年产5万吨铅精炼车间设计论文

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年产5万吨铅精炼车间设计 说明书

摘 要

本设计为年产5万吨铅精炼车间改造设计，包括火法精炼，电解精炼，最终精炼三个部分。其中火法部分设计包括精练锅，阳极铸板排板机的设计设备布置。电解精练部分包括电解槽尺寸设计，阴极板制造设备设计和辅助设备选择，并且进行车间布局设计。最终精练部分设计包括氧化锅设计和精铅锭铸造设备设计。主要计算为铅电解精炼冶金计算，其包括：除铜、铜浮渣处理、电解精炼；以及主体设备尺寸计算和辅助设备选型。本设计根据铅精练工艺流程设计，从右到左分别为火法工段，电解工段和最终精练工段。其中火法车间主体1层，局部2层，车间长度为38m，宽度为20m。电解车间长度194m，宽度34m，主体1层，局部2层。最终精练工段设阴极板压板机，压板机连接一个氧化锅，位于2层，另外2口氧化锅也位于2层。

关键词：火法精炼；电解精炼 ；车间配置；车间设计

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ABSTRACT

The design for the annual production of 50 thousand tons of lead refining plant transformation, including three part,fire refining, electrolytic refining,and final refining. Among them, the fire method is designed to include the scouring pot, and the layout of the design equipment of the anode plate. The electrolytic refining part includes the size design of the electrolytic cell, the design of the cathode plate manufacturing equipment and the selection of the auxiliary equipment, and the layout design of the workshop. The final part of the design including the design of pot scouring oxidation and fine ingot casting equipment design.The main calculation, for the metallurgical electrolytic lead refining includes removing copper and copper dross processing, electrolytic refining; and the main equipment and auxiliary equipment selection size and calculation.According to the design of lead scouring process design, from right to left for the fire section, section and final section refining electrolysis. The fire law workshop main body 1, partial 2, workshop length is 38m, width of 20m The electrolysis workshop length 194m, width 34m, main body 1, partial 2. Final refining section cathode plate pressing machine, pressing machine is connected with an oxidizing kettle, located on the second floor, also 2 oxidation pot also located in layer 2.

Keywords:Fire refining , Electrolytic refining, Workshop configuration, Design of workshop

目 录

1 引 言.................................................................................................................. 1

1.1 铅的概况................................................................................................. 1 1.2铅的冶炼.................................................................................................. 2 1.3铅的精炼………………………………………………………………..2 1.4本设计的任务及内容………………………………………….…….…2 2 工艺流程的确定................................................................................................ 4

2.1铅火法精炼工艺流程的确定.................................................................. 4 2.2铅电解精炼工艺流程的确定…………………………….......…….…..8 2.3最终精炼................................................................................................12 2.4 主要经济指标....................................................................................... 12 3 冶金计算.......................................................................................................... 15

3.1 计算基础及假定条件…...……………………………………............15 3.2 除铜....................................................................................................... 16

3.2.1铜浮渣含量................................................................................. 16 3.2.2铜浮渣成分................................................................................. 17 3.2.2铜浮渣物料平衡表..................................................................... 18 3.3 铜浮渣处理 ........................................................................................... 20

3.3.1配料比.........................................................................................20 3.3.2底吹炉粗铅.................................................................................21 3.3.3铜锍.............................................................................................21 3.3.4烟尘.............................................................................................21 3.3.5炉渣.............................................................................................22 3.3.6铜浮渣物料平衡表.....................................................................22 3.4 电解精炼............................................................................................... 24 3.4.1阳极泥量及成分....................................................................... 24 3.4.2电解精炼物料平衡表............................................................... 25 4 主体设备设计.................................................................................................. 26

4.1火法精炼工段....................................................................................... 26

4.1.1精炼锅....................................................................................... 26

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4.1.2阳极浇铸设备………………………………………………….26

4.2电解精炼工段 ............................................................................................... 26

4.2.1电解槽的结构和材质 ............................................................... 26 4.2.2电解槽尺寸计算.........................................................................26 4.2.3导电板.........................................................................................29

