硫化铅精矿的烧结焙烧
硫化铅精矿的结焙烧
目的要求：要求掌握硫化铅精矿的烧结焙烧的目的、主要反应、烧结焙烧前炉料的准备及生产实践。
重点难点：1、烧结焙烧的主要反应；
2、烧结焙烧的生产实践。
2.1烧结焙烧的目的
在古代，硫化铅矿的烧结焙烧是将块矿堆积起来进行氧化焙烧，名堆烧法，而对碎的富铅矿则采用灶或窑来焙烧。到了十九世纪末，随着浮选技术的发展及普及，才开始对富集的粉状铅精矿加入反射炉内进行粉末焙烧或烧结焙烧。但该法存在着产量低、燃料消耗大、劳动条件差等一系列缺点，直至二十世纪初，又出现了在烧结锅内进行鼓风烧结焙烧的方法，它克服了以前各种烧结法的缺点，产出坚硬多孔的烧结块，适于鼓风炉熔炼。但因生产过程是间断性的，机械化程度低，劳动条件恶劣等严重缺陷，因而发展到采用烧结盘进行烧结焙烧。而烧结盘存在占地面积大，产量低的缺点，不久便被直线型（又名带式）吸风烧结机所代替。带式吸风烧结克服了烧结锅鼓风烧结的一些缺点，使烧结过程连续化，操作机械化，大大提高了处理能力。但吸风烧结存在着吸风箱经常堵塞；低浓度SO2烟气难以利用，烧结炉料品位无法提高以及机件容易损坏等缺陷，至本世纪五十年代后期，鼓风烧结技术的试验成功和应用，弥补了吸风烧结的不足，再加上鼓风返烟烧结技术的发展，得到世界各国的普遍采用。
硫化铅精矿的烧结焙烧，是在大量空气参与下的强氧化过程。其目的是：1、氧化脱硫，使金属硫化物变成氧化物以适应于还原熔炼；2、将粉状物料烧结成块；3、使精矿中的硫呈SO2以便制取硫酸；4、脱除部分砷、锑，避免熔炼时产生大量砷冰铜，而增加铅及贵金属的损失；5、使易挥发的伴生稀散金属如铊集中于烟尘中，以利于综合回收。
2.1.1 焙烧程度和脱硫率
焙烧程度，常用焙烧产物中的含硫量来表示，它体现了焙烧的完全性。如原来混合炉料中含硫6%，经烧结焙烧后，获得的烧结块含硫1.8%，则焙烧程度为1.8%。
通常，确定焙烧程度的原则，一般按精矿中的含锌量及含铜量来控制：1、如果精矿含锌高，则焙烧时应尽量把硫除净，使锌全部变为ZnO，以减少ZnS对还原熔炼时的危害，称为“死烧”或“完全焙烧”；2、如果精矿含铜较多（如Cu&1～1.5%），则又希望焙烧时残余一部分硫在烧结块中，使铜在熔炼时形成铅冰铜，从而提高铜的回收率；3、如果精矿含铜、锌都高，残硫问题只能据具体条件而定。有的工厂首先进行“死烧”，使铜和锌的硫化物尽量氧化，而在鼓风炉熔炼时加入黄铁矿作硫化剂，使铜再硫化成Cu2S进入冰铜，而锌以ZnO形式进入炉渣。国内铅厂对含铜、锌都高的精矿，一般不造冰铜，而是采用“死烧”。这样既可免除ZnS的危害，又减少造冰铜的麻烦和处理费用，同时铅的直收率也得到提高。
脱硫率表示炉料焙烧时硫化物氧化的完全程度，用焙烧时烧去的硫量与焙烧前炉料含硫总量之比的百分率来表示。通常焙烧设备的脱硫率高，则其效率也高。烧结机的脱硫率一般为60～80%。
2.1.2对烧结块的基本要求
烧结焙烧产出的烧结块，应该：
1、烧结块的化学成份，应与配料计算的化学成份相符；
2、烧结块必须坚实，在鼓风炉还原熔炼时，不致被压碎；
3、烧结块应具有多孔质构造和良好的透气性；
4、在原料含铜低的情况下，要求烧结块含硫愈低愈好，以保证绝大部分的硫化物生成氧化物。
烧结块的质量，主要以强度、孔隙度和残硫率三个指标衡量。强度测定，通常作落下试验，将烧结块从1.5米的高处，自由落到水泥地面或钢板上，反复三次，一般视裂成少数几块而不全碎为粉为好。或将三次落碎后的产物进行筛分，小于10mm的碎屑重量不超过15～20%，则强度符合要求。孔隙度在工厂很少测定，通常凭肉眼判断，质量好的烧结块一般不少于50～60%。
残硫率，取样测定，一般要求在2%以下。
2.2& 硫化铅精矿烧结焙烧的化学反应
2.2.1 硫化铅的氧化反应
铅精矿的主要成分是方铅矿（PbS),占精矿组成的60%～80%。在烧结焙烧过程中，精矿的焙烧主要是PbS发生氧化反应，生成氧化物（ PbO），也可能生成硫酸盐或碱式硫酸盐（PbSO4, PbSO4· PbO, PbSO4· 2PbO, PbSO4· 4PbO),还可能生成金属铅（Pb)。
上述反应生成的PbO和PbSO4（包括碱式硫酸铅），与未氧化的PbS之间，发生下列各种交互反应,如：
在焙浇高温下，交互反应析出的金属铅，大部分被烟气中的氧所氧化。
