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《昆明理工大学》 2003年
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铅锑复杂硫化矿铅锑分离的理论及新工艺研究

朱福良  
【摘要】: 广西自治区盛产的铅锑复杂硫化矿是我国主要炼锑原料之一。铅锑复杂硫化矿的现有生产工艺主要采用火法工艺流程,其主要缺点是铅锑分离不彻底,铅锑在冶金过程中反复循环,铅锑回收率低,大部分锑在生产过程中循环,精锑质量差,产品一般是4号锑,甚至只能产出高铅锑。铅锑分离一直是处理这种矿石的技术难题。本文针对现有工艺的不足,采用水蒸气-空气混合气氛氧化新工艺对这种矿石进行处理,利用水蒸气能选择性氧化挥发三硫化锑,从而一步实现铅锑两种金属的有效分离,分别产出铅精矿(焙砂)和锑精矿(烟尘),并把贵金属富集在焙砂中,显著地提高了金属的综合回收率,而且不消耗任何试剂,可以使传统的铅锑复杂硫化矿冶炼流程大为简化,是对铅锑复杂硫化矿处理技术的创新。 本文系统地完成了水蒸气-空气混合气氛氧化挥发焙烧铅锑复杂硫化矿的小型实验和公斤级实验研究,确定了直接从铅锑复杂硫化矿进行铅锑分离的最佳工艺参数,并采用SEM、EDAX、XRD、DTA-TG和化学分析等分析检测手段,从热力学和动力学两个方面研究铅锑复杂硫化矿及其主要组元的相关体系(PbS-Sb_2S_3、PbS-Sb_2S_3-FeS、PbS-Sb_2S_3-ZnS、PbS-Sb_2S_3-FeS-ZnS等)与水蒸气反应的基本规律,得出了一系列重要结论。利用FACT Sage 5.0数据库,绘制了Me-S-O-H系的优势区图,指出了在水蒸气焙烧的氧势和硫势范围之内各金属的存在形态。并采用固定化学势法(Constrained Chemical Potential Method)计算了Pb-S-O-H、Sb-S-O-H体系的气相平衡组成,绘制了主要气相物种的等压图。具体研究结果如下: 1、工艺实验证明采用水蒸气氧化挥发焙烧铅锑复杂硫化矿是可行的,能够有效地实现铅锑分离。小型实验得出的最佳工艺条件为:温度973~1023K;水蒸气流量1800~2500ml/min;空气流量200~300ml/min;试料粒度2~3mm;焙烧时间120~150分钟。在以上工艺条件下,具有以下综合指标:产出的焙砂中,含铅36~40%,含锑<2%,焙砂中铅的直收率>95%;产出的烟尘中,锑含量>51%;铅含量为1.5~3.2%,烟尘中锑的直收率>94%;焙砂中的含硫量为3~6%,脱硫率大于85%。 公斤级实验的最佳工艺条件为:焙烧温度973~1023K;水蒸气流量35.32L/min;空气流量6L/min;试料粒度3~5mm;焙烧时间180min;床层厚 铅锑复杂硫化矿铅锑分离的理论和新工艺研究 国家自然科学基金项目 度13.33mm。在以上工艺条件下,具有以下综合指标:产出的焙砂中,含铅 31一35%,含锑3.22一6.34%,焙砂中铅的直收率97%;铅锑分离产出的烟尘中, 锑含量70.41一75.07%,铅含量1.5%;烟尘中锑的直收率达到85%。 2、水蒸气一空气混合气氛焙烧铅锑复杂硫化矿的机理研究结果表明,铅锑 复杂硫化矿水蒸气氧化焙烧能有效地实现铅锑分离,其最根本的原因是水蒸气 能催化分解铅锑复杂硫化矿中的脆硫铅锑矿(FePb4Sb6S,4),使其分解成各种 铅、锑、铁的简单硫化物(SbZS3、PbS、FeS)。在相同的温度下,分解出的SbZS3 由于其饱和蒸气压远远大于PbS的饱和蒸气压,SbZS3对PbS的分离系数 刀Sb7s,一PbS1,因此SbZS3将优先挥发进入气相。在气相中的SbZS3又能被水蒸气 选择性地氧化成SbZO。,因此气相中SbZS3始终保持较低的分压,使SbZS3的挥 发过程达不到平衡状态,从而促进了SbZS3的挥发。而硫化铅不与水蒸气发生 任何化学反应,并且由于其自身饱和蒸气压较低,在焙烧过程中基本不挥发, 保留在残渣中。这样,就可以实现铅锑的有效分离。在惰性气氛中,脆硫铅锑 矿能够发生分解,但分解得很不彻底,铅锑分离效果较差。而在空气或氧气气 氛下,脆硫铅锑矿(FePb4Sb6S,4)会转变成较稳定的复杂氧化物FePb4Sb3O13, 使锑的挥发变得困难,这是现行氧化挥发焙烧方法不能有效分离铅锑的主要因 素。 水蒸气氧化焙烧铅锑分离的动力学研究表明,当温度IO23K时,铅锑分离 过程主要受化学反应控制,其表观活化能为85.92kJ/mol;当温度之IO23K的时 候,化学反应阻力与内扩散阻力相比可以忽略不计,此时反应速率主要受内扩 散控制,相应的表观活化能为10.27kJ/mol。 3、PbS一SbZS3、PbS一SbZO3、PbO一SbZS3、PbO一SbZO3等体系与水蒸气反应的对 比实验表明,PbS一SbZS3二元系与水蒸气反应后焙砂中主要由PbS组成,同时还含 有少量的SbZO3,铅锑分离效果较好。PbS一SbZO3二元系与水蒸气反应后焙砂中的 主要物相为PbS,没有观测到含锑的物相,铅锑分离效果最好。而PbO一SbZS:和 PbO一SbZO:这两个含有PbO组成的试样与水蒸气反应以后,焙砂的物相组成比较 复杂,都含有稳定的铅锑氧的化合物(PbsbOZ、Pb5Sb4O,,、PbsbZO6),焙砂中锑 的含量较高,达不到理想的铅锑分离效果。PbO和SbZO3能形成稳定的化合物,这 是导致铅锑分离效果不好的主要原因。这四个二元系在水蒸气气氛下的铅锑分离 效果好坏的顺序为:PbS一SbZO3Pbs一SbZS3PbO一SbZS3PbO一SbZO3。从这可以看出, 当氧势高到可以生成PbO的时候,铅锑分离效果不好;在氢气气氛下的挥发实验 证明,若氧势太低,试样中铅锑都保持硫化物的状态,铅锑分离效果也
【学位授予单位】:昆明理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TF046

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【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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【二级参考文献】
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