4.3最终精炼........................................................................................................29

4.3.1阴极精炼锅 ............................................................................... 29 4.3.2浇注设备 ................................................................................... 29

5辅助设备选型 ................................................................................................... 30

5.1火法精炼工段 ........................................................................................ 30

5.1.1桥式起重机（行车） ............................................................... 30 5.1.2搅拌机.........................................................................................30 5.1.3铅泵.............................................................................................30 5.1.4捞渣设备.....................................................................................30 5.2电解精炼工段........................................................................................31

5.2.1电解液高位槽 ........................................................................... 31 5.2.2电解液集液槽 ........................................................................... 31 5.2.3电解液循环泵 ........................................................................... 31 5.2.4残极洗槽 ................................................................................... 31 5.2.5残极洗刷机 ............................................................................... 32 5.2.6阳极泥的过滤与洗涤设备 ....................................................... 32 5.3最终精炼 ............................................................................................. 32

5.3.1始极片制造设备选型 ............................................................... 32 5.3.2阴极光棒机.................................................................................33 5.4其他辅助设备.....................................................................................33 5.4.1抽风设备.....................................................................................33 5.4.2通风设备.....................................................................................33 5.4.3运输设备.....................................................................................33

6车间配置 ........................................................................................................... 36

6.1工程概况 ................................................................................................ 36

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6.2 火法车间配置 ....................................................................................... 36 6.3 电解车间配置 ....................................................................................... 36 参考文献 .............................................................................................................. 38 致 谢 .................................................................................................................. 39

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1 引 言

1.1 铅的概况

1.1.1 铅的性质

铅的化学符号是Pb，相对原子量207.2，原子序数是82。铅是所有稳定的化学元素中原子序数最高的。铅为银白色重金属，有毒性，是一种有延伸性的主族金属。熔点327.5℃，沸点1740℃，密度11.34g/cm3，莫氏硬度1.5，质地柔软。

铅在地壳中的含量为0.0016%，矿石主要是方铅矿。金属铅在空气中受到氧气、水和二氧化碳的作用，其表面会很快氧化生并成保护薄膜；在加热条件下，铅能很快与氧、硫、卤素化合；铅与冷盐酸、冷硫酸几乎不反应，能与热或浓盐酸、硫酸反应；铅可以与稀硝酸反应，但与浓硝酸不反应；铅能缓慢的溶于强碱性溶液。[1]

1.1.2铅的用途

铅主要用于制造铅蓄电池；铅合金可用于铸造铅字，也用于做钓鱼用的铅坠；铅还用来制造防辐射、防射线的防护设备；铅及其化合物对人有毒，可在人体器官和骨髓内积累以致使人中毒。铅还可以用作建筑材料，用作枪弹和炮弹，一些合金中也含有一定量的铅。铅与锑的合金熔点底，可用于制造保险丝。

1.1.3炼铅的原料

炼铅的原料主要是铅锌矿，按矿石中有用组分不同，可分为铅矿石、锌矿石、铅锌矿石等。按矿石结构不同，可分为浸染状矿石、致密块状矿石、角砾状矿石、条带状矿石、细脉浸染状矿石等。

在地壳里面已发现的铅锌矿物约有250多种，其中1/3是硫化物和硫酸盐类。方铅矿、闪锌矿是炼铅的主要工业矿物原料。

1.1.4我国的铅消费结构

我国铅产品消费主要集中在蓄电池和钓鱼领域，2014年我国铅酸蓄电池耗铅所占铅消费总量的比例在75％左右，钓鱼用品耗铅约15%，其次是氧化铅材料、铅合金及铅材，所占比例分别是10％和6％。

目前，铅电瓶最终消费领域主要集中在三方面：汽车，电动车电瓶和铅电瓶蓄电池的出口。2014年，上述三方面所占蓄电池耗铅量的比例分别达到了26％、22％和18％。

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1.2铅的冶炼

目前主要采用直接熔炼法。直接熔炼的定义是采用工业氧气或富氧空气，通过底吹炉和还原炉的强化冶炼，利用氧化反应放热，并加上燃烧少量燃料的热量，产出粗铅和富铅渣。[2]