综观上述反应可知，方铅矿的焙烧过程可以认为是在Pb-O-S三元系中进行，焙烧产物的形成取决于实际焙烧温度和平衡气相（主要成分是O2和SO2）组成。因此，在冶金热力学上，常用恒温下的M（金属）-S-O系lgpSO2-lgpO2平衡状态图（又称化学势图）来研究金属硫化物的氧化规律。℃)时Pb-O-S系状态图如图2-1所示。
在硫化铅精矿烧结焙烧的实际生产中，要求PbS尽可能全部变成PbO，而不希望得到PbSO4和PbSO4﹒mPbO，因为铅烧结块中的PbSO4或（PbSO4﹒mPbO）在下一步鼓风炉熔炼中不能被碳或一氧化碳还原成金属铅，而被还原成PbS，如PbSO4+4CO=
PbS+4CO2，这就造成铅以PbS形态损失于炉渣或铅铳中的数量增加，所以在烧结焙烧时，应使PbS尽可能生成PbO，而不生成PbSO4。
从Pb-O-S系状态图可以看出，硫酸铅及其碱式盐的稳定区域大，这说明它们在烧结时容易生成。只有当气相中的SO2分压较小和O2的分压较大时，才能保证PbO的稳定范围，从而不生成或少生成PbSO4。具体地说，要使PbSO4（甚至包括PbSO4﹒4PbO）完全不生成的条件，必须保证气相中pSO2小于图2-1中反应式：PbSO4﹒4PbO=5PbO+ SO2
+1/2O2的平衡SO2分压。但是，降低气相中pSO2来减少硫酸盐的措施是可取的，因为将不利于用烟气制硫酸。
1100K时Pb-S-O状态图
在实际生产中，可考虑用下面一些措施来减少PSO4的生成，以尽可能增加烧结产物中PbO的数量：
（1）提高烧结焙烧温度&
随着温度升高，硫酸盐将变得越来越不稳定。硫酸盐的分解是吸热反应，升高温度有利于PbSO4及其PbSO4﹒mPbO向着生成PbO的方向逐级分解，最后生成稳定的PbO（见图2-2）。因此，铅烧结焙烧过程料层温度实际上是在800～1000℃下进行。
硫化铅焙烧产物中前的形态随温度的变化（焙烧时间60min）
（2）将熔剂（石灰石、石英砂和铁矿石等）配料与铅精矿一起添加到烧结炉料之中，有助于减少PbSO4的生成，提高烧结脱硫率。
（3）改善烧结炉料的透气性，改进烧结设备的供风和排烟，使鼓风炉中的O2和氧化反应生成的SO2迅速达到或离开PbS精矿颗粒的反应界面，即降低反应界面的pSO2和提高pO2，均有利于PbO的生成。
还值得注意的是，在较低的pSO2和pO2数值范围内（图2-1）中的左下方区域）是金属铅的稳定区域，这说明烧结产物中还可能出现金属铅。如前面关于PbS的氧化反应所述，金属铅的生成有两种可能：一是PbS直接氧化，二是PbS和PbO、PbSO4发生交互反应。这也是硫化铅精矿直接炼铅新工艺的理论依据。
根据某厂烧结块的物相分析，以其中含铅总量为基数，不同形态的铅含量如表2-1所示。
2.2.2 精矿和熔剂中的造渣组分的行为
鼓风炉熔炼炉渣中主要三组分（SiO2、CaO和FeO)的来源：
①作熔剂加入石英石（河沙， SiO2）、石灰石（CaCO3）和铁矿石或烧渣（Fe2O3);
②精矿中的造渣成分；
③焦炭中的灰分。
鼓风炉炼铅是以自熔性烧结块作原料，因此熔炼炉渣中的造渣组分在烧结过程中就搭配合理了。
石英石（SiO2）
石英石在低温焙烧时不起化学变化，但在高温下，则与各种金属氧化物结合成硅酸盐，并能促使PbSO4分解，如：
实际上，PbO与SiO2开成一系列的低熔点化合物与共晶。这些化合物与共晶的组成及熔化温度列于表2-2。
由表可见，这些化合物与共晶的熔化温度都在800℃以下，比PbO的熔点(886℃)还低，在烧结过程中起粘结剂作用。
烧结焙烧时加入的铁矿石（或硫酸厂副产的烧渣）熔剂中或精矿中的FeS2氧化后的产物Fe2O3将与PbSO4PbO发生下列化学反应：
上述反应生成的不同组分的铁酸盐的熔化温度也大多在1000℃以下（见表2-3），它在烧结过程中也起粘结剂 作用。但比xPbO·ySiO2容易分解，故烧结块中铁酸铅的含量远少于硅酸铅（见表2-1）
硅酸铅的熔化温度低，并且有很好的流动性，在高温的烧结焙烧过程中，这些硅酸铅便熔化，将焙烧的炉料粒子粘结在一起，当焙烧物料冷却时，它们便成为许多粘结剂，是得到优良烧结块的保证。
石灰石（CaCO3）在烧结焙烧加热到910℃时，则吸收热量分解成石灰（CaO）。
氧钙（CaO）能促使硫化铅、硫酸铅等转化成氧化物。
石灰石（或石灰）有利于氧化铅的生成，但无助于提高烧结脱硫率，上述反应形成的硫化钙和硫酸钙仍把硫随烧结块带进了鼓风炉中。
2.2.3 杂质金属硫化物和贵金属的行为
铁的硫化物
