对硫酸法冶炼中铅转化率影响因素的对比实验讨论

隋晓丽

（山东省第三地质矿产勘查院，山东 烟台 264004）

1 铅的性质与用途

铅是属于蓝灰色金属，切口面具有金属光泽。其结晶结构属于等袖晶系。纯铅是属于重金属当中质地最为柔软的金属，其莫氏硬度为1.5。原子量为207.2，铅的密度很大，不同学者测定固体铅的密度为11.273g.cm-3～11.48g.cm-3，其熔点为327.5℃；沸点一般认为是1525℃的居多。

铅作为有色金属之一，其对人类的文明建设与社会发展做出了有效推动力。随着现代工业的发展，消耗的金属材料，铅位居第四位，仅次于铜、锌以及铝，成为工业发展的重要金属之一。铅可以用于金属、合金或者化合形式，投入到企业经济发展当中[1]。铅合金制成品，是现代工业发展中主要消耗材料，在铅基合金生产中，蓄电池工业用铅量最大，全世界的50%以上的铅，都用于蓄电池生产。由于多种材料的添加剂与增强剂，例如，汽油防爆、辛烷等，导致铅每年都在逐年缩减。在建筑行业当中，铅板用于作为隔音材料，应用其中，近年来建设工程的屋顶、挡板、管道和填料方面用铅频率逐年下降。在X射线室，铅化玻璃板和壁板还在广泛应用，钱具有阻尼性，建筑工程施工企业应用到防震与减震器中。铅的化学性较为稳定，其抗酸碱能力极强，在很多的工业化学当中，都起到了重要作用，例如，防止泄露、防止腐蚀以及对溶液的储存。同时，在电缆外保护套中，也起到了防腐蚀的作用。

2 硫酸法浸出铅的实验方法

2.1 湿法炼铅

现代的铅炼制法以湿法为主，其主要炼制途径有三种，分别为：（1）硫化铅矿直接还原成金属铅即电解。

（2）硫化铅矿的非氧化浸出，一般在盐酸溶液中进行。

（3）硫化铅矿的氧化浸出，可以是电解氧化也可以是氧化剂氧化。

我们尝试的是硫酸浸出法：

PbS+H2SO4=PbSO4+H2S

2.2 硫酸法浸出的铅实验操作过程

在托盘天平称取一定量的铅精矿，放到500ml的烧杯中，加入一定量的硫酸溶液，将其置于在恒温槽中，并进行加热搅拌，使混合的液浆变成微黄，在进行一段反应时间后，将混合物进行放置冷却，然后，选用布氏漏斗进行过滤操作，将收集到的浅黄过滤液体，放置在烧杯内，经过除杂后，加入碳酸氢氨溶液，并生产碳酸锰，过滤后的黑色残渣收集到小烧杯中，并在小烧杯中加入一定量的硫化氨。将搅拌后得到的黄色滤液在室温下搅拌一段时间，放置在通风柜中进行加热，得到硫产品。在将碳酸钠溶液加入到刚得到的过滤渣中，在恒温槽内进行一段时间的反应，反应时间进行冷却后，将过滤后的残渣放在干净的烧杯内，往清滤液加入硫酸溶液，形成大量的白色硫酸沉淀物，并进行陈化，半个小时后，进行过滤、沉淀、烘干，得到粗质的产出析出品，取得少量粗质产品，利用滴定进行析出，得到硫酸铅的纯度。（其中：根据各实验要求测定10g铅精矿的反应温度、反应时间、液固比、试剂浓度和用量，分别先后采用了80目、120目的铅矿和锰矿做实验）。

3 实验结果讨论

3.1 产品硫酸铅浸出率和纯度的计算

准确称取上述硫酸铅样品放入小烧杯中，加入35ml醋酸-醋酸钠溶液，加热溶解。溶解液冷却后移进100ml的容量瓶并稀释至刻度，摇匀，静置几分钟后分别用移液管移取一定量溶液放到三个干净的锥形瓶中，分别加入两三滴二甲酚橙指示剂，此时溶液为酒红色，用配制的EDTA标准溶液滴至亮黄色为终点，分别按下式计算铅转化率。

