专利摘要
本发明提供一种通过固相反应从含铅物料中直接制备金属铅的方法，其包括：步骤一、将待处理的含铅物料加入研磨机，并在研磨机中加入金属物质和水，该金属物质的活泼性大于铅；利用研磨机通过机械力作用，使得含铅物料和金属物质直接发生固相反应，得到反应产物；步骤二、对反应产物进行洗涤、过滤，得到金属铅和金属物质对应的金属盐溶液；步骤三、将金属铅进行熔铸，得到粗铅；将金属盐溶液进行结晶，得到金属物质对应的金属盐。与现有的火法、湿法处理含铅物料的工艺相比，本发明制备金属铅的方法具有流程短、工序少、处理量大、能耗成本低等特点，同时本发明可满足清洁生产的环保要求。
权利要求
1.一种通过固相反应从含铅物料中直接制备金属铅的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一、将待处理的含铅物料加入研磨机，并在所述研磨机中加入金属物质和水，所述金属物质的活泼性大于铅；利用所述研磨机通过机械力作用，使得所述含铅物料和所述金属物质直接发生固相反应，得到反应产物；其中，所述含铅物料为含铅60～75％的铅膏或含铅20～60％的铅渣；所述铅渣为硫酸铅渣、氯化铅渣及氧化铅渣中的一种或多种的组合；所述金属物质为锌、铁、铝中的任意一种；所述金属物质的用量为能使得所述含铅物料中的铅充分反应的理论用量的0.9～1.5倍；所述研磨机中的研磨介质与反应物料的重量比为2～20:1；水和固态物料的比为0～5:1，其单位为m
步骤二、对所述反应产物进行洗涤、过滤，得到金属铅和所述金属物质对应的金属盐溶液；
步骤三、将所述金属铅进行熔铸，得到粗铅；将所述金属盐溶液进行结晶，得到所述金属物质对应的金属盐。
2.如权利要求1所述的通过固相反应从含铅物料中直接制备金属铅的方法，其特征在于，所述研磨机为棒磨机、搅拌式研磨机、球磨机中的任意一种。
3.如权利要求1所述的通过固相反应从含铅物料中直接制备金属铅的方法，其特征在于，所述锌为锌粉、锌片、锌粒中的任意一种或多种的组合；所述铁为铁粉、铁屑、铁丝、铁片中的任意一种或多种的组合；所述铝为铝粉、铝片、铝箔、铝线中的任意一种或多种的组合。
4.如权利要求1所述的通过固相反应从含铅物料中直接制备金属铅的方法，其特征在于，所述金属盐溶液为所述金属物质对应的硫酸盐或氯化物溶液。
5.如权利要求1所述的通过固相反应从含铅物料中直接制备金属铅的方法，其特征在于，在步骤一中，当所述含铅物料为铅膏或氧化铅渣时，向水中加入硫酸或盐酸，反应过程中控制溶液pH在1.0～5.0。
6.如权利要求1所述的通过固相反应从含铅物料中直接制备金属铅的方法，其特征在于，在步骤三中，金属铅熔铸的温度为500～700℃，煤用量为待熔铸的铅的重量的0～5％。
说明书
技术领域
本发明涉及湿法冶金技术领域，特别是指一种通过固相反应从含铅物料中直接制备金属铅的方法。
背景技术
目前二次铅资源的利用已得到了越来越多的重视。脱硫转化+火法还原熔炼技术已应用于含铅较高的废铅酸蓄电池铅膏的回收，但火法冶金工艺处理铅膏能耗成本较高，而且会产生二氧化硫、挥发性铅尘等大气污染物。另外，有色金属冶炼过程产出各类硫酸铅渣、氯化铅渣及氧化铅渣，数量庞大，但由于铅含量相对较低(20～60％)，目前还未得到有效利用。