黄铁矿（FeS2）和磁硫铁矿（FenSn+1）是硫化铅精矿中的必然伴生物。当加热到300℃以上时，黄铁矿和磁硫铁矿都发生分解而产生硫的蒸气。
在烧结鼓风和高温下，硫化亚铁（FeS）氧化成氧化亚铁（FeO）、三氧化二铁（Fe2O3）和四氧化三铁（Fe3O4），其中以Fe2O3为主，能与PbO等金属氧化物进一步结合成xPbO·yFe2O3。
铜的硫化物
铜在硫化铅精矿中，呈黄铜矿（CuFeS2）、铜蓝（CuS）和辉铜矿（Cu2S）等形态存在。焙烧时，铜的各种硫化物多变为氧化物，最终以游离的或结合的氧化亚铜或少量未氧化的硫化亚铜的形式，留在烧结块中。
硫化锌的结构是很致密的，故它是一种比较难氧化的物质。加之氧化后生成的硫酸盐和氧化物，是一种很致密的膜层，它能紧紧地包裹在未被氧化的硫化物颗粒表面，阻碍氧的渗入。所以在烧结焙烧时，需要较长的时间、过量的空气和较高的烧结温度，才能使硫化锌转化为氧化锌，其反应为：
砷的硫化物
铅精矿中的As是以毒砂（FeAsS）及雌黄（As2S3）的形态存在。焙烧时，首先受热离解，然后氧化生成极易挥发的三氧化二砷（As2O3）。
As2O3在120℃时，已显著挥发。到500℃时，其蒸气压已达到105Pa。故烧结焙烧时的脱砷程度，一般能达到40%～80%。少部分未挥发的三氧化二砷进一步氧化，变为难于挥发的五氧化二砷（As2O5），随即与其他金属氧化物（如PbO、CuO、FeO、CaO等）作用生成很稳定的砷酸盐，残留于烧结块中。
锑的硫化物
锑主要是以辉锑矿（Sb2S3）和硫锑铅矿（5PbS·2Sb2S3）形态存在于铅精矿中，锑的硫化物在烧结焙烧过程中的行为类似As2S3，只不过在同样焙烧温度下，生成的Sb2O3较As2O3的蒸气压小，挥发的温度高，故脱锑程度不及脱砷高。
在高温及大量过剩空气下，部分氧化成稳定的且难挥发的四氧化二锑（Sb2O4 ）及五氧化二锑（Sb2O5）同金属氧化物作用而生成锑酸盐。
镉的硫化物
镉常伴生于铅精矿中，其形态主要为硫化镉（CdS），焙烧时有少部分挥发进入烟尘。硫化镉氧化成氧化镉（CdO）和硫酸镉（CdSO4）：
生成的硫酸镉，在焙烧末期的高温下，离解成氧化镉，最后残留于烧结块中的镉一般以存CdO在。
银的硫化物
银常以辉银矿（Ag2S）存在于铅精矿中，氧化焙烧时，部分变为金属银和硫酸银（Ag2SO4）：
Ag2SO4是较稳定的化合物，在850℃时开始分解，因此，银以金属银及硫酸银的形态存在于烧结块中。
2.2.3.8 金
金在铅精矿中以金属形态存在，烧结焙烧时不发生变化，仍以金属形态留于烧结块中。
烧结焙烧前后含铅炉料中各种元素形态变化列于表2-4中。
烧结焙烧炉料的准备
为了在生产实践中能顺利地对含铅炉料进行烧结焙烧，并能获得具有孔隙度大和足够强度的烧结块，又能满足鼓风炉熔炼对化学成分的要求，所以烧结焙烧炉料的准备，无论是对烧结焙烧本身，对鼓风炉熔炼，都具有重要意义。
2.3.1 对炉料化学成分的要求
烧结前进行配料，主要满足S、Pb和造渣组分的要求。
精矿中的硫化物就是焙烧过程的燃料，配料时硫的数量的确定是直接与过程的热平衡和烧结块残硫联系在一起的，过高与过低都会导致过程热制度的破坏以及残硫不符合要求。烧结料适宜的硫量应当是：脱硫率一般为60%～75%，欲得残硫1.0%～1.5%的烧结块，则料含S应为5%～7%。如果S&7%时，则烧结块残硫必然升高而不合要求。
为了使鼓风炉熔炼获得高的生产率、金属回收率以及低的燃料和熔剂消耗，希望尽可能地提高烧结块的含Pb量，但太高会导致熔炼困难，因此，许多工厂将混合炉料中的铅含量提高到45%左右。在日本有的工厂已将混合料含铅从48%提高到51%，最高达52%。
由于各铅厂原料成分和原料性质的不同，再加上冶炼技术水平的差异，各铅厂选配渣成分就不一样，且差别极大，一般范围（%）是：SiO2&
20～32，Fe& 22～30，CaO& 14～20，Zn&
2.3.2 烧结配料原则及配料计算
烧结配料的一般原则：
（1）根据精矿的来源，确定各种精矿的配比，保证工厂生产在一定时间内能稳定进行，不致经常变动操作制度。
（2）仔细研究精矿和成分及当地熔剂来源，综合分析本厂及外厂的技术指标，选定适当的渣型，力求熔剂消耗最少。
（3）配好炉料的化学成分应能满足焙烧与熔剂的要求，不仅能保证生产过程能顺利进行，还要获得较好的技术经济指标。
确定配料比，应根据精矿和熔剂的化学成分，进行冶金计算，这是一项复杂而又仔细的工作。
