铋精矿富氧熔池熔炼的工艺及基础研究

摘要

传统铋精矿火法冶炼工艺大体是采用烧结焙烧——鼓风炉（反射炉或转炉）熔炼——火法精炼工艺，但该工艺存在有价金属回收率低、原料中硫未能得到有效利用、二氧化硫烟气需要治理、熔炼工序长而复杂等一系列问题。为解决上述问题，本文提出含铅铋精矿富氧熔池熔炼直接炼铋工艺，即先对铋精矿进行氧化熔炼产出高铋合金和铅铋渣，再对铅铋渣进行还原熔炼产出铅铋合金。
　　首先对熔炼过程主金属铅铋涉及到的一些基础反应进行热力学分析，其次对直接熔炼过程进行理论分析，接着在此基础上进行氧化熔炼和还原熔炼实验，实验过程中借助于XRD测试、热重分析及ICP元素分析等手段对熔炼后的渣及合金相进行分析，得出结论如下:
　　(1)铋火法冶炼中，铅与铁一样，能置换硫化铋中铋，铅铋的硫化物、氧化物之间的交互反应，高温下最终产物是单质金属;通过对铅铋等的硫势氧势图的分析，表明直接熔炼含铅铋精矿从理论上是可行的，即存在铋直接熔炼的区域，并且该区域比铅的宽;用碳还原铅铋铜氧化物，理论上能进行得很彻底。
　　(2)造渣熔池有助于减少金属挥发量，提高金属直收率，同时采用富氧有利于提高金属直收率，元素硫得到有效利用;含铅硫化铋精矿，采用两段熔炼是必要的，氧化段主要回收铋，还原段回收铅。
　　(3)氧化熔炼实验过程中，得出较适宜的熔炼条件:铁硅比1～1.25，钙硅比为1，熔炼温度1200℃，75g铋精矿/125g水淬渣，采用富氧，氧气流量为0.81/min，通气管深度为35cm，吹炼时间为7min～10min，保温时间为45min。所得主金属直收率为:铋达80％～90％之间，铅40％～70％之间。
　　(4)还原熔炼实验过程中，得出较适宜的熔炼条件:煤粉用量4％，铁硅比0.9，钙硅比0.8，还原时间75min，还原温度1200℃，此时金属直收率为铋78.9％，铅72.5％，铜87.7％，银96.5％。
　　氧化熔炼和还原熔炼实验结果表明，该工艺是切实可行的，不仅解决了传统反射炉工艺存在的二氧化硫含量低难以制酸，热量得不到有效利用等问题;还综合回收了其它有价金属，流程工序短，生产效率高。

目录

声明

摘要

1 文献综述

1．1 铋的性质、用途、资源及产量

1．1．1 铋的性质

1．1．2 铋的用途

1．1．3 铋的资源与分布

1．1．4 铋的产量

1．2 铋的冶炼方法

1．2．1 从铋精矿中提取铋

1．2．2 从铋中矿中提取铋

1．2．3 从金属冶炼副产品中回收铋

1．3 熔池熔炼工艺及其在炼铅行业的应用

1．3．1 熔池熔炼工艺及其特点

1．3．2 直接炼铅新工艺及其铅行业熔池熔炼概况

1．4 课题背景、提出及研究目的、内容等

1．4．1 课题背景及论文提出

1．4．2 实验研究目的及内容

2 实验

2．1 实验原料及设备

2．1．1 实验原料

2．1．2 实验试剂

2．1．3 实验设备

2．2 实验方法及过程

2．2．1 氧化熔炼过程

2．2．2 还原熔炼过程

2．3 分析与数据处理

2．3．1 元素分析方法

2．3．2 样品检测分析

2．3．3 数据处理

3 含铅硫化铋物料的熔池熔炼理论分析

3．1 Me-S之间的热力学分析

3．1．1 Me-S之间的ΔG(①)T～T图

3．1．2 铅置换硫化铋的热力学分析

3．1．3 Bi2S3、PbS的挥发、分解

3．2 Me-O之间热力学分析

3．2．1 Me-O之间的ΔG(①)T～T图

3．2．2 Pb与Bi2O3之间反应的热力学分析

3．2．3 铅在渣相及金属相中的分配

3．3 元素铋、铅之间硫氧化物的交互反应研究

3．3．1 Bi2S3与Bi2O3及PbS与PbO之间的反应热力学分析

3．3．2 Bi2O3与PbS之间的反应热力学分析

3．3．3 Bi2S3与PbO之间的反应热力学分析

3．4 氧化熔炼过程的理论分析

3．4．1 Me-S-O系优势图

3．4．2 铋精矿直接熔炼分析

3．4．3 从铅铋精矿中分离铅铋分析

3．5 还原熔炼过程的理论分析

3．6 本章小结

4 氧化熔炼

4．1 熔池的选择

4．1．1 含铅铋精矿的分解挥发

4．1．2 造渣熔池探索实验

4．2 FeO-SiO2-CaO渣型

4．2．1 铁硅比的影响

4．2．2 钙硅比的影响

4．3 反应温度的影响

4．4 混合物料中精矿与底渣比的影响

4．5 吹炼条件的影响

4．5．1 氧气浓度的影响

4．5．2 氧气流量的影响

4．5．3 通气管深度的影响

4．5．4 通氧时间的影响

4．6 保温时间的影响

4．7 实验优化结果

4．8 本章小结

5 还原熔炼

5．1 探索实验

5．2 还原剂用量对金属回收率的影响

5．3 渣型对金属回收率的影响

5．3．1 不同FeO／SiO2对金属回收率的影响

5．3．2 不同CaO／SiO2对金属回收率的影响

5．3．3 渣型的选择

5．4 还原时间对金属回收率的影响

5．5 还原温度对金属直收率的影响

5．6 优化实验结果

5．7 本章小结

6 结论与建议

6．1 结论

6．2 建议

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