鉴于火法冶金处理铅渣的环境污染、能耗成本压力，研究人员一直致力于湿法冶金回收铅的研究。湿法冶金常用的方法是：先将含铅物料用各种浸出剂浸出得到含铅的溶液，再通过化学沉淀、置换或电沉积的方式从溶液中回收铅。与火法冶金方法相比，湿法冶金方法虽然在环境、能耗成本方面具有一定的优势，但也存在工艺流程长的问题，一些浸出试剂如氟硅酸、柠檬酸价格较高，且由于铅在溶液中的溶解度较低，导致浸出过程中需要较大的液固比，限制了原料的处理能力，同时还需要数量庞大的反应器及溶液储罐，占用较多土地资源。此外如电沉积法还有电耗成本较高的问题。
因此开发工艺流程短、处理能力大、试剂成本低的湿法冶金技术很有必要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种通过固相反应从含铅物料中直接制备金属铅的方法，实现从铅膏或冶金过程产出的铅渣中直接制备高含量的金属铅；并缩短工艺流程、提高处理量，同时保证清洁生产的环保要求。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种通过固相反应从含铅物料中直接制备金属铅的方法,所述方法包括以下步骤：
步骤一、将待处理的含铅物料加入研磨机，并在所述研磨机中加入金属物质和水，所述金属物质的活泼性大于铅；利用所述研磨机通过机械力作用，使得所述含铅物料和所述金属物质直接发生固相反应，得到反应产物；
步骤二、对所述反应产物进行洗涤、过滤，得到金属铅和所述金属物质对应的金属盐溶液；
步骤三、将所述金属铅进行熔铸，得到粗铅；将所述金属盐溶液进行结晶，得到所述金属物质对应的金属盐。
可选地，所述研磨机为棒磨机、搅拌式研磨机、球磨机中的任意一种。
可选地，所述金属物质为锌、铁、铝中的任意一种。
可选地，所述锌为锌粉、锌片、锌粒中的任意一种或多种的组合；所述铁为铁粉、铁屑、铁丝、铁片中的任意一种或多种的组合；所述铝为铝粉、铝片、铝箔、铝线中的任意一种或多种的组合。
可选地，所述金属盐溶液为所述金属物质对应的硫酸盐或氯化物溶液。
可选地，所述含铅物料为含铅60～75％的铅膏或含铅20～60％的铅渣；所述铅渣为硫酸铅渣、氯化铅渣及氧化铅渣中的一种或多种的组合。
可选地，所述金属物质的用量为能使得所述含铅物料中的铅充分反应的理论用量的0.9～1.5倍。
可选地，在步骤一中，所述研磨机中的研磨介质与反应物料的重量比为2～20:1；水和固态物料的比为0～5:1，其单位为m
可选地，在步骤一中，当所述含铅物料为铅膏或氧化铅渣时，向水中加入硫酸或盐酸，反应过程中控制溶液pH在1.0～5.0。
可选地，在步骤三中，金属铅熔铸的温度为500～700℃，煤用量为待熔铸的铅的重量的0～5％。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
与火法冶金方法比，本发明的方法能耗低，且能够满足清洁生产的环保要求。与现有湿法冶金方法相比，本发明的方法由于采用固相反应模式，省去了传统湿法冶金的浸出、置换、电积等步骤，工艺流程简洁，操作简便，且处理能力大。反应过程中，水由于不参与金属和含铅物料的反应，只是起到溶解反应产物(金属的硫酸盐或氯化物)的作用，因此用量较低。消耗的金属锌/铁/铝以硫酸盐或氯化物产品的形式产出，因此试剂成本低。
附图说明
图1为本发明的通过固相反应从含铅物料中直接制备金属铅的方法的流程示意图；
图2为通过固相反应从含铅物料中直接制备出的金属铅的X射线衍射图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有火法冶金工艺处理铅膏，能耗成本高，而且会产生二氧化硫、挥发性铅尘等大气污染物；现有湿法冶金工艺处理铅膏，流程长，处理能力弱等问题，提供一种通过固相反应从含铅物料中直接制备金属铅的方法。