配料计算的程序是：
（1）根据精矿及其他含铅二次物料（如锌浸出渣）的供应情况，确定各种原料的配用比例，然后根据这些原料的化学成分，计算出混合原料的成分。
（2）根据混合原料成分，选择适合鼓风炉熔炼的渣型，然后根据渣型计算所需熔炼的数量。
（3）根据加入熔剂后炉料的含硫量，计算所需返粉的数量；根据铅含量，计算检验是否还要配鼓风炉水淬渣（返渣）。
选择渣型，计算鼓风炉熔炼所需熔剂数量
可以认为，Fe、SiO2与CaO全部造渣，而Zn有80%进入鼓风炉渣中，并且假定渣中的FeO+SiO2+CaO+ZnO=90%,则不加熔剂时，精矿中的各造渣成分如下（以100kg精矿为基准进行计算）：
从上面所得自熔炉渣成分来看，它与工厂生产实际彩的炉渣比较，显然是不合理的。其中ZnO含量太高，而SiO2和CaO含量偏低，必须加入熔剂改变这种渣成分。应该选择含锌、含铁较高的炉渣。假设选定的炉渣成分为：15%ZnO,32�O，16�O，27%SiO2。根据氧化锌量计算出炉渣的数量为：
于是，42.3kg炉渣中应该含有：
根据这3种成分的需要量，减去精矿所带入的量，便是需要加入的熔剂应当含有的数量，即加入的熔剂应该含有：
设应该加入的石英砂、石灰石和铁质熔剂的数量分别为x，y，z（kg)，已知所用熔剂的SiO2、CaO和FeO的成分(百分含量）及成分列于表2-5中。
根据上表所列数据，列出下列3个方程：
解上列三个方程式得：
计算烧结返粉的数量
从上述计算可知，100kg精矿需要加入7.8kg石英砂，7.3kg石灰石和10kg烧渣，则不加返粉的炉料量为：
100+7.8+7.3+10=125.1(kg)
如果忽略烧渣带入的Pb与S量，则这种炉料中Pb与S的含量为：
一般工厂烧结炉料含S量控制在5%～7%之间，显然含13.1%S的炉料不符合要求，本计算取炉料含6% S。
经过烧结焙烧以后，所得烧结块含硫量假定为2.5%,则根据硫平衡计算返粉的加入量。设返粉加入量为x(kg),则
从上述计算加入熔剂后的炉料含铅为42.7%,符合配料要求，如果含铅太高（如在50 %以上），为了适应烧与鼓风炉还原熔炼的要求，则可以加入鼓风炉水淬渣（含1.5%～3.0%Pb）来冲稀铅量。水淬渣的加入量可按铅的平衡进行计算。
炉料组成及配料
烧结炉料主要是由铅精矿、返粉、熔剂（主要是石灰石、铁矿石、石英石等）、杂料（包括烟尘、含铅杂物如浸出渣等）组成。一些工厂铅烧结焙烧的炉料组成列于表2-6。经过配料后的混合料的化学成分列于表2-7。
鼓风炉熔炼造渣所需要的熔剂，一般根据配料计算量全部混入烧结炉料中，这样的烧结块在鼓风炉熔炼时就可以大大提高生产率。如果所需的熔剂在熔炼时才加入，由于熔剂与烧结愉中造渣成分不能相互密切接触而使造渣过程缓慢，过程不均衡而引起熔炼速度下降。因此，常把熔炼过程所需的熔剂预先与精矿一起配入烧结炉料进行烧结焙烧而产出的烧结块称为自熔烧结块。
在烧结焙烧时，为了稀释炉料中的硫，通常加入大量的返粉，其数量可达精矿数量的2～3倍。所谓返粉，即为含硫低的烧结焙烧产品，经破碎后返回烧结配料的粉料。为了稀释炉料中的硫和铅，有时还加入一定量的鼓风炉水淬渣，也有利于改善烧结块的质量。
炉料的含铅量不仅是影响烧结块质量的主要因素之一，孔明影响烧结和熔炼技术经济指标的因素。如果炉料含铅低，熔炼含铅低的烧结块时，因渣量增大，铅的损失也就增加，从而提高了产品成本。为了提高铅精矿的处理量及减少过程中铅的损失，以及为了降低燃料烼熔剂的消耗，要尽可能地提高烧结块的含铅量。但是炉料含铅太高，则在烧结焙烧过程中，容易产生过早烧结，降低烧结块质量。同时高铅炉料对于吸风烧结机来说，由于产生的易熔物多（如Pb、PbO等），当其流至炉篦时，便会冷却粘结在炉篦上，甚至流入风箱，把风箱堵塞，给生产造成困难；含铅高的烧结块在鼓风炉熔炼时，也会产生一些不利影响，如渣含铅升高，炉结形成机会增多等。因此，各工厂并不极力追求把烧结炉料品位提得很高。烧结炉料适宜的含铅量一般为40%～50%。
生产实践证明，在其他条件一定时，合理控制和调节炉料的含硫量与含铅量，是保证烧结块优质高产的途径。适当配用焦粉是提高烧结块质量的有效方法。如炉料含铅30%～40%和含硫3%～6%这种偏低的情况下，便会产出强度不高的烧结块，如果在这种炉料中加入焦粉（其量为配料量0.3%～3%)，返粉率为60%～65%，便可提高烧结块质量。当炉料含铅40%以上，硫在6%以上就可不配焦粉，将返粉提高到70%，同样可以保证过程的热平衡条件和透气性，使烧结块质量提高。
