真空冶金法处理脆硫铅锑矿分离铅锑的新工艺研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)昆明理工大学真空冶金国家工程试验室 作者:熊恒

  本文从理论上简单分析了采用真空冶金法处理脆硫铅锑矿分离铅与锑新工艺的可行性,并对该新工艺中影响铅与锑分离效果的温度、时间等因素进行了讨论。试验研究表明采用真空冶金的方法处理脆硫铅锑矿可以实现铅与锑的一步分离,获得高质量的铅精矿和锑精矿。对比目前主流处理方法可以看出该新工艺可以缩短整个处理流程,提高资源的利用,符合低碳、高效冶炼金属的要求。

  脆硫铅锑矿是一种复杂的多金属铅锑硫化矿,处理这种矿石的关键是如何行之有效的使铅锑分离,传统的方法遵循“脆硫铅锑矿-铅锑粗合金-金属锑”的技术路线,即脆硫铅锑矿经高温熔炼得到铅锑粗合金,然后对铅锑粗合金进行氧化还原处理,最后通过精炼获得金属锑和金属铅。

  铅锑粗合金分离所用设备主要有反射炉、鼓风炉等,其中反射炉是目前主要使用的设备,在反射炉中铅锑粗合金实现分离是基于锑对氧的亲和力大于铅,比较容易氧化,金属锑氧化以Sb2O3的形式挥发进入锑氧粉而与铅分离。但是由于脆硫铅锑矿组成成分中铅、锑金属含量接近,而且氧化铅与氧化锑蒸气压相差不大,锑氧化过程中很难避免部分的铅氧化,通常情况下需要进行多次的氧化还原过程,才能实现铅锑的初步分离,导致在整个冶炼过程中,返料多,大部分金属铅和金属锑在生产过程中循环,铅、锑回收率低,环境污染严重。

  为了寻找更合理的处理方法,根据真空冶金的特点和理论,作者在昆明理工大学真空冶金国家工程实验室其它同志研究的基础上,提出了真空冶金法处理脆硫铅锑矿分离铅锑的新思路,并对新思路进行了小型试验,取得了较好的效果。

1、理论分析

  物质在一定温度下有固定的蒸气压,能否利用真空冶金法分离物质取决于一定温度下物质组元蒸气压的差别。脆硫铅锑矿分子式为Pb4FeSb6S14,矿物中铅与锑系是以硫化物固溶体形式存在,因此分子式亦可写作4PbS·FeS·3Sb2S3。Sb2S3、PbS 和FeS 的蒸气压与温度的关系可用式(1) -式(3) 表示,图1 根据式(1) -式(3) 计算绘制的物质蒸气压与温度关系图。由图1 可以看出,随着温度的升高Sb2S3、PbS 和FeS 的蒸气压增大,在计算温度范围内,Sb2S3、PbS 和FeS 三者蒸气压值相差较大,均在两个数量级以上。因此控制一定的压力条件,Sb2S3将优先于PbS 和FeS 挥发,富集于气相,而后PbS 优先于FeS 挥发,富集于气相。表1 为Sb2S3、PbS 和FeS 的熔沸点,由表1 可以看出,Sb2S3和PbS 的熔点相差550℃,PbS 与FeS 的熔点相差90℃。因此,控制一定的冷凝温度,可以使气相中Sb2S3和PbS 分别冷凝,从而实现铅与锑的分离与富集。

Sb2 S3、PbS、FeS 饱和蒸气压与温度的关系

图1 Sb2 S3、PbS、FeS 饱和蒸气压与温度的关系

真空冶金法处理脆硫铅锑矿分离铅锑的新工艺研究

真空冶金法处理脆硫铅锑矿分离铅锑的新工艺研究

2、真空冶金法与传统火法工艺的比较

  大厂脆硫铅锑矿火法工艺流程如图7 所示,其过程与传统的烧结- 鼓风炉炼铅工艺类似,存在铅锑分离困难; 生产周期长; 丢渣品位高; 污染严重;生产成本高等缺陷。经研究提出的真空冶金工艺流程,见图8。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)比较两种工艺,可知真空冶金法有以下优点:

脆硫铅锑矿火法工艺流程简图

图7 脆硫铅锑矿火法工艺流程简图

脆硫铅锑矿真空冶金法处理的火法流程简图

图8 脆硫铅锑矿真空冶金法处理的火法流程简图

3、结束语

  (1) 试验研究表明,采用真空冶金法可以解决脆硫铅锑矿铅锑分离的技术难题,可获得容易处理的高品位铅精矿和锑精矿,而且过程简单,无污染。

  (2) 脆硫铅锑矿是我国特有的储量超过单一锑硫化矿的有色金属资源,如果该方法能代替现有传统的火法流程用于工业生产,将极大的改善现有作业环境,降低工厂的生产成本。

  (3) 条件试验表明,蒸馏温度、蒸馏时间对铅与锑的分离富集有着不同的影响,但更深层次的理论和机理还有待于进一步的研究。从目前国内现有真空炉的应用情况看,真空冶金法处理脆硫铅锑矿分离铅锑新工艺所得的试验工艺条件是可以在工业中实施的。

  综上所述,真空冶金法处理脆硫铅锑矿分离铅锑新工艺在经济上、技术上是可行的,符合低碳高效冶炼金属的要求。它的成功应用,必将提高劳动生产率,取得显著的经济效益。

  ( 1) 铅锑分离作业在密闭体系中进行,环境污染极小; 产物品位高,能与现行成熟的冶炼工艺衔接,便于后续的提取与回收。

  (2) 从源头分离铅锑,可缩短脆硫铅锑矿的整个冶炼过程,提高资源利用率,能创造更高的经济价值。

  (3) 残留渣主要物相物为FeS,处理这种残留物比处理传统流程的熔炼渣要容易的多,也便于回收富集于其中的有价金属。

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