

鉛及其主要化合物的性質(zhì)

3.鉛的用途鉛是電氣工業(yè)部門(mén)制造蓄電池、汽油添加劑和電纜的原材料。鉛具有很高的耐酸、堿性，廣泛用于化工設(shè)備和冶金工廠電解槽內(nèi)襯。鉛能吸收放射性射線，用作原子能工業(yè)和醫(yī)學(xué)中的防護(hù)屏。鉛合金被廣泛用于鉛基軸承合金、活字金、焊料等。鉛的化合物用于軍事工業(yè)，顏料、玻璃及橡膠工業(yè)部門(mén)。2.1.2煉鉛的原料

目前用作煉鉛的原料包括礦物原料和二次鉛料兩大類(lèi)。

礦物原料有硫化礦和氧化礦兩種。分布最廣的是硫化礦(方鉛礦PbS)，屬原生礦，也是煉鉛的主要礦石，多與輝銀礦(Ag2S)、閃鋅礦(ZnS)共生。

氧化鉛礦主要由白鉛礦(PbCO3)和鉛礬(PbSO4)組成，屬次生礦，它是原生礦受風(fēng)化作用或含有碳酸鹽的地下水的作用而逐漸產(chǎn)生的，常出現(xiàn)在鉛礦床的上層，或與硫化礦共存而形成復(fù)合礦。2.1.2煉鉛的原料中國(guó)鉛資源分布結(jié)構(gòu)2.1.2煉鉛的原料中國(guó)鉛資源分布結(jié)構(gòu)

2.1.2煉鉛的原料2009年全球鉛儲(chǔ)量分布圖表2.1.2煉鉛的原料2004～2008年世界主要國(guó)家和地區(qū)鉛精礦產(chǎn)量

(萬(wàn)噸)2004年2005年2006年2007年2008年中國(guó)99.7114.2133134154.3澳大利亞64.271.562.158.959.4美國(guó)44.543.642.943.442.2秘魯30.631.931.332.934.5墨西哥11.813.513.513.714.6歐洲23.225.524.728.730.9世界合計(jì)313.1342.1352.5361.1388.52.1.2煉鉛的原料2004～2008年世界主要國(guó)家和地區(qū)鉛精礦產(chǎn)量

(萬(wàn)噸)2.1.2煉鉛的原料

方鉛礦白鉛礦鉛釩礦（PbS）（PbCO3）（PbSO4）2.1.2煉鉛的原料鉛冶煉工藝對(duì)鉛精礦成分有一定要求。(1)主金屬含量不宜過(guò)低，通常要求大于40％。(2)雜質(zhì)銅含量不宜過(guò)高，通常要求小于1.5％。(3)鋅含量不宜過(guò)高，一般要小于5％。(4)砷、銻等雜質(zhì)含量也有嚴(yán)格的要求，通常要求As+Sb小于1.2％。另外，MgO、Al2O3等雜質(zhì)會(huì)影響鼓風(fēng)爐渣型，故一般要求MgO<2％，Al2O3<4％。2.1.2煉鉛的原料我國(guó)鉛精礦等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)品級(jí)鉛(％)

雜質(zhì)(％)不大于不小于Cu

Zn

As

MgO

A1203

一級(jí)品701.55

0.3

2

4

二級(jí)品65l.55O.352

4

三級(jí)品601.5

50.424四級(jí)品552.O60.524

五級(jí)品502.O

7

2

4

六級(jí)品452.58

2

4

七級(jí)品403.O9

2

42.1.2煉鉛的原料

再生鉛原料從廢舊金屬和工業(yè)金屬?gòu)U料中提取的金屬稱(chēng)為再生金屬，或稱(chēng)二次金屬?？捎脕?lái)生產(chǎn)再生鉛的原料很廣泛，如回收的廢蓄電池殘片及填料，蓄電池廠及煉鉛廠所產(chǎn)的鉛浮渣，二次金屬回收廠和有色金屬生產(chǎn)廠所產(chǎn)的含鉛爐渣，二次金屬回收和貴金屬冶煉廠所產(chǎn)含鉛的煙塵，濕法冶金所產(chǎn)的浸出鉛渣，鉛熔煉所產(chǎn)的鉛锍，鉛消費(fèi)部門(mén)的各種廢料等，其中以廢蓄電池的回收量最大。2.1.2煉鉛的原料

再生鉛原料具有物理形態(tài)和化學(xué)成分變化大的特點(diǎn)，從這類(lèi)原料中提鉛應(yīng)根據(jù)具體的原料對(duì)象采取不同的處理方法，總的原則是：同一組別的金屬及合金廢料因化學(xué)成分一致或接近一致，可采取直接重熔、然后精煉的方法。2.1.3鉛的生產(chǎn)方法

鉛的冶煉方法有火法和濕法兩種，目前世界上以火法為主，濕法煉鉛尚處于試驗(yàn)研究階段?；鸱ò匆睙捲聿煌煞譃榉磻?yīng)熔煉、沉淀熔煉和焙燒-還原熔煉。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，世界上的礦產(chǎn)鉛約75%是采用燒結(jié)焙燒一鼓風(fēng)爐熔煉流程生產(chǎn)的，約l0%是用鉛鋅密閉鼓風(fēng)爐生產(chǎn)的，約15％是用直接熔煉的方法生產(chǎn)的。2.1.3鉛的生產(chǎn)方法（1）燒結(jié)焙燒一鼓風(fēng)爐還原熔煉該法屬傳統(tǒng)煉鉛工藝。硫化鉛精礦經(jīng)燒結(jié)焙燒后得到鉛燒結(jié)塊，在鼓風(fēng)爐中進(jìn)行還原熔煉，產(chǎn)出粗鉛。燒結(jié)焙燒—鼓風(fēng)爐熔煉法雖然工藝穩(wěn)定、可靠，對(duì)原料適應(yīng)性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)效果尚好。但該工藝的缺點(diǎn)是燒結(jié)煙氣SO2濃度低，采用常規(guī)制酸工藝難以實(shí)現(xiàn)SO2的利用，嚴(yán)重地污染了環(huán)境。2.1.3鉛的生產(chǎn)方法2.1.3鉛的生產(chǎn)方法（2）硫化鉛精礦直接熔煉硫化鉛精礦不經(jīng)燒結(jié)焙燒直接生產(chǎn)出金屬的冶煉方法稱(chēng)為直接熔煉。任何一種煉鉛方法都是從使硫化鉛精礦中的硫被氧化除掉開(kāi)始的。直接熔煉采用工業(yè)氧氣或富氧空氣，通過(guò)閃速熔煉或熔池熔煉的強(qiáng)化