配料时也应考虑到其他杂质含量：例如炉料中的ZnO不超过15%～20%。MgO含量也应控制在一定范围内。如果粗铅采用电解精炼，则在配料时应考虑电解精炼时对阳极中锑含量的要求。
烧结炉料的配料方法常见有两种，即仓式配料（也称皮带配料或圆盘配料）法和堆式配料法。也有联合使用的。
仓式配料法设备简单，占地面积小，便于机械化，我国普遍采用，其最大缺点是很难控制各组分的正确配料比例和数量。
堆式配料法的优点有：配料比较容易控制，炉料成分均匀；可预先分析炉料成分，准确度高，可大量储存已配好的炉料，使烧结块成分长时间无波动。缺点是需要在一端设有为临时改变炉料组成用的补充配料仓，并且占地面积大，使大量精矿不能得到迅速处理。
炉料的混合与制粒
为保证配料后的炉料在濨前达到最佳湿度，并使其化学成分、粒度和水分的均匀一致，必须对炉料进行良好的混合与润湿。
所谓最佳湿度是指使炉料润湿到最大毛细水含量时的湿度。当炉料达到最佳湿度时其结团作用最大，此时的炉料容积最大，堆密度最小。见表2-8。
一般说来，混合料的最佳湿度为5%～7%，如果小于5%，则烧结速度大大下降并得到不坚实的烧结块，若大于7%～8%时，则烧结块残硫增加，质量变坏。必须指出，混合料的最佳湿度随返粉的数量和粒度的增大而降低。
返粉的粒度组成是直接影响烧结炉料粒度及其透气性的重要因素，因此各个工厂根据各自具体条件通过生产实践来确定其粒度组成。一般控制3～9mm占60%以上，小于3mm的不超过30%，大于9mm应在10%以下。对熔剂和焦粉成分、粒度的要求见表2-9。
炉料的混合一般采用二次或三次混合，并且多半是混合与润湿同时进行。在最后一次混合过程中具有制粒作用，从而防止了各组分因密度和粒度不同而发生的偏析现象。这样就使炉料各组分分配均匀，并大大地改善了炉料的透气性。生产上广泛采用的混合设备为鼠笼混合机和圆盘混合机，也有采用反螺旋的圆筒混合机。
混合料的制粒，常在圆筒制粒机和圆盘制粒机中进行，目的在于提高炉料的透气性，不论是圆筒还是圆盘制粒机，除将物料滚动成球外，还具有一定的混合作用。
所有不同性质、不同粒度、具有适当润湿程度的物料，都能制成球。球的强度又由下列因素决定：
①物料的表面性质，一般炉料粒度愈小，则制成的球强度愈大;
②炉料的化学及矿物成分：多种粒级和多种物料制粒，得到的强度最大；
③物料湿度，水分过多或过少都影响制粒强度。根据铅烧结炉料组成的特性，以含水5%～6%为宜，如果物料在制粒过程中不加水而加造纸废液或其他粘合剂，则可提高制粒强度；
④制粒条件，如给料速度、制粒机转速等都直接影响制粒的强度。
实践证明，与不制粒相比烧结焙烧的生产率和烧结块质量都获得很大提高，所以铅厂的炉料一般通过制粒后再进行烧结焙烧。
2.3.4.1 圆筒制粒机
圆筒制粒机是一个直径为1.2－2.8m，长2－12m的钢板圆筒，有的内衬耐磨橡胶，有的则在筒内纵向装有等距离的角钢或直径为20－30mm的圆钢。筒内设有与纵向平行的多孔管状喷雾器，以供炉料的最后一次润湿。圆筒的轴向与水平倾斜有一定的角度（一般为6度）安装在两对相距一定间隔的托轮上，由电动机通过减速装置而转动。如图2-3所示。
混合好的炉料经下料溜子从上端进入，制粒后的炉料则从下端送至烧结机进行烧结焙烧。制粒示意图如图2-4所示。炉料在圆筒中混合制粒的优势，取决于炉料的停时间（一般要求不少于1－1.5分钟）。在给料速度一定的条件下，圆筒的长度和转速是影响制粒的关键。为了提高混合制粒的效果，增加圆筒的长度和采用调速电机是非常适宜的。对已投产的厂而言，采用增加圆筒长度的办法，将受到厂房的设备等条件的限制。如果采用降低转速的办法，则混合制成的炉料又满足不了生产的要求，故圆筒制粒机具有制粒效率不高，球粒粒度难以调节等缺点。
2.3.4.2 圆盘制粒机
圆盘制粒机不但制粒效果高，而且团粒粒度易于调节。其构造是由一个机座和载于机座上的倾斜圆盘构成。园盘的倾斜度可在40－60度范围内变动。盘上设有喷水装置和刮料板。圆盘的转速在1.25－1.9米/秒范围内变动。改变园盘的转速、圆盘的倾斜度、盘边的高度、炉料湿度及给料速度，可以控制团粒的粒度及生产率。如图2-5所示。其成球如图2-6所示。
圆盘制粒机
圆盘制粒成球示意图
国外某鼓风烧结焙烧混合料制粒后的粒度分析如表2-10所示.
