一种低温碱性炼铅方法 【技术领域】
本发明涉及一种低温混碱炼铅方法，属于冶金领域。
背景技术
传统的铅冶炼工艺主要是烧结机烧结鼓风炉还原熔炼或底吹炉熔炼工艺，均是在1250-1350℃的高温下进行的，不仅耗能高，而且存在以下难以解决的环境问题：(1)铅冶炼过程产生大量铅蒸汽及弥散的铅雾造成工厂周边地区空气、土地及水源的严重污染；(2)在冶炼过程产生铜浮渣、含锌炉渣等的高温处理过程亦产生大量铅尘及低浓度SO2烟气污染，铅冰铜的处理及铜的回收是目前尚未解决的难题。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种低温混碱炼铅方法。这种方法大幅降低温度并实现固硫熔炼，直接冶炼粗铅，最大程度消除铅尘、铅雾及二氧化硫烟气污染，达到清洁炼铅的目的。
本发明主要过程的基本原理如下：
(1)熔炼过程
2PbS+4NaOH+C＝2Pb+2Na2S+CO2+2H2O (1)
2PbSO4+4NaOH+5C＝2Pb+2Na2S+5CO2+2H2O (2)
2PbO+C＝2Pb+CO2 (3)
2NaHCO3＝Na2CO3+H2O+CO2 (4)
2PbS+2Na2CO3+C＝2Pb+2Na2S+3CO2 (5)
Na2SO4+2C＝Na2S+2CO2 (6)
(2)苛化过程
Na2S+ZnO+H2O＝2NaOH+ZnS (7)
(3)焙烧过程
ZnS+1.5O2＝ZnO+SO2 (8)
(4)碳酸化过程
2NaOH+CO2＝NaHCO3+H2O (9)
Na2CO3+CO2+H2O＝2NaHCO3 (10)
(5)二次苛化过程
Na2CO3+Ca(OH)2＝2NaOH+CaCO3 (11)
2Na3AsO4+3Ca(OH)2＝Ca3(AsO4)2+6NaOH (12)
一种低温混碱炼铅方法：在600-900℃的条件下，加入Na2CO3或NaHCO3和NaOH(根据上述反应的方程式计算用量)，冶炼铅精矿、二次铅原料或两者的混合物提取粗铅；然后水浸碱渣，对水浸渣进行选矿，获得铜精矿、锌精矿和铅精矿。
冶炼时间为1～4小时；钠质量比为Na2CO3或NaHCO3∶NaOH＝60～160∶5～80；总碱质量为理论质量的1.1～4.0倍。并在冶炼前先将NaOH浓溶液与铅精矿及二次铅原料搅拌混合均匀，制粒，再混合或覆盖Na2CO3或NaHCO3，最后升温熔炼。
所述的二次铅原料指废蓄电池胶泥或硫酸铅渣或氧化铅烟灰。
水浸碱渣过程温度为30～100℃，时间为0.5～5小时，液固体积质量比为1～6∶1；水洗涤浸出渣3～5次，至PH＝7～8。
水浸碱渣后的水浸液用ZnO苛化，将大部分苛化液碳酸化沉淀再生NaHCO3，剩余部分苛化液二次苛化、浓缩、再生NaOH溶液；苛化渣焙烧脱硫再生苛化剂ZnO，焙烧产生地SO2烟气制酸。
苛化过程中ZnO为理论质量的1.1～3.0倍；温度为10～100℃；时间为0.5～10.0小时；水洗苛化渣3-5次。
碳酸化过程中温度10-95℃，时间为0.5-10h，CO2体积用量为理论量的1.05-2倍，反应至1H＝3～8。
二次苛化浓缩过程中温度为10-100℃，时间为0.5-8h，Ca(OH)2质量用量为理论量的1.2-2.5倍，浓缩至NaOH浓度400-1500g/L。
整个发明的流程形成闭路循环，循环过程中的钠损失由在熔炼过程中加入芒硝补充。
传统炼铅工艺须先将硫化铅精矿进行富氧熔炼或烧结焙烧，使金属硫化物转化为氧化物；
MeS+2/3O2＝MeO+SO2 (13)
式中：Me表示Pb、Cu、Zn、Fe、Cd。
富氧熔炼时，部分硫化铅转化为金属铅：
PbS+2PbO＝3Pb+SO2 (14)
式(13)及式(14)表明，硫氧化成二氧化硫，富氧熔炼时，二氧化硫用于制酸，但一般熔炼大都以低浓度二氧化硫烟气排空，污染环境。
接着在1250-1350℃的温度下还原熔炼富铅渣或烧结块，产出粗铅，Cu进入粗铅和铅冰铜，而Zn分散于烟尘及炉渣中，使铜和锌难以回收；另一方面，在高温下，铅的挥发性很强，如在973℃、1162℃、1234℃、1309℃及1358℃的温度下，铅的蒸气压分别为0.133mmHg、1.33mmHg、13.3mmHg、133mmHg及1330mmHg，因此，传统炼铅工艺，不管是富氧熔炼，还是烧结还原熔炼，其生产过程均产生大量铅蒸汽及弥散于高空的铅雾造成工厂周边地区空气、土地及水源的严重污染。
