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金属铅是怎么生产的?

铅是一种金属化学元素,元素符号Pb,原子序数为82,原子量为207.2,是原子量最大的非放射性元素。金属铅为面心立方晶体。

金属铅是一种耐蚀的重有色金属材料,铅具有熔点低、耐蚀性高、X射线和γ射线等不易穿透、塑性好等优点,常被加工成板材和管材,广泛用于化工、电缆、蓄电池和放射性防护等工业部门。那么如何提炼出铅呢?

炼铅原料

铅的地壳丰度较铜、锌、锡小。自然界中最主要的铅矿是硫化矿,其次是氧化铅矿。硫化铅矿主要组成为原生的方铅矿(PbS)。但单一的硫化铅矿很少,常与闪锌矿伴生,合称铅锌矿。另外的伴生矿物常有辉银矿(Ag2S)、黄铁矿(FeS2)、黄铜矿(CuFeS2)、硫砷铁矿(FeAsS)、辉铋矿(Bi2S3)及铟、锗、镓、铊、碲等稀散元素的矿物。铅锌矿成分复杂,要预先经过选矿富集方宜进行冶炼。氧化铅矿主要由白铅矿(PbCO3)和铅钒(PbSO4)组成,属次生矿,多出现在硫化矿的上层,或与硫化矿共生。含铅废杂料也是生产铅的重要资源。

提取冶金

铅的提取冶金分火法炼铅和湿法炼铅两类方法,在工业生产中前者应用较多。传统的火法炼铅方法一般包括铅精矿烧结焙烧、铅熔炼、粗铅火法精炼或(铅电解精炼)三大环节。传统的铅熔炼方法以鼓风炉还原熔炼法炼铅的应用最为广泛。用这种方法生产的铅占总产铅量的85%。鼓风炉还原熔炼法炼铅是一种用焦炭作还原剂把铅的氧化物还原为粗铅的方法,此法须先经烧结焙烧把硫化铅精矿中的大部分PbS转变成PbO,并使烧结焙烧料烧结成块。铅熔炼产出的粗铅还含有很多杂质,需经火法精炼或电解精炼才能获得达到产品质量标准、满足用户要求的精铅,并回收粗铅中的有价金属。粗铅火法精炼在当今的铅精炼中占主导地位。 传统的火法炼铅法存在对环境污染严重、原料中的硫难以回收、能耗大和生产效率低等问题,自20世纪50年代以来世界一些国家竞相研究直接炼铅法,以取代传统的火法炼铅法。到90年代已进行工业生产或半工业试验的有基夫赛特炼铅法(KIVCET-CS)、氧气底吹炼铅法(QSL)、艾萨熔炼法炼铅(ISA)、闪速熔炼法炼铅等。这些直接炼铅法的共同特点是不要经过单独的烧结焙烧处理,基本实现自热熔炼,烟气便于制酸,对环境污染程度轻,从发展看,有可能取代传统的火法炼铅法。

冶炼现状

(1)铅冶炼技术的改造

随着我国工业的不断发展,对铅产品的需求量越来越大。但是由于我国铅冶炼技术的限制,铅产品的供给远远达不到铅产品的实际需求。这就要求我国铅冶炼技术进一步提升,随着冶炼技术的不断进步和实践经验的不断积累,我国铅冶炼技术有了一定的提升,铅生产企业正在对铅冶炼技术进行改造,进一步提升铅产品的产量和质量。在我国铅产品生产过程中,铅产品的生产正朝着底吹炉+侧吹还原炉+烟化炉的方式进行改造。铅产品冶炼技术的改造,不仅大大提升了铅产品的产量和质量,还使得铅冶炼过程中的能源消耗降低,进一步提高了能源利用率。相信随着铅冶炼技术的不断进步,我国的铅产品供应会逐渐满足我国工业对铅产品的需要。

(2)存在问题

我国铅冶炼过程中存在的问题,制约了我国铅冶炼技术的进步,从而影响我国铅产品的供应。我国铅冶炼过程中存在的问题主要分为三方面。首先,我国铅资源较为短缺,制约着我国铅产品的供应。就我国铅资源分布来看,虽然铅资源分布比较广,但是铅资源储量比较低,无法为铅冶炼提供足够的原料。另外,铅产品冶炼过程中浪费比较严重,能源消耗量大,这也使得铅资源没有得到充分利用,从而使铅的供应无法满足需求。其次,我国铅冶炼监管不严,导致铅资源浪费严重。

在我国铅产品的生产过程中,相关部门不注重铅冶炼的监管,一方面,导致部分企业未按照生产标准进行铅产品的生产,造成了铅资源的浪费。另一方面,由于监管力度不够,铅生产企业往往对能源的消耗和环境的污染不重视,造成了能源浪费。与此同时,铅产品生产过程中的污染,造成了对环境的破坏。另外,由于监管力度不足,部分企业为了满足外国对铅产品的需求,使用落后的冶炼技术,进一步加剧了我国的资源短缺以及环境污染。最后,铅冶炼过程中对环境造成的污染,加大了我国的环境压力。由于我国铅冶炼技术水平的制约,在铅产品生产过程中会产生粉尘以及废气,这些粉尘以及废气没有得到妥当的处置,导致铅产品生产过程会造成严重的环境污染。

在铅产品生产过程中会产生二氧化硫,二氧化硫会导致酸雨的产生,对农作物以及建筑物造成很大的损害,会造成经济损失。铅冶炼过程中造成的污染,也制约着铅产品的供应。 [9]

冶炼技术

(1)氧气顶吹熔炼技术

艾萨法(ISA 法)、Ausmelt 法都属氧气顶吹法,其中以艾萨法(ISA 法)为例来进一步说明氧气顶吹熔炼技术的技术特点。艾萨法不同于基夫赛特法,它对炉料的要求比较低,但是此法的烟尘率较高。艾萨法还有一点优势就是炉体设备占地面积比较少,能够为铅冶炼节省空间,在一定程度上降低了铅冶炼的成本,增加了企业的经济效益。

(2)氧气底吹熔炼技术

QSL 法和 SKS 法均为底吹熔池熔炼技术,其中以 QSL法为例进一步说明氧气底吹熔炼技术的技术特点。QSL 法同艾萨法(ISA 法)一样,烟尘率较高,QSL 法炉体设备占地面积也比较少,能够为铅冶炼节省空间,在一定程度上降低了铅冶炼的成本,增加了企业的经济效益。

(3)氧气侧吹熔炼技术

氧气侧吹熔炼技术是我国开发的一种熔池熔炼直接炼铅技术。该技术所需要的设备比较简单,投资的数额也比较小。金属回收率也很高,创造的经济效益比较好。但是该技术不能很好地对散热进行控制,导致进行铅冶炼时能耗很大。该技术因为所需要的成本比较低,所以在我国得到了广泛应用。不过广泛使用该技术也对我国的能源造成了很大的压力,不利于可持续发展。这是我国对于该技术下一步必须要解决的问题。

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