铅烧结焙烧的生产实践
2.4.1 带式烧结机的构造及附属设备
烧结焙烧的主要设备是烧结机。烧结机是一种连续作业的冶金设备，按其形状分盘式和带式两种。带式烧结机又称直线型烧结机，它由许多个紧密挤在一起的小车组成。小车用钢铸成，底部有炉篦，短边设有挡板（即为车帮），挡板的高矮确定料层的厚薄，而长边则彼此紧密相连，形成一具有炉篦的大而长的浅槽，类似一环形运输带。
机架的前端设有一对大齿轮（又称扣链轮），尾端则为一半园形的固定钢轨或星轮。大齿轮由电动机通过减速装置而运动，其齿间距离与小车轮间距吻合，当其旋转时，其齿恰好扣住下轨道而来的小车将它提升到上轨道，同时将前面的所有小车推动，并使之紧紧地联接在一起，如图2-7所示。
小车沿上轨道移动到风箱顶部时，车箱底的两侧滑行在风箱边缘的钢制滑板上以构成风箱的密封。其密封的类型有：1、水封板密封；2、滑动密封；3、浮板密封；4、油封或气封；5、弹簧板密封等。这几种小车与风箱之间的主要密封装置，均要定期把油注入上下滑板之间的油槽中，以加强密封效果和减少摩擦阻力。
经过混合制粒后的炉料，用机械均匀地铺在小车底部的炉篦上，其布料设备采用较广的有：1、摇摆布料机：由偏心轮、连杆所带动的作摇摆式的给料机，其缺点是不能保证将炉料充分地分布在小车上；2、梭式布料机：一般是在一部作往复运动的台车上，安设有一根运输皮带。已混合好的炉料落在运输皮带上，然后借台车的往复运动，而将炉料均匀地布在小车上，这种布料方法比前者均匀。
烧结料层的厚薄，可通过点火炉前面的括料板上下移动来调节。为了补救刮料板将小车炉篦上的混合料压紧的缺陷，有的把平口括料板改成耙齿形刮料板，用来耙松炉料以改善透气性。
炉料的点火系采用悬吊在烧结机上方靠近头部的点火炉进行，点火炉的外壳用钢板制成，内衬耐火砖，燃料可用焦炭、重油和煤气，由于煤气点火炉具有所占面积小，产生的火焰均匀，点火温度容易控制等优点，在有煤气供应的情况下，多采用煤气点火。
点燃火的炉料小车，不断地通过风箱向前移动，风箱上部边缘固定在导轨上，沿着风箱的全长分为若干室。靠烧结机头部的第一个风箱为吸风箱，其余的为鼓风箱，每个风箱都与导气管相连，每个导管上设有阀门来调节风箱的风量和压力，送入的气流与炉料作用，使炉料熔化、造渣、粘结、冷却等作用焙烧结块，同时产出炉气经单管或多管漩涡除尘后，送往收尘及制酸系统。小车连续往前移动，达到烧结机的尾部卸料端。卸料端的下面，用元钢或钢轨制成条筛，条筛上部安装一台单轨破碎机，其上方装设与收尘系统相连的烟罩，以减少烧结物翻落破碎时产生的烟尘飞扬损失以改善现场劳动条件。
烧结物料小车，借烧结机尾部半园形固定支架或星轮，依次往下翻落，自动将烧结物料倾出，空小车则借风箱下部的倾斜轨道重返烧结机头部大齿轮处，如此周而复始地作循环运动。
带式烧结机一般采用标准设计，其规格大小以风箱的有效面积（平方米），即风箱的宽度&有效长度来表示。我公司烧结机规格为45m2。
2.4.2 烧结机的正常操作及故障处理
烧结机的正常操作
烧结机正常操作包括点火操作、台车速度控制、鼓风制度和床层温度的合理控制等项内容。
（1）点火操作：点火温度和点火时间对烧结过程正常运行和烧结块的残硫及其强度影响极大。过高的点火温度或过长的点火时间会造成点火料层过早熔结使透气性变坏，并产生夹生料。相反，若点火温度过低或点火时间过短，点火层烧不透或着火不匀，也会降低焙烧速度，使部分混合料不能着火，产生夹生料，因此，鼓风烧结点火工序总的要求，是在点火料层烧透而又不熔结的前提下，使点火层具有最高温度以保证主料层均匀着火燃烧。
生产中点火采用重油烧嘴，点火温度要求800～1100℃.0号风箱负压是点火层往下燃烧的动力，一般控制在800～1000Pa。当点火料层通过点火炉以后，表面红层的厚度占整个点火料层厚度的2/3时，可认为点火效果最佳。
（2）台车速度：生产中台车速度必须与主料层厚度，垂直烧结速度相适应。当台车行进到鼓风烧结段最后一个风箱时，应完成整个烧结过程，料层烧穿。它的直观标志：
A、烧穿点位于鼓风烧结段与返烟段交接处附近。烧穿点前移或后移，都将影响烧结过程，烧穿点温度一般400～500℃。
B、至烧结结束烧结块于尾部翻落时，可看到烧结料层上部有红热层，而下部完全变黑。翻落时，撞击单轴篦条声音较清脆。
在生产过程中，一般很少将车速与料层厚度同时改变。实际烧结过程有两种操作方法：即厚料层慢车速与薄料层快车速操作法。前者的目的是使点火时间延长，又由于料层较厚，热的利用率较好，从而可提高烧结反应带的温度使焙烧及烧结效果好，有利于提高烟气二氧化硫浓度。后者是为了减少料层的阻力，使空气容易鼓入，有利于防止炉料过早结块，从而提高过程的脱硫率和改善烧结块质量。