如图1所示，本发明的通过固相反应从含铅物料中直接制备金属铅的方法，包括以下步骤：
步骤一、将待处理的含铅物料加入研磨机，并在研磨机中加入金属物质和水，该金属物质的活泼性大于铅；利用研磨机通过机械力作用，使得含铅物料和金属物质直接发生固相反应，得到反应产物；
步骤二、对反应产物进行洗涤、过滤，得到金属铅和金属物质对应的金属盐溶液；
步骤三、将得到的金属铅进行熔铸，得到粗铅；将得到的金属盐溶液进行结晶，得到金属物质对应的金属盐。
其中，所用到的研磨机可以为棒磨机、搅拌式研磨机或球磨机；金属物质可以为锌、铁、铝中的任意一种。该金属物质的用量为能使得含铅物料中的铅充分反应的理论用量的0.9～1.5倍。若采用锌的话，可以为锌粉、锌片、锌粒中的任意一种或多种的组合；若采用铁的话，可以为铁粉、铁屑、铁丝、铁片中的任意一种或多种的组合；若采用铝的话，可以为铝粉、铝片、铝箔、铝线中的任意一种或多种的组合。含铅物料可以为含铅60～75％的铅膏或含铅20～60％的铅渣(硫酸铅渣、氯化铅渣及氧化铅渣)。反应后所得的溶液为金属物质对应的硫酸盐或氯化物溶液。
具体地，在上述步骤一中，研磨机中的研磨介质与反应物料的重量比为2～20:1；水和固态物料的比为0～5:1，其单位为m
上述步骤一中发生的主要固相反应如下：
PbSO4+Zn＝ZnSO4+Pb (1)
PbSO4+Fe＝FeSO4+Pb (2)
3PbSO4+2Al＝Al2(SO4)3+3Pb(3)
PbCl2+Zn＝ZnCl2+Pb (4)
PbCl2+Fe＝FeCl2+Pb (5)
3PbCl2+2Al＝2AlCl3+3Pb (6)
下面将以具体实施例的方式来对本发明的技术方案作更进一步地阐述：
实施例1
固相反应：1kg铅膏(Pb 70.8％)，锌粉用量为理论量的1.0倍，反应设备为搅拌磨，球料重量比为2:1，水料比0.3:1(m
固液分离：将固相反应产物洗涤、过滤得到金属铅及硫酸锌溶液。
金属铅熔铸：熔铸温度为600℃,煤用量为2.5％，得到的粗铅含铅99.1％。结晶：将硫酸锌溶液进行结晶，得到硫酸锌产品。
实施例2
固相反应：1kg铅膏(Pb 70.8％)，锌粒用量为理论量的1.0倍，反应设备为球磨机，球料重量比为12:1，水料比1:1(m
固液分离：将固相反应产物洗涤、过滤得到金属铅及硫酸锌溶液。
金属铅熔铸：熔铸温度为600℃,煤用量为2.5％，得到的粗铅含铅98.1％。结晶：将硫酸锌溶液进行结晶，得到硫酸锌产品。
实施例3
固相反应：1kg铅膏(Pb 70.8％)，铁屑用量为理论量的1.0倍，反应设备为搅拌磨，球料重量比为10:1，水料比0.5:1(m
固液分离：将固相反应产物洗涤、过滤得到金属铅及硫酸亚铁溶液。
金属铅熔铸：熔铸温度为570℃,煤用量为2％，得到的粗铅含铅98.9％。结晶：将硫酸亚铁溶液进行结晶，得到硫酸亚铁产品。
实施例4
固相反应：1kg铅膏(Pb 70.8％)，铁粉用量为理论量的1.1倍，反应设备为搅拌磨，球料重量比为10:1，水料比1:1(m
固液分离：将固相反应产物洗涤、过滤得到金属铅及硫酸亚铁溶液。
金属铅熔铸：熔铸温度为550℃,煤用量为1％，得到的粗铅含铅98.5％。结晶：将硫酸亚铁溶液进行结晶，得到硫酸亚铁产品。
实施例5
固相反应：1kg铅膏(Pb 70.8％)，铝粉用量为理论量的1.0倍，反应设备为搅拌磨，球料重量比为6:1，水料比0.5:1(m