铅的直接炼方法主要有闪速熔炼（如基夫赛特法）、熔池熔炼（如QSL法、奥斯麦特法、艾萨法）等。氧化熔炼产生的高铅渣，是必须还原回收铅的，用粉煤、碎焦作还原剂，在还原炉内完成高铅渣的还原。 1.3铅的精炼

粗铅精炼有火法和电解两种方法。粗铅需要经过精炼才能被广泛使用。精炼的目的，一个是除去各种杂质；另外还可以回收贵金属，尤其是金和银。

1.3.1粗铅的火法精炼

火法精炼的优点在于设备简单、投资少、占地面积小，并可以根据粗铅成分和市场需求采用不同的工序，产出多种牌号的精铅。火法精炼的缺点是铅直收率较低，劳动条件差，工序繁杂，需要处理大量的中间产品。目前，世界上有70％粗铅靠火法精炼生产，而电解精炼多在中国、加拿大以及日本等国家采用。

1.3.2粗铅的电解精炼

铅的电解精炼是把阴极铅压制成双层的薄极片作阴极，以经过简单火法精炼的粗铅浇筑成阳极，装入硅氟酸和硅氟酸铅水溶液组成的电解液内，在电解槽内进行电解生产的过程。利用阳极中不同元素的阳极溶解程度或在阴极析出难易程度的差异来提纯金属是电解精炼的基础，它的基本原理是以电化学理论为基础。

[2]

1.4本设计的任务及内容

1.4.1 设计任务

本设计是年产5万吨的铅火法和电解精炼的一体化车间造设计，拟用先进的技术和尽可能低的成本，找到一个可行的铅精炼车间方案。车间有火法精炼工段、电解精炼和最终精炼3个工段。通过计算和合理的规划对车间进行改造设计，主要包括铅火法精炼设备的尺寸设计，布置设计，电解精炼设备尺寸设计，平面布置设计，最终精练设备的尺寸和布局设计。车间整体平面布置设计以及辅助设备选型和布置。

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1.4.2设计内容

主要设计包括工艺流程的选择与论证；按冶炼过程各阶段编制物料平衡表，铅火法和电解精炼冶金计算，包括：主要设备的尺寸计算，辅助设备的选型，铅除铜冶金计算，铜浮渣处理计算，铅电解精炼计算。精炼车间设计包括车间布局设计，设备连接设计，主体设备设计和辅助设备选型。

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2 工艺流程的确定

2.1铅火法精炼工艺流程的确定

生产的粗铅中一般含有1～4%的杂质成份，如Ag、Au、Cu、Bi、As、Fe、Sn、Ti、S等。

粗铅需经过精炼才能被广泛使用。精炼目的：一是除去杂质，铅中的杂志会严重影响铅的性能，使铅硬度增加，柔软性降低，对某些酸碱的抗蚀性能减弱，影响其工业应用。用这样的粗铅去制造铅白、铅丹时，也不能得到纯净的产品，因而降低了铅的使用价值。所以，要通过精炼，提高铅的纯度。二是回收贵金属，尤其是金和银。粗铅中所含贵金属价值有时会超过铅的价值，在电解过程中金银等贵金属富集于阳极泥中。[2]

2.1.1火法精炼的基本原理 1 、熔析除铜

根据铜在铅液中的溶解度随着温度的下降而下降，当铅液冷却时，其中的铜便形成固体结晶析出，由于铜的密度较铅小，因而浮到铅液表面，以铜浮渣的形式除去，这是熔析除铜的基本原理。又铜在铅液中的溶解度随着温度的变化而变化，当温度下降时，液体合金中的含铜量相应地减少，当温度降至共晶点(326℃)时， 铜在铅中的含量为0.06%，这是熔析除铜的理论极限。[3]

