真空蒸馏从脆硫铅锑矿分离硫化铅和硫化锑的实验研究
发布时间：2020-10-23 09:11
针对脆硫铅锑矿火法冶炼得到铅锑合金后,铅锑的物理化学性质相近,难以彻底分离,且现行工艺复杂,成本高,污染严重等问题,昆明理工大学真空国家工程实验室提出了真空分解-分级冷凝法处理脆硫铅锑矿,该工艺直接以PbS和Sb_2S_3的形式分离了铅与锑,以期得到硫化铅、硫化锑产品,给脆硫铅锑矿的高效利用提供了一种参考。但该方法还存在反应温度过高(1473K)、分离出的硫化铅硫化锑纯度不够等问题。为此,本文提出了真空热分解-真空蒸馏的方法从脆硫铅锑矿分离硫化铅和硫化锑,以期降低处理温度,提高分离产物纯度。具体研究内容及进展如下:(1)TG-DSC热分析表明,FePb_4Sb_6S_(14)的热分解温度为859K。常压热分解实验表明,常压下,FePb_4Sb_6S_(14)直到1273K都不能彻底分解,Pb_2Sb_2S_5为主要的中间物相。真空热分解实验表明,10Pa下,FePb_4Sb_6S_(14)在823K开始分解,973K彻底分解为PbS、Sb_2S_3、FeS。(2)对Sb_2S_3、FeS、ZnS进行了热力学理论计算,对PbS的热分解进行了理论计算和实验研究。结果表明:10Pa下,在823~1123K下,Sb_2S_3化锑只会发生挥发,ZnS在低于1273K不会发生反应,FeS低于1809K不会发生反应;PbS温度高于996K后升华,气态硫化铅可发生分解。实验研究证明了气态硫化铅可发生分解,但通过扩大挥发面积可使其快速冷却而抑制分解。(3)以脆硫铅锑精矿为原料,开展真空蒸馏研究,结果发现:10Pa下,通过973K保温60min和1123K保温60min两步蒸馏处理,锑的直收率为99%,残留的锑含量少于1%,硫化锑纯度达96%,铅的直收率达99.5%,残留的铅低于0.6%,硫化铅纯度达98%。研究结果表明,真空热分解-二步蒸馏处理脆硫铅锑矿比真空热分解-分级冷凝法温度降低了350K,且硫化铅、硫化锑纯度也由93%,94%提升至98%、96%。
【学位单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TF812;TF818
【部分图文】：
第一章绪论3图1.1FePb4Sb6S14晶体结构图Fig1.1Crystalstructureofjamesonite图1.2脆硫铅锑矿实物图Fig.1.2Photoofjamesonite1.3脆硫铅锑矿的处理工艺1.3.1脆硫铅锑矿的火法处理脆硫铅锑矿的火法冶炼遵循“精矿-铅锑粗合金-金属锑”的技术路线，方法有烧结-鼓风炉熔炼-吹炼法[10-11]、还原造硫熔炼法[12-13]和旋涡炉熔炼法[14]。1.烧结-鼓风炉熔炼-吹炼法以北京矿冶研究总院徐又元教授为主研究提出的“烧结-鼓风炉熔炼-吹炼法”是目前处理脆硫铅锑矿的主要方法[15]。这种方法的处理流程如图所示。首先采用沸腾焙烧使脆硫铅锑矿脱硫，焙砂经配料（拌以还原煤、纯碱和石灰）后在反射炉内还原熔炼，得到铅锑合金，然后采用两次吹炼，分离铅锑，获得铅含量低于0.3%的氧化锑，经脱砷后熔炼和精炼后可以产生产品锑。铅锑第一次吹炼是根据铅锑对氧的亲和力不同，以及氧化锑与氧化铅同一温度饱和蒸气压的差别，在1073K下向合金熔体表明鼓入空气，锑对氧亲和力大，优先氧化挥发，得到氧化锑，剩余的高铅合金送铅电解，生产电铅。一次吹炼得到的锑氧含铅3.03~4.08%，需配料后再送反射炉还原熔炼，产出含锑83%以上的高锑合金，再将高锑合金在873~973K温度范围二次吹炼，得到含铅量合格（小于0.3%）的锑氧。