固液分离：将固相反应产物洗涤、过滤得到金属铅及硫酸铝溶液。
金属铅熔铸：熔铸温度为530℃,得到的粗铅含铅98.6％。
结晶：将硫酸铝溶液进行结晶，得到硫酸铝产品。
实施例6
固相反应：1kg硫酸铅渣(Pb 44.6％)，铁粉用量为理论量的1.0倍，反应设备为棒磨机，棒料重量比为20:1，水料比0:1(m
固液分离：将固相反应产物洗涤、过滤得到金属铅及硫酸亚铁溶液。
金属铅熔铸：熔铸温度为650℃,煤用量为3％，得到的粗铅含铅98.1％。结晶：将硫酸亚铁溶液进行结晶，得到硫酸亚铁产品。
实施例7
固相反应：1kg硫酸铅渣(Pb 44.6％)，铝箔用量为理论量的1.1倍，反应设备为搅拌磨，球料重量比为8:1，水料比1:1(m
固液分离：将反应产物洗涤、过滤得到金属铅及硫酸铝溶液。
金属铅熔铸：熔铸温度为620℃,煤用量为3％，得到的粗铅含铅98.8％。结晶：将硫酸铝溶液进行结晶，得到硫酸铝产品。
实施例8
固相反应：1kg氯化铅渣(Pb 59.2％)，锌片用量为理论量的1.0倍，反应设备为球磨机，球料重量比为11:1，水料比3:1(m
固液分离：将固相反应产物洗涤、过滤得到金属铅及氯化锌溶液。
金属铅熔铸：熔铸温度为650℃,煤用量为2％，得到的粗铅含铅98.5％。结晶：将氯化锌溶液进行结晶，得到氯化锌产品。
实施例9
固相反应：1kg氧化铅渣(Pb 28.8％)，铁粉用量为理论量的1.2倍，反应设备为搅拌磨，球料重量比为8:1，水料比5:1(m
固液分离：将固相反应产物洗涤、过滤得到金属铅及氯化亚铁溶液。
金属铅熔铸：熔铸温度为600℃,煤用量为2％，得到的粗铅含铅98.1％。结晶：将氯化亚铁溶液进行结晶，得到氯化亚铁产品。
实施例10
固相反应：1kg氧化铅渣(Pb 28.8％)，铁丝用量为理论量的1.5倍，反应设备为球磨机，球料重量比为9:1，水料比3:1(m
固液分离：将固相反应产物洗涤、过滤得到金属铅及硫酸亚铁溶液。
金属铅熔铸：熔铸温度为600℃,煤用量为2％，得到的粗铅含铅97.5％。
结晶：将硫酸亚铁溶液进行结晶，得到硫酸亚铁产品。
与火法冶金方法比，本发明的方法能耗低，且能够满足清洁生产的环保要求。与现有湿法冶金方法相比，本发明的方法由于采用固相反应模式，省去了传统湿法冶金的浸出、置换、电积等步骤，工艺流程简洁，操作简便，且处理能力大。反应过程中，水由于不参与金属和含铅物料的反应，只是起到溶解反应产物(金属的硫酸盐或氯化物)的作用，因此用量较低。消耗的金属锌/铁/铝以硫酸盐或氯化物产品的形式产出，因此试剂成本低。
此外，需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法或物品不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法或物品所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法或物品中还存在另外的相同要素。
还需要说明的是，以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
一种通过固相反应从含铅物料中直接制备金属铅的方法专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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