在熔析过程中，几乎所有的铁、硫，都可以被出去，而难熔的镍、钴、铜、铁的砷化物及锑化物都被除去；同时其中的一部分贵金属也进入熔析渣。

熔析除铜有两种方法：分别是加热熔析法和冷却熔析法。二者熔析原理基本相同，前者是将粗铅锭熔析锅内加热熔化，使铅与杂质分离；后者是底吹炉放出的铅水送到熔析设备，然后通过降低温度杂质从分凝出铅水中的杂质。

2、加硫除铜

粗铅经熔析脱铜后，一般含铜仍在0.1%左右， 不能满足电解要求，需再进行加硫除铜。在熔融粗铅中加入元素硫时，首先形成PbS，其反应如下：

2[Pb]+ 2S=2[PbS]

由于铜对硫的亲和力大于铅对硫的亲和力，所以硫化铅中的铅和铜发生置换反应：

[PbS]+2[Cu]=[Pb]+Cu2S，铅比Cu2S的比重大，且在作业温度下不溶于液态

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铅，因此，形成的固体硫化渣浮在铅液面上。最后要求铅液中残留的铜为0.001～0.002%。

加硫除铜的硫化剂一般使用硫磺。加入量按形成Cu2S时所需的硫计算，并过量18～30%。加硫作业温度对除铜程度影响很大，铅液温度越低，除铜进行得越完全，一般工厂都是选择在330～340℃。加完硫磺后， 应迅速将铅液温度升至450～480℃，大约搅拌40分钟以后，看到硫磺渣变得疏松，呈棕黑色时，表示反应到达终点，则停止搅拌进行捞渣，此种浮渣由于含铜低，只约2～3%，而铅高达95%，因此要返回熔析过程。加硫除铜后铅含铜可降至0.001～0.002%，送去下一步电解精炼。

3除砷、锑、锡

除铜后的粗铅还含有Sn、As、Sb、Bi、Ag、Au等各种各样的杂质。在火法精炼中，这些杂质将分别被除去，首先除的是砷、锑、锡。粗铅精炼除砷、锑、锡的基本原理相同，并且可在一个过程中完成。

4加锌提银

目前，铅的提银精炼普通采用加锌法。一般而言，是间断地在精炼锅中进行加锌除银操作程序。作业流程包括加含银铅、加入返料贫银锌壳、加温、搅拌、降温和捞渣等。其中加锌反应仅15～30min。作业周期主要取决于升温和降温速率。降温速率为10～12℃/h，每锅需15～20h。富银锌壳的产率为粗铅的1.5%～2.0%,其成分（%）为：6～11Ag, 0.01～ 0.02Au, 25～30Zn, 60～70Pb。

除银后的铅含Ag3～10g/t，Au微量，Zn0.6%～0.7%。对于含银为1～2kg/t的粗铅，除银耗锌量为8～15kg/t铅。

2.1.2火法精炼工艺选择 1、电解前除铜

本设计采用融析除铜法，主要设备是除铜锅。硫化脱铜锅由圆柱形锅台、燃

烧室、排烟道，GSQ—200高速调温燃气烧嘴、120t锅体、砌体、壳体组成铅锅。 除铜锅锅体形状: 上部为圆柱形，底部为浅碟形。材质采用Q235—A型钢。砌体由一级粘土砖、高强轻质砖、粘土质耐火浇注料和耐火陶瓷纤维毡组成。壳体由δ=10mm的钢板(Q235—A)制作而成 。锅座由铸铁(δ=30mm)制作而成。[2]

如图：

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6、熔析除铜铅含铜为0.12%，硫磺单耗取0.6kg/t阳极铅，加硫时20%被空气氧化。