第一章绪论3图1.1FePb4Sb6S14晶体结构图Fig1.1Crystalstructureofjamesonite图1.2脆硫铅锑矿实物图Fig.1.2Photoofjamesonite1.3脆硫铅锑矿的处理工艺1.3.1脆硫铅锑矿的火法处理脆硫铅锑矿的火法冶炼遵循“精矿-铅锑粗合金-金属锑”的技术路线，方法有烧结-鼓风炉熔炼-吹炼法[10-11]、还原造硫熔炼法[12-13]和旋涡炉熔炼法[14]。1.烧结-鼓风炉熔炼-吹炼法以北京矿冶研究总院徐又元教授为主研究提出的“烧结-鼓风炉熔炼-吹炼法”是目前处理脆硫铅锑矿的主要方法[15]。这种方法的处理流程如图所示。首先采用沸腾焙烧使脆硫铅锑矿脱硫，焙砂经配料（拌以还原煤、纯碱和石灰）后在反射炉内还原熔炼，得到铅锑合金，然后采用两次吹炼，分离铅锑，获得铅含量低于0.3%的氧化锑，经脱砷后熔炼和精炼后可以产生产品锑。铅锑第一次吹炼是根据铅锑对氧的亲和力不同，以及氧化锑与氧化铅同一温度饱和蒸气压的差别，在1073K下向合金熔体表明鼓入空气，锑对氧亲和力大，优先氧化挥发，得到氧化锑，剩余的高铅合金送铅电解，生产电铅。一次吹炼得到的锑氧含铅3.03~4.08%，需配料后再送反射炉还原熔炼，产出含锑83%以上的高锑合金，再将高锑合金在873~973K温度范围二次吹炼，得到含铅量合格（小于0.3%）的锑氧。
昆明理工大学硕士学位论文161.处理温度过高的问题。真空分解-冷凝法处理脆硫铅锑矿需要使PbS和Sb2S3全部挥发进入气相，而后冷凝分离，这就要求有较高的温度（50Pa，1473~1573K），从而能耗也较高。2.产品纯度不足的问题。相同压力条件下PbS和Sb2S3冷凝温度差异不大，（50Pa下仅为80K），这导致PbS和Sb2S3分离不彻底，得到的Sb2S3纯度为94%,PbS为93%，只能用作冶炼铅锑的原料。另外，高温下PbS可能发生分解，降低PbS纯度。因此，本文提出了真空分解-两步蒸馏法处理脆硫铅锑矿，即使FePb4Sb6S14在较低的温度下分解得到Sb2S3、PbS、FeS，然后利用PbS、Sb2S3易挥发且饱和蒸汽压存在较大差异，通过真空蒸馏，分离出Sb2S3，之后改变温度条件蒸馏出PbS。真空蒸馏其工艺流程如图1.9所示。图1.9二步蒸馏法处理脆硫铅锑矿工艺图Fig.1.9ProcessFlowchartofSmeltingJamesonitebyTwo-stepVacuumDistillation该工艺充分利用了真空环境物质易分解、挥发、环境友好等优势，实验温度远低于分级冷凝法，从而能够避免硫化铅热分解，且硫化锑与硫化铅饱和蒸气压存在较大差异，因此能进一步提高分离出的硫化铅和硫化锑的纯度，从而得到制备高纯硫化铅、硫化锑的原料。论文的主要研究内容如下：1.铅锑铁等简单金属硫化物真空条件下稳定性的热力学分析，明确从脆硫铅锑矿分离出PbS和Sb2S3的基本条件。2.PbS真空热分解的实验研究，确定PbS分解所需的基本条件。
【参考文献】
本文编号：2852835
【学位单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TF812;TF818
【部分图文】：
第一章绪论3图1.1FePb4Sb6S14晶体结构图Fig1.1Crystalstructureofjamesonite图1.2脆硫铅锑矿实物图Fig.1.2Photoofjamesonite1.3脆硫铅锑矿的处理工艺1.3.1脆硫铅锑矿的火法处理脆硫铅锑矿的火法冶炼遵循“精矿-铅锑粗合金-金属锑”的技术路线，方法有烧结-鼓风炉熔炼-吹炼法[10-11]、还原造硫熔炼法[12-13]和旋涡炉熔炼法[14]。1.烧结-鼓风炉熔炼-吹炼法以北京矿冶研究总院徐又元教授为主研究提出的“烧结-鼓风炉熔炼-吹炼法”是目前处理脆硫铅锑矿的主要方法[15]。这种方法的处理流程如图所示。首先采用沸腾焙烧使脆硫铅锑矿脱硫，焙砂经配料（拌以还原煤、纯碱和石灰）后在反射炉内还原熔炼，得到铅锑合金，然后采用两次吹炼，分离铅锑，获得铅含量低于0.3%的氧化锑，经脱砷后熔炼和精炼后可以产生产品锑。铅锑第一次吹炼是根据铅锑对氧的亲和力不同，以及氧化锑与氧化铅同一温度饱和蒸气压的差别，在1073K下向合金熔体表明鼓入空气，锑对氧亲和力大，优先氧化挥发，得到氧化锑，剩余的高铅合金送铅电解，生产电铅。一次吹炼得到的锑氧含铅3.03~4.08%，需配料后再送反射炉还原熔炼，产出含锑83%以上的高锑合金，再将高锑合金在873~973K温度范围二次吹炼，得到含铅量合格（小于0.3%）的锑氧。