铅转化率：

（注：式中体积单位为ml，质量单位为g，M粗产品PbSO4总质量，m为滴定时称取的小部分PbSO4质量。5、100的来源是因为所取的小部分PbSO4溶解后稀释到100ml的容量瓶中，滴定时每次用5ml）

3.2 实验结果与讨论

3.2.1 硫酸浓度的影响

其中铅精矿（10g），其反应为度为90℃，所用时间为40min左右，将硫酸铅转换成碳酸铅时，无水碳酸钠的数量是10g，加热时间是25min，反应温度60℃，溶解的碳酸铅浓硝酸为13.8ml，加热时间是15min，反应温度60℃，沉淀铅浓硫酸的量为8.4ml。测得数据如下。

表1 硫酸浓度的析出反应

从上表的数据分析可以看出，酸的浓度并没有增加，但是浸出率和硫磺回收率增加了，2mol/L硫酸时，铅浸出率为最大值，要考虑到硫酸用量，与上述浸出结果相匹配，可知，2mol/L为最佳的浸出浓度。

3.2.2 反应温度的影响

其中铅精矿（10g），时间是40min，硫酸浓度为2.0mol/l，硫酸铅的含量是转化成碳酸铅无水碳酸钠10g中，加热时间是25min，反应温度60℃，溶解的碳酸铅浓硝酸的量为13.8ml，加热时间是15min，反应温度60℃，沉淀铅浓硫酸的量为8.4ml。测得数据如下。

表2 硫酸析出反应温度

从上述的数据表中可以看出，在温度浸出过程中，它是一个重要的因素。随着温度的升高，铅的浸出率也逐渐增大。实际上，这种增长更为明显。混合液会有一定几率出现沸腾现象。

3.2.3 反应时间的影响

其中铅精矿（10g），反应温度为90℃，硫酸浓度为2.0mol/l，碳酸钠的数量从硫酸铅转化为碳酸铅无水碳酸钠10g，加热时间是25min，反应温度60℃，溶解的碳酸铅浓硝酸的量13.8ml，加热时间是15min，反应温度60℃，沉淀铅浓硫酸的量为8.4ml。测得数据如下。

表3 析出时间对浓度的影响

从数据表中可以看出，物质反应时间较长，铅的浸出率就越高，但是在反应时间在40min以后，铅的浸出率会相对较慢，综合其他因素等原因，其反应时间大约在50min左右。

3.2.4 矿物颗粒大小的影响

其中铅精矿（10g），反应温度为90℃，时间40min，硫酸浓度为2.0mol/l，从硫酸铅到碳酸铅无水碳酸钠10g，加热时间25min，反应温度60℃，溶解碳酸铅浓硝酸13.8ml，加热时间15min，反应温度60℃，析出硫酸铅浓硫酸8.4ml。测得数据如下。

表4 析出的颗粒大小

从本表反应数据可知，所使用的矿物颗粒越小，所析出的铅几率就越大，因此可知，粒度小，面积大，酸的接触面接也就越大，所以，化学反应就更急容易进行，在工业当中，可利用球磨机将矿物尽量磨成较小颗粒。

4 实验结论

本次实验得出铅精矿浸出的最佳条件是：反应温度为90℃，时间50min，硫酸浓度为2.0mol/l，无水碳酸钠用量按每10g铅精矿加6g，硫酸铅渣与碳酸钠溶液反应时间为25min，反应温度在70℃～90℃之间。浓硝酸溶解碳酸铅6ml，反应时间为10min，温度在70℃～90℃之间，硫酸用于沉淀铅离子的最终浓度为4ml。希望该实验数据在放大到工业生产中有一定积极意义。