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基夫赛特炼铅过程优势区图的构建及造氧化物熔体的研究

作　者: 姚腾猛
导　师: 谭军
学　校: 中南大学
专　业: 冶金工程
关键词: Kivcet炼铅 Pb-S-O体系 Zn-S-O体系热力学计算拓扑规则优势区图氧化物熔体
分类号: TF812
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

摘要：铅精矿搭配处理浸锌渣的基夫赛特(Kivcet)炼铅工艺是一种清洁高效处理浸锌渣的直接炼铅方法。研究Kivcet过程的热力学并建立相应的优势区图,具有一定的理论意义和应用价值。本文构建了Kivcet炼铅过程多元多相复杂体系的优势区图,建立了氧位-硫位控制有价金属分离的基本理论；通过模拟Kivcet工艺的氧化过程,研究了一系列工艺条件对造铅氧化物熔体的影响,为碳还原生成金属铅提供了技术支持。基于冶金热力学的基本原理,采用相律分析的方法,借助数学的拓扑思想,分别构建了不同温度下的Pb-S-O体系和Zn-S-O体系的a型和β型平面拓扑图。热力学分析表明：α型平面拓扑图中Pb、PbS、PbO和PbSO4的存在区域在热力学上不稳定,β型平面拓扑图符合传统的Me-S-0体系优势区图；Kivcet炼铅工艺在高氧位、高硫位条件下直接生成粗金属铅,其遵循的是不稳定性α型平面拓扑图所代表的热力学过程,即控制高氧位和高硫位,是实现搭配处理浸锌渣直接炼铅的关键技术之一。α型Zn-S-O体系平面拓扑图符合传统的Me-S-0体系优势区图,β型平面拓扑图在热力学上不稳定。通过建立模拟Kivcet工艺的实验装置,研究了浸锌渣搭配量、气氛含氧量、反应温度及恒温时间对造氧化物熔体的影响；采用XRF和XRD方法分析了产物的化学成分和物相。结果表明：浸锌渣搭配量为0%或60%,反应温度为1200、1300或1400℃,恒温时间为30或60min,气氛含氧量为95%(工业纯氧)或30%,均能得到以Pb为主并含Fe、 Zn、Si、Ca、Cu等元素的氧化物熔体。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-24
  1.1 铅的火法冶金  11-15
    1.1.1 烧结焙烧-鼓风炉还原熔炼法  11-12
    1.1.2 基夫赛特直接炼铅法  12-13
    1.1.3 氧气底吹直接炼铅法  13-14
    1.1.4 顶吹浸没熔炼直接炼铅法  14-15
    1.1.5 卡尔多转炉直接炼铅法  15
  1.2 浸锌渣的处理方法  15-17
    1.2.1 浸锌渣的回转窑烟化挥发  15-16
    1.2.2 浸锌渣的烟化炉挥发  16
    1.2.3 锌浸出渣送铅熔炼处理  16-17
  1.3 火法冶金优势区图  17-20
    1.3.1 Me-S-O系优势区图  17-19
    1.3.2 优势区图稳定的热力学条件  19
    1.3.3 铅熔炼优势区图  19-20
  1.4 冶金熔体  20-23
    1.4.1 金属熔体  21
    1.4.2 冶金熔盐  21
    1.4.3 冶金熔锍  21-22
    1.4.4 冶金熔渣  22-23
  1.5 本课题的选题意义和研究内容  23-24
    1.5.1 选题意义  23
    1.5.2 研究内容  23-24
2 铅(锌)-硫-氧体系优势区图的构建与应用  24-38
  2.1 相律与拓扑分析  24-26
  2.2 铅-硫-氧体系热力学计算  26-28
    2.2.1 铅-硫-氧体系四凝聚相共存  26
    2.2.2 铅-硫-氧体系三凝聚相共存  26-28
  2.3 铅-硫-氧体系平面拓扑图的绘制  28-30
  2.4 铅-硫-氧体系拓扑图与优势区图的关系及应用  30-32
  2.5 锌-硫-氧体系热力学计算  32-33
    2.5.1 锌-硫-氧体系四凝聚相共存  32
    2.5.2 锌-硫-氧体系三凝聚相共存  32-33
  2.6 锌-硫-氧体系平面拓扑图的绘制  33-35
  2.7 锌-硫-氧体系拓扑图与优势区图的关系及应用  35
  2.8 立体优势区图的绘制  35-37
    2.8.1 铅-硫-氧体系立体优势区图  35-36
    2.8.2 锌-硫-氧体系立体优势区图  36-37
  2.9 本章小结  37-38
3 基夫赛特工艺造铅氧化物熔体模拟实验  38-46
  3.1 实验原料  38-41
    3.1.1 原料分析  38-40
    3.1.2 混合料配制  40
    3.1.3 其他试剂  40-41
  3.2 实验方法及主要设备  41-44
    3.2.1 进样器  42
    3.2.2 冷却水套  42-43
    3.2.3 石英坩埚及垫板  43
    3.2.4 电炉温度矫正曲线  43-44
  3.3 化学组成及结构表征  44
    3.3.1 X射线荧光光谱分析  44
    3.3.2 晶相分析  44
  3.4 本章小结  44-46
4 实验结果及分析  46-60
  4.1 浸锌渣搭配量的影响  46-47
  4.2 反应温度的影响  47-52
    4.2.1 实验结果  48-49
    4.2.2 温度影响反应的热力学分析  49-51
    4.2.3 硫化铅与硫酸铅反应的热力学分析  51-52
  4.3 恒温时间的影响  52-55
    4.3.1 实验结果  52-53
    4.3.2 硫化铅氧化过程的动力学分析  53-55
  4.4 反应气氛的影响  55-58
    4.4.1 实验结果  55-56
    4.4.2 铅及其化合物蒸汽压与温度的关系  56-57
    4.4.3 气氛影响氧化铅稳定性的热力学分析  57-58
  4.5 本章小结  58-60
5 结论  60-62
参考文献  62-66
攻读学位期间主要的研究成果目录  66-67
致谢  67

基夫赛特炼铅过程优势区图的构建及造氧化物熔体的研究

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