在生产实践中，为了提高烧结机的利用率，车速应与垂直烧结速度相适应，避免烧结过早或欠烧，最简单的调节方法是根据烧穿点来调节车速。在给定料层厚度情况下，若要保持烧结机上的烧穿点为变，即在保证完全脱硫的前提下垂直烧结速度越快，车速也要加快。一般小车运行速度控制在1.2～1.5m/min。
豫光采用厚料层、慢车速操作，台车速度一般0.4～1.2m/min。这是一个复杂的技术课题，生产中应据实际条件及时调整，一般正常情况下不宜变动。
(3)垂直烧结速度
所谓垂直烧结速度， 是指烧结焙烧时间除料层厚度之商（V1=h/t）。
而烧结时间又是小车运行速度除从点火到烧穿点的有效长度之商（t=L/V），故垂直烧结速度可以从下式求出：
Vl=(h&v)/(L&1000)&&&&
v1为垂直烧结速度(mm/min)；
v为小车运行速度(mm/min)；
h为主料层厚度(mm)；
L为从点火到烧穿点的有效长度(m)
生产实践中，通常中根据炉料的透气性来选择适当的料层厚度，现根据垂直烧结速度的大小来确定小车的速度。
垂直烧结速度与炉料的物理性质、化学成分、点火温度、进风量以及情报分析成分等因素有关，其波动范围很大。反映料层垂直烧透了位置即为烧穿点（也叫烧透点），它与床层最高烧结温度相对应（一般烧穿点温度在600～800℃，仅测出料面上空温度，并非实际的料层烧穿点温度）。烧穿点位置的确定，就以烧结床层温度最高点为依据。
（4）鼓风制度
烧结过程是强氧化，需要大量的空气和返回烟气参与反应。生产实践中，实际空气的消耗量大于是理论量，要有一定过量的空气才能使料烧透。目前，标准的铅烧结的单位鼓风量约为425Nm3/t料。
最适宜的鼓风强度取决于采用哪种烧结混合料，并且要能保证炉料充分脱硫，提高烟气二氧化硫浓度和满足制酸烟气量要求。鼓风强度小时，透过料层的空气少，烧结速度减慢，同时由于料层的温度不能达到烧结温度，脱硫率也低。但是，鼓风强度的提高受到额定的风压所限制，风量大则风压增加，风压过大容易造成料层穿孔而跑风，使烧结过程变坏。另外，风压过大，小车与风箱滑动轨道之间漏风增大;加大风量，势必造成烟气量膨胀，从而降低烟气二氧化硫浓度，不利于制酸。料层厚度为330～360mm时，一般控制风箱的风压为4～5.5kPa。
（5）床层温度
床层温度是指烧结机料层中的实际温度（也称料层温度）。床层温度在烧结机的不同位置及料层的不同高度均不相同。在烧结过程中，锌和铁的硫化物容易氧化，但硫化铅的氧化则需要较高的氧势，因此，控制较高的床层温度对烧结过程的脱硫和提高烧结块强度是很必要的。
床层温度通常是难测定的，一般通过床层阻力和烟气温度来判断。床层温度高，熔融液相层厚，床层阻力相应增加。
非正常操作的控制与调整
烧结过程的判断
影响烧结过程的因素是多方面的，在生产料中中可以根据测量计仪表指示、分析化验结果和观察烧结机尾部卸料端的现象来判断烧结过程的好坏，当烧结块成块率高、粉料少或从尾部观察到烧结块垂直断面只有1/3的红层，表明小车到达最末一个风箱时，烧结过程恰好结束，进程控制良好。反之，如看到烧结块红层厚，烟尘大，或烧结块冷却过快，没什么红尘，或倒出的烧结块块度小，粉料多，都说明作业不正常。
烧穿点也是判断烧结程度正常与否的一个标志，从安装在烟罩内的热电偶测到的温度观察，烧穿点稳定或波动不大，并且烧穿点温度较高，在500～600℃以上，则表明烧结焙烧状况良好；若烧穿点温度过高或过低，烧穿点前移或后移严重，则说明烧结情况不正常。风箱内的风压是判断作业是否正常、炉料制好坏、炉床布料是否均匀的依据。若风压高，可能是烧结混合料的细颗粒太多或混合料含水分过高或过低。生产中，每隔2h取样分析一次返粉含硫，并根据返粉含硫量指导配料。
1）结块好而焙烧不好
主要特征是：烧结块强度大但残硫高。
造成原因：
①炉料本身含硫过高或因焦粉过多以致炉料熔结严重，影响脱硫不好；
②点火温度太高，造成过早烧结；
③处理含二氧化硅较多的原料时，形成大量的易熔铅，结果使烧结块强度大，脱硫不好；
④物料熔点过低，易发生过早烧结现象等。
2）焙烧好结块差
主要特征是：烧结块块度小，强度低，残硫不高。
造成原因：
①炉料中含二氧化硅少而含氧化钙多，因此碱性强，焙烧脱硫完全，但缺少粘结物，故结块差；
②点火温度太低，以致过程进行比较缓慢，氧化反应产生的温度不够，使结块不好；
③熔剂（特别是SiO2）粒度过大，造渣作用不完全，降低了结块作用。
3）烧结与焙烧都不好
主要特征是：烧结块不仅块度小，强度低而且残硫高并含有生料。
炉料含硫高，热值过剩，料层熔结；
②粒度过细，阻力大；
③漏风或风量不足；
④料层、车速等条件配合不当；
⑤料过湿，点不着火等。
4）烧结块质量好，但烧结机的单位生产率低造成原因：
①风机的运转不正常，影响烧结焙烧过程进行的速度；
②漏风严重，使透过料层的空气量少；
③小车速度和料层厚度与焙烧速度不相适应；
④配料不当，混合料含硫过高或过低等。
总之，不管出现何种情况，应首先细致地查明原因，而后采取适当措施来改善。
