(3)还原带
还原带的温度在1000~1250℃, ZnO大量在这一区域与CO反应被还原, 与炉气中的CO、 CO2保持平衡, 炉气中的锌浓度达到最大值; 另外随炉气上升的CO2少部分被固体碳还原。这两个反应均为吸热反应, 主要靠炉气的显热来供给。ZnO在这一区域以固体状态还原的越多越好, 因为通过此区域的炉料将熔化造渣, ZnO会溶于渣中, 而渣中的ZnO活度数值小, 还原变得更加困难, 致使渣含锌增加。为了使ZnO在这一区域尽量以固体状态被还原, 要求渣的熔点高, 易熔炉渣会很快地熔化通过高温带, 致使ZnO不能完全从渣中还原出来。这就是密闭鼓风炉造高熔点渣的原因。
(4)炉渣熔化带
这一区域温度在1250℃以上, 进行着溶于渣中的ZnO的还原、 炉渣的熔化和焦炭的燃烧。约60%的ZnO在这一区域还原蒸发。ZnO的还原和炉渣的熔化均需消耗大量的热量, 这些热量靠焦炭燃烧和热空气来供给。焦炭在风口区的大量燃烧可在此熔化带造成1400℃以上的温度来保证炉渣的熔化与过热。
密闭鼓风炉炼锌理论上来说应尽可能使焦炭完全燃烧, 这样可以降低焦炭的消耗, 但从炉渣中还原ZnO又需要炉子中有很高的CO浓度。这就需要一方面在生产实践中不断总结经验, 确定适当的碳锌比和风焦比, 另一方面可以采用热风熔炼来解决这一问题。
2.2 直接炼铅技术
硫化铅精矿不经焙烧或烧结焙烧直接生产出金属铅的熔炼方法称为直接熔炼炼铅法。
对硫化铅精矿来说, 这种粒度仅为几十微米的浮选精矿因其比表面积大, 化学反应和熔化过程都有可能很快进行, 充分利用硫化铅精矿粒子的化学活性和氧化热, 采用高效、 节能、 少污染的直接熔炼流程处理是最合理的。传统的烧结-鼓风炉流程将氧化-还原两过程分别在两台设备中进行, 各自反应体系中的化学势随料层移动的距离发生很大的改变, 且均系远离平衡状态的非均质多相体系。从冶金动力学得知, 要使冶金过程实现快速高效, 在接近平衡状态下的均质反应体系中连续操作是最理想的, 因此传统炼铅流程存在许多难以克服的弊端, 随着能源、 环境污染控制以及生产效率和生产成本对冶金过程的要求越来越高, 传统炼铅法受到多方面的严峻挑战。具体来说, 传统的硫化铅精矿熔炼法有如下主要缺点:
(1)随着选矿技术的进步, 铅精矿品位一般可达到60%以上, 但是这种高品位精矿给正常烧结带来许多困难, 导致大量的溶剂、 返粉或炉渣的加入, 将烧结炉料的含铅量降至40%~50%。送往熔炼的是低品位的烧结块, 致使每生产1 t金属就要产生1 t多炉渣, 设备生产能力大大降低。
(2)1 t硫化铅精矿氧化并造渣可放出2×106 kJ以上的热量, 这种能量在烧结作业中几乎完全损失掉, 而在鼓风炉熔炼过程中又要另外消耗大量的焦炭。
(3)铅精矿一般含硫15%~20%, 处理1 t精矿可生产0.5 t硫酸, 但烧结焙烧脱硫率只有70%左右, 故硫的回收率较低, 还有约30%左右的硫进入鼓风炉烟气, 回收困难, 容易给环境造成污染。
(4) 传统的烧结-鼓风炉流程长, 含铅物料运转量大, 粉尘多, 大量散发的铅蒸气、 铅粉尘严重恶化车间环境, 容易造成作业人员铅中毒。
近30年来, 冶金工作者力图通过硫化铅受控氧化, 即PbS+O2Pb+SO2途径来实现硫化铅精矿的直接熔炼, 以简化生产流程, 降低生产成本, 利用氧化反应放出的热能降低能耗, 产出高浓度的SO2烟气用于制酸, 减少对环境的污染。但由于直接熔炼产生大量铅蒸气、 铅粉尘, 且熔炼产物不是粗铅含硫高就是炉渣含铅高, 致使许多直接熔炼方法都不成功。冶炼工作者通过Pb-S-O系化学位图的研究, 找到了获得成分稳定的金属铅的操作条件, 但也明确指出, 直接熔炼要么产出高硫铅, 要么形成高铅渣, 从热力学上分析这是必然的。根据金属硫化物直接熔炼的热力学原理, 运用现代冶金强化熔炼的新技术, 探索结构合理的冶金反应器, 对直接炼铅进行了多种方法的研究, 其中有些已经成功应用于大规模生产, 有的结合原有的传统工艺, 研发出新的冶炼工艺, 显示了直接熔炼的强大生命力。从目前铅冶炼企业的发展形势看, 直接炼铅将逐渐取代传统的生产工艺。
下面就目前国内外采用较多的硫化铅精矿直接熔炼工艺进行介绍。