7、底吹炉还原熔炼的烟尘率取2.5%，熔炼时钠的分配如下（%）：

表3-4熔炼时钠的分配表

铜锍 炉渣 烟尘 损失 60 37 37 10

8、电解铅阳极残极率取40%。 3.2 除铜

3.2.1铜浮渣含量

设除铜时产出铜浮渣x千克。 1、最终精炼时产生的氧化渣：

96.85?0.99?0.01 0.85?1.128kg

Pb:1.128×0.85=0.9588kg

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2、底吹炉产出粗铅量

（0.7x?0.9588）?0.955?0.69275x?0.9896kg

0.965 Cu：0.00416x+0.00594kg 3、新阳极量

（96.8?50.95）8?80.995?98.80kg0.985Cu9 8.8?0.00?065.87kg

98.80残极量??0.4?65.87kg（1-0.）4 4、阳极总重量=98.8+65.87=164.67kg 铜浮渣重量：x? 得x=7.341kg。 3.2.2铜浮渣成分 Pb 7.341×0.7=5.0387kg Cu 7.341×0.15=1.1011kg Sb 0.470×0.2=0.0940kg As 0.0.957×0.7=0.5699kg Bi 0.074×0.05=0.0037kg Zn 0.003×0.5=0.0015kg Fe 0.052×0.9=0.0468kg S 0.36?0.6?0.95?98.80?0.8?0.4050kg 10001.16?0.00416x?0.00594?0.09528

0.15Ag 7.341×0.7×0.7×0.0017=0.0061kg

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本毕业论文 (设计) 表3-5铜浮渣的成分表

成分 Pb Cu Sb As Bi Fe 重量kg 5.0387 1.1011 0.0940 0.5699 0.0037 0.0468 % 70 15 1.01 7.44 0.05 0.50 续表

成分 Zn S Ag 其他 合计 重量kg 0.0015 0.0450 0.0061 0.0722 7.341

% 0.02 5.1 0.08 0.8 100

3.2.3铜浮渣物料平衡表

表3-6铜浮渣物料平衡表

Pb Cu 物料 数量kg % kg % kg 加入 熔炼粗铅 100 96.85 96.85 1.16 1.16 底吹炉粗铅 6.18 96.5 5.9 0.6 0.03 硫磺 0.06 98.5 残极 65.87 合计 102.75 1.19 产出 新阳极 98.8 98.5 97.32 0.06 0.06 铜浮渣 7.34 70 5.03 15 1.1 重铸阳极 损失 0.25 合计 102.6 1.16

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续表

物料 加入 熔炼粗铅 硫磺 残极 合计 产出 新阳极 铜浮渣 重铸阳极 损失 合计 物料 加入 熔炼粗铅 硫磺 残极 合计 产出 新阳极 铜浮渣 重铸阳极 损失 合计 98.8 7.34 65.87 100 0.06 65.87 0.07 0.05 0.01 0.083 0.07 0.0037 0.5 0.046 0.005 0.049 底吹炉粗铅 6.18 98.8 7.34 65.87 数量kg 0.074 0.074 0.074 0.052 0.052 0.052 100 0.06 65.87 0.47 1.01 % 0.01 0.574 kg 0.47 0.094 0.96 7.44 % 0.97 0.57 0.01 1.55 kg 底吹炉粗铅 6.18 数量kg 0.14 0.64 0.51 0.47 0.04 0.957 2.25 0.957 0.17 1.127 Sb % kg As % kg Bi Fe 19

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续表

物料 加入 熔炼粗铅 硫磺 残极 合计 产出 新阳极 铜浮渣 重铸阳极 损失 合计 物料 加入 熔炼粗铅 硫磺 残极 合计 产出 新阳极 铜浮渣 重铸阳极 损失 合计 100 0.06 65.87 98.8 7.34 68.87 0.17 0.08 0.17 0.006 0.176 0.023 0.8 0.023 0.072 100 0.06 65.87 98.8 7.34 65.87 数量kg 0.17 0.006 0.17 0.005 0.175 0.153 0.153 微量 0.156 0.02 % 0.0015 0.015 0.0165 kg 5.1 % 0.4 0.012 0.052 kg 数量kg 0.003 0.003 0.003 0.36 0.36 0.36 Zn % kg S % kg 底吹炉粗铅 6.18 Ag 其他 底吹炉粗铅 6.18

3.3 铜浮渣处理

3.3.1配料比

铜浮渣处理采用底吹炉纯碱-铁屑还原熔炼法，炉料配比如下：

表3-7炉料配比

浮渣 100 纯碱 8 铁屑 6 焦粉 2 氧化渣 18 合计 134

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