第一章绪论3图1.1FePb4Sb6S14晶体结构图Fig1.1Crystalstructureofjamesonite图1.2脆硫铅锑矿实物图Fig.1.2Photoofjamesonite1.3脆硫铅锑矿的处理工艺1.3.1脆硫铅锑矿的火法处理脆硫铅锑矿的火法冶炼遵循“精矿-铅锑粗合金-金属锑”的技术路线，方法有烧结-鼓风炉熔炼-吹炼法[10-11]、还原造硫熔炼法[12-13]和旋涡炉熔炼法[14]。1.烧结-鼓风炉熔炼-吹炼法以北京矿冶研究总院徐又元教授为主研究提出的“烧结-鼓风炉熔炼-吹炼法”是目前处理脆硫铅锑矿的主要方法[15]。这种方法的处理流程如图所示。首先采用沸腾焙烧使脆硫铅锑矿脱硫，焙砂经配料（拌以还原煤、纯碱和石灰）后在反射炉内还原熔炼，得到铅锑合金，然后采用两次吹炼，分离铅锑，获得铅含量低于0.3%的氧化锑，经脱砷后熔炼和精炼后可以产生产品锑。铅锑第一次吹炼是根据铅锑对氧的亲和力不同，以及氧化锑与氧化铅同一温度饱和蒸气压的差别，在1073K下向合金熔体表明鼓入空气，锑对氧亲和力大，优先氧化挥发，得到氧化锑，剩余的高铅合金送铅电解，生产电铅。一次吹炼得到的锑氧含铅3.03~4.08%，需配料后再送反射炉还原熔炼，产出含锑83%以上的高锑合金，再将高锑合金在873~973K温度范围二次吹炼，得到含铅量合格（小于0.3%）的锑氧。
昆明理工大学硕士学位论文161.处理温度过高的问题。真空分解-冷凝法处理脆硫铅锑矿需要使PbS和Sb2S3全部挥发进入气相，而后冷凝分离，这就要求有较高的温度（50Pa，1473~1573K），从而能耗也较高。2.产品纯度不足的问题。相同压力条件下PbS和Sb2S3冷凝温度差异不大，（50Pa下仅为80K），这导致PbS和Sb2S3分离不彻底，得到的Sb2S3纯度为94%,PbS为93%，只能用作冶炼铅锑的原料。另外，高温下PbS可能发生分解，降低PbS纯度。因此，本文提出了真空分解-两步蒸馏法处理脆硫铅锑矿，即使FePb4Sb6S14在较低的温度下分解得到Sb2S3、PbS、FeS，然后利用PbS、Sb2S3易挥发且饱和蒸汽压存在较大差异，通过真空蒸馏，分离出Sb2S3，之后改变温度条件蒸馏出PbS。真空蒸馏其工艺流程如图1.9所示。图1.9二步蒸馏法处理脆硫铅锑矿工艺图Fig.1.9ProcessFlowchartofSmeltingJamesonitebyTwo-stepVacuumDistillation该工艺充分利用了真空环境物质易分解、挥发、环境友好等优势，实验温度远低于分级冷凝法，从而能够避免硫化铅热分解，且硫化锑与硫化铅饱和蒸气压存在较大差异，因此能进一步提高分离出的硫化铅和硫化锑的纯度，从而得到制备高纯硫化铅、硫化锑的原料。论文的主要研究内容如下：1.铅锑铁等简单金属硫化物真空条件下稳定性的热力学分析，明确从脆硫铅锑矿分离出PbS和Sb2S3的基本条件。2.PbS真空热分解的实验研究，确定PbS分解所需的基本条件。
【参考文献】
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10 何发泉,刘中华,陈雯;铅锑合金分离研究现状及问题初探[J];有色矿冶;2000年02期
本文编号：2852835
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