本发明在600-900℃下的碱性熔体中进行，比传统方法降低了350～500℃，不产生铅尘与铅雾；有效消除了铅对周边地区的污染。按式(1)、(2)、(5)及(6)，炉料中的硫均转化为硫化钠而固定在熔炼产物中，因此，也不产生二氧化硫。
在Na2CO3为主要成分的熔体中和600～900℃的温度下进行碱性还原熔炼，CuS、Cu2S、ZnS及SiO2等在热力学上是稳定的，不发生物相变化。因此，易于用选矿方法回收铜、锌等伴生金属。总之，本发明是一种条件温和、环境良好的清洁炼铅方法，对铅冶炼技术进步具有重要意义和应用前景。
【附图说明】
图1为本发明工艺流程示意图。
【具体实施方式】
以下实施例旨在进一步说明本发明，而不是限制本发明。
实施例1
以1#硫化铅精矿为原料进行低温碱性炼铅，精矿成份为(％)：Pb70.12，Fe6.08，S15.04，Zn2.84，Cu0.40，SiO2 0.79。
A.碱性熔炼过程
称取21.66克烧碱用30ml水溶之，与100克1#铅精矿及5克还原粉煤混匀，制粒，置于石墨坩埚再再称取76.07克纯碱覆盖于制粒料表面，升至850℃保温熔炼60min；获得粗铅重65.68g，铅的直收率为92％，碱性炉渣83.5克。
B.水浸过程
向1000ml烧杯中加入水350mL和炉渣82.3克，60℃下浸出2小时后过滤，用100mL水洗滤渣3次，PH值为7.5。滤渣干重31.1g，其中含Pb18.04％，Zn9.13％，Cu1.29％，Fe19.55％；滤液500mL，含Na2S 70.2/L，Na2CO3 103.8g/L。
C.一次苛化过程
取上述浸液500mL加入含Zn76.32％的次氧化锌46.33g，在80～85℃下苛化2小时，过滤，得ZnS3渣54.9g，含硫26.18％；苛化液550ml，含NaOH 71.86g/L，Na2CO3 96.44g/L。
D.碳酸化过程
取上述一次苛化液353ml，在70-75℃下通入CO2 3h至pH值为5.8，液固分离后，获得NaHCO3 84.93g，母液350ml，含NaHCO3 60.5g/L。
E.二次苛化过程
取上述一次苛化液197ml，在60-70℃用85％含量的Ca(OH)2 23g苛化2.5h，获得二次苛化液195ml，含NaOH144.6g/L。
F.浓缩过程
将上述二次苛化液195ml，在95-110℃下蒸发浓缩至40ml，浓碱液含NaOH 705g/L。
实施例2
以2#硫化铅精矿和硫酸铅渣为原料，其质量比例为1∶1。2#铅精矿成份为(％)：Pb51.55，Fe5.34，S18.52，Zn11.53，SiO2 2.69，Cu0.11；硫酸铅渣成份(％)为Pb65，S10.04；混合料含Pb58.27％，S14.28％。
A.熔炼过程
称取34.6克烧碱用30ml水溶之，与100克混合铅原料及15克还原粉煤混匀制粒，置于石墨坩埚，再称取75.70克纯碱，覆盖于制粒料表面，升至850℃保温熔炼60min；获得粗铅重54.11g，铅的直收率为92.8％，碱性炉渣131.04克。
B.水浸过程
将水350mL加入1000ml烧杯中，将上述炉渣125克浸泡于其中，松散后，升温至90℃，搅拌浸出1小时后过滤，按实施例1水洗，得水浸液600ml，水浸渣20.70g，其中含Pb25.33％，Zn13.93％，Cu0.27％，Fe12.90％，水浸液含Na2S 46.43/L，Na2CO3 126.22g/L。
C.一次苛化过程
取上述浸液600mL加入含Zn76.32％的次氧化锌36.71g，在80～85℃下苛化1.5小时，过滤，得ZnS3渣43.5g，含硫26.22％；一次苛化液680ml，含NaOH 42.02g/L，Na2CO3 111.37g/L。
D.碳酸化过程
取上述一次苛化液450在70-80℃下通入CO2 2.5h至pH值为6.0，液固分离后，获得NaHCO392.14g，母液450ml，含NaHCO3 60g/L。
E.二次苛化过程
取上述一次苛化液230ml，在75-80℃用80％含量的消石灰33.53g苛化3h，获得二次苛化液220ml，含NaOH 131.8g/L。
F.浓缩过程
将上述二次苛化液220ml，在95-110℃下蒸发浓缩至40ml，浓碱液含NaOH 725g/L。
实施例3
仍以1#硫化铅精矿为原料进行低温碱性炼铅。
A.碱性熔炼过程
称取40.5克烧碱用50ml水溶之，再称取56.00克纯碱、5克还原粉煤，与100克1#铅精矿混匀，置于石墨坩埚，升至650℃保温熔炼90min；获得粗铅重64.61g，铅的直收率为90.5％，碱性炉渣93.8克。
B、C、D、E、F过程如实施例1。