铅精炼车间设计(design of lead refinery)

以熔炼车间产出的粗铅为原料，采用火法精炼或电解精炼，生产精铅或电铅，并富集伴生有价金属的铅冶炼厂车间设计。富集的有价金属主要有贵金属、铋和铜、锡等。

铅精炼车间设计内容主要为：工艺过程、主要设备、车间配置和技术经济指标。

简史铅火法精炼历史悠久，为世界多数铅冶炼厂采用。电解精炼自1902年在加拿大特雷尔厂(Trail plant)首次采用以来，已在中国、日本、前苏联、意大利、秘鲁等国一些铅冶炼厂设计采用。电解精炼的铅产量约占世界精炼铅总产量的20%。中国于1930年在湖南水口山矿务局铅冶炼厂采用火法精炼，生产出含铅99.99%的精铅。1955年昆明冶炼厂采用火法精炼，到1961年改为电解精炼。此后30多年来，设计新建的铅冶炼厂几乎全都采用电解精炼，并于70年代实现了电铅铸锭、阳极生产和阴极制造三条联动线，提高了机械化和自动化水平。1974年试验并采用了粗铅连续脱铜工艺。1975年开始采用周期反向电流电解工艺、短路减少、阴极结晶细密、电解品位达到99.998%。

工艺过程有火法精炼和电解精炼两种。

(1)火法精炼。是在熔融条件下，用化学或物理方法脱除粗金属中杂质的精炼方法。火法精炼铅一般有除铜，除砷锑和锡，除银，除锌和除铋五个步骤。除铜又分熔析和加硫除铜两种方法。除铜通常在精炼锅中进行，中国和澳大利亚等一些国家还采用反射炉连续脱铜，可使粗铅含铜从1%～2%降至0.03%～0.06%。除砷锑锡可用氧化精炼或碱性精炼，现代工厂大多采用后者。火法精炼能处理成分复杂的粗铅，能耗低、投资省、生产周期短，产品精铅含铅99.99%～99.996%。但过程繁复、精炼渣种类多并须单独处理分别回收。粗铅火法精炼工艺流程见图1。

图1 粗铅火法精炼工艺流程示意图

(2)电解精炼。在电解质中，以粗金属为阳极，通过直流电的作用，在阴极上析出精金属的精炼方法。粗铅电解精炼在硅氟酸溶液中进行，对脱除铜、锡无效，需先经火法初步精炼除铜、锡和调整锑量，以获取含铅高于98%、铜低于0.08%、锑0.3%～0.8%和锡低于0.01%的合格铅阳极，但对脱除铋和富集贵金属十分有效。产品电铅含铅99.994%～99.998%，铅的回收率较高。含铋高的粗铅，设计常采用电解法精炼。粗铅电解精炼工艺流程见图2。

主要设备火法精炼和电解前的火法初步精炼设备有反射炉和精炼锅。电解精炼设备为电解槽。

(1)反射炉。反射炉连续脱铜是应用熔析除铜原理，让熔池中的铅液自上而下形成一定的温度梯度，使铜及其化合物从熔池温度较低的底层析出并上浮至高温区，与硫化剂形成铜锍被除去。脱铜反射炉的特点是在铅熔池下层设有一排冷却水管，以使铅液形成温度梯度。连续脱铜反射炉的床能率为13～15t/(㎡•d)，其结构见图3。

图2 粗铅电解精炼工艺流程示意图

(2)精炼锅。用灰口铁或钢铸成，也可用钢板焊制，其规格以盛铅量或容积表示，一般精炼锅的盛铅量为30～200t，大的有250～370t。

(3)电解槽。内装电极和电解液，进行电化学反应的槽形容器。一般为长方形，用木材或钢筋混凝土做成，内衬防酸材料。电解槽数量计算式为

式中N为所需电解槽数量，个；M为年产阴极铅量，t；23.5为电解槽日平均工作小时数，h；3.865为铅的电化当量，g/(A•h)；A为年工作天数，一般为330～360d；η_i为电流效率，%；η_k为电解槽利用系数，%；一般为92%～95%；I为电流强度，A。

车间配置火法精炼车间通常紧靠熔炼车间配置，便于粗铅运送。电解精炼车间与火法初步精炼车间之间需保持适当距离，既要避免受铅蒸气和粉尘的影响，又要能方便铅阳极和残极的运输。铅电解车间厂房通常为单跨，电铅铸锭配置在车间一端，以避免铅蒸气污染整个车间。电解部分为双层厂房，上层设置电解槽等设备，下层配置进出液管道及贮液槽。地面做成2%～3%的坡度并设集液坑。电解厂房屋架、楼面、地面和墙面等均需作防腐处理，腐蚀介质是浓度低于100g/L，的硅氟酸。

技术经济指标主要技术经济指标为：

图3 脱铜反射炉断面图

1-烧嘴；2-残极锅；3-进料口；4-冷却水管；5-放铅槽