烧结机生产率低，造成原因是配料成分控制不当，风机运转不正常，风压太低，风量不足，影响烧结焙烧过程进行的速度，漏风严重，使透过料层的空气量少，小车速度和料层厚度与焙烧速度不相适应。
烧结烟气二氧化硫浓度低，原因是炉料配硫偏低，炉料过干或过湿，或细粒物料太多，床层阻力升高，料层没铺到料，造成跑空车，烟罩控制负压过大，鼓风量太大。
恶性烧结现象表现为烟气二氧化硫浓度低，烧穿点温度低，结块率低并夹有生料、块残硫及返粉含硫高，造成原因是由于配料事故，如主成分严重偏离控制值，点火效果不好，炉料水分过干或过湿，炉篦大面积堵塞，风量控制失调。
2.4.3烧结机的供风排气
硫化精矿的烧结焙烧是强氧化过程，需要大量空气参与反应，所需理论空气量可通过冶金计算确定。根据气流透过料层的方式可分为吸风烧结与鼓风烧结。自1955年澳大利亚皮里港炼铅厂的鼓风烧结投产后，其他厂相继将原吸风烧结焙烧改为鼓风烧结焙烧，并逐步大型化。
在生产实践中，烧结机的鼓风压力为3～6kPa，鼓风强度为15～30m3/ (m2·min)。
现代炼铅厂大都采用返烟烧结，即将烧结产出的低浓度SO2烟气返回重用，以提高烟气中SO2浓度。
烧结焙烧过程产生的二氧化硫烟气的浓度沿烧结机的长度而发生变化，皮里港炼铅厂烧结烟气的体积、二氧化硫浓度及温度沿烧结机长度的变化见图2-11。
皮里港炼铅厂采用分别抽烟气的方法利用二氧化硫（图2-11）。在烧结机上离加料端3m处的烟罩上设有Φ1.5m的排烟管，排出的烟气含二氧化硫6.5%送往生产硫酸。在烟罩的尾部序曲有Φ2.5m的排烟管，排出的烟气含二氧化硫的浓度低，经布袋收尘后排放。
美国布依克炼铅厂使用1台60m2的烧结机，采取贫烟气循环的返烟措施充分利用烟气中的二氧化硫，气体量的平衡如图2-12所示，产出的烟气总量为708 m3/min，比不返烟时减少340m3/min，所产烟气含二氧化硫5%～5.5%，全部送去制酸。
2.4.4 烧结块的冷却与破碎
从烧结机上倾倒下来的炽热烧结块不仅块度大，而且还有很高的温度。这种烧结块不但运输和储存发生困难，也不能加到鼓风炉内去，融会不利于还原，还会使鼓风炉熔炼造成“热顶”而恶化炉况。因此，热烧结块必须进行适当的破碎和冷却。我国目前的破碎方法，通常是在烧结机尾部下方，配置一台单轴破碎机（俗称狼牙棒），借助从小车翻倒焉的烧结块碰撞到它上面而达到破碎的目的。在破碎机下方两米左右配置倾斜度为350左右的钢条筛，筛条距离约50～60mm。筛上产品进烧结块料仓，运往鼓风炉熔炼。筛下产品送往冷却圆筒，经喷水冷却后，送往破碎机进行多级破碎、筛分成合格返粉，再送回配料。
生产实践中，烧结块冷却最简单的方法是在烧结小车翻倒处的料仓内喷水或在特备的喷水室冷却。喷水冷却的主要缺点是由于烧结块急冷崩裂，降低了机械强度。目前我国采用这种方法的较普遍。
现在还有采用通风冷却法和烧结机本身冷却法。通风冷却法是由许多轻便的铁箱组成一环形运输带。运输带上装有烟罩与低压通风机相连。当装有烧结机的铁箱运至烟罩下，即被吸入的冷空气所冷却。烧结机本身冷却法是适当增加烧结机长度或适当降低烧结小车运动，使炉料烧好后，继续鼓风冷却一段时间，再从烧结机尾部翻倒至料仓。同时烧结块在运输时，也是进行自然冷却的过程。
返粉一般占烧结炉料的60～80%，因此返粉制备对烧结工艺具有重大意义。返粉粒度是影响炉料透气性的主要因素之一，它不仅关系到烧结过程的稳定，也直接影响烧结块质量和烟气二氧化硫浓度的高低。
对返粉粒度破碎的要求各厂不尽相同，如皮里港厂要求小于10mm，其中-3mm的占60%；日本直岛铅厂要求小于6mm的占85%；日本契岛铅厂要求全都小于10mm，而前苏联一些铅厂要求均小于10～12mm。
为使返粉粒度均匀，避免过粉碎，通常采用辊式破碎机制备返粉。辊式破碎机的破碎比一般为3～4，为保证返粉3～6mm达60%以上，宜选择3段或4段破碎。
烧结焙烧的主要技术经济指标
１、烧结机的生产率：是指每台烧结机一昼夜所处理炉料的数量（吨），单位生产率则指每一平方米烧结机有效面积每昼夜处理炉料量（吨）；也有用烧结块的产出量来表示的。
生产实践证明，铅精矿的成份及其特性对烧结机单位生产率有决定性的影响。凡是处理含硫高的铅精矿时生产率都较低，而处量含硫低及含铅高的铅精矿时生产率较高。
2、烧结机脱硫率：是指装入炉料含硫量在烧结焙烧过程中的脱除程度。脱硫率取决于炉料的物理性质、化学成份、通过料层的气体量和分布均匀程度以及小车移动速度等，一般在60～70%的范围之内，有时也达75％。
3、脱硫单位生产率：是指烧结机床的有效面积１m2每24小时的脱硫量。
4、结块率：是指合格烧结块产量占炉料总处理量的百分比。
烧结指标计算表
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