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脆硫铅锑矿(Pb4FeSb6S14)是一种复杂锑硫盐矿物,占我国锑资源总量的30-40%,铅与锑的有效分离一直是这种矿物冶炼过程中难以突破和解决的技术难题,主要原因一方面在于脆硫铅锑矿的成分及结构复杂,矿物中铅、锑以天然硫化物固溶体形式存在,铅与锑相互嵌布;另一方面更为主要的原因在于铅与锑的物理化学性质相近,在冶金过程中的行为相似。根据脆硫铅锑矿独特的分子组成和真空冶金技术的特点,本文提出了真空冶金法处理脆硫铅锑矿实现铅与锑有效分离的技术新思路,Pb4FeSb6S14经真空分解、挥发和冷凝,分别得到PbS、Sb2S3和FeS。围绕这一新思路,开展了下述研究工作:(1)对典型脆硫铅锑精矿物相组成进行了研究,采用TG/DSC与XRD方法探讨了Pb4FeSb6S14热分解过程的物相变化,结果显示随温度的升高,Pb4FeSb6S14逐步分解生成Pb2Sb2S5、Pb4Sb4S13、Pb5Sb4S11等多种复杂铅锑硫化物及其混合物,最终分解产物为PbS、Sb2S3和FeS;真空环境降低了Pb4FeSb6S14的分解温度,10-20Pa真空条件下,Pb4FeSb6S14的分解温度为573K.(2)采用经典热力学方法计算获得了不同压力条件下PbS.Sb2S3和FeS三种硫化物分解、挥发反应的理论开始反应温度和热力学平衡常数,50-300Pa压力条件下的热力学数据分析表明:温度低于1362K,PbS不分解,发生升华;温度低于1097K,Sb2S3不分解,发生挥发;温度低于1573K,FeS即不分解也不会挥发。对物质挥发过程、挥发形式、真空条件下物质分子运动的特点进行了理论分析,采用双膜理论对真空条件下纯物质的挥发过程进行了讨论,真空中纯物质挥发过程的控制步骤为熔体表面挥发和气相扩散,并推导出了相应的计算公式。在此基础上,采用热重法开展了PbS.Sb2S3.FeS真空挥发实验,结果表明:相同压力条件下,随温度的升高,PbS.Sb2S3.FeS真空挥发关系为:Sb2S3 >PbS>FeS;50-300Pa压力条件下,823-1123K温度范围内,Sb2S3挥发控制步骤为气相扩散,其挥发速率与温度、压力的关系与金属的挥发具有相似性即挥发速率的对数与温度的倒数和压力均成线性关系,它的挥发速率介于0~0.023g/cm2·s之间,表观挥发活化能介于65.834~60.608kJ/mol之间923-1123K温度范围内,PbS发生升华,控制步骤为气相扩散,挥发量介于0-0.05g/s之间,表观挥发活化能介于131.539~112.064kJ/mol之间;1073-1323K温度范围内,FeS不会挥发。另外,Sb2S3的挥发速率和在气相中的扩散速率均大于PbS,压力变化对Sb2S3的挥发影响显著,温度变化对PbS的挥发影响显著。(3)首先比较了ZnS、Cu2S、CaO、SiO2以及PbS、Sb2S3、FeS的饱和蒸气压,结果表明:在压力50-100Pa,温度1173-1673K条件下,脆硫铅锑矿真空分解、挥发气相中主要存在的物质为PbS和Sb2S3;接着对PbS、Sb2S3蒸气冷凝的热力学进行了分析,PbS和Sb2S3冷凝反应发生的理论开始反应温度、露点温度及对应体系压力的比较表明,控制冷凝温度能分离PbS和Sb2S3混合蒸气,50-100Pa压力条件下,823-1173K温度范围内,PbS蒸气冷凝为固体,Sb2s3蒸气冷凝为液体,相同压力条件下PbS和Sb2S3蒸气冷凝时的温度差接近100K。以脆硫铅锑精矿为原料,使用自制设备,开展了PbS、Sb2S3混合蒸气冷凝分离的实验研究,结果表明:脆硫铅锑矿经真空分解、分级冷凝可分别获得PbS、Sb2S3冷凝物和主要组成为FeS的残留物,50~100Pa压力条件下,最佳的工艺条件为:温度1473~1573K;保温时间30~60min;冷凝温度998~1048K。不同成分脆硫铅锑精矿铅锑真空分离最佳工艺条件实验结果表明,该方法可靠,FeS残留物、PbS冷凝物、Sb2S3冷凝物的直收率和质量百分含量均大于90%,铅锑分离效果显著。脆硫铅锑矿是我国特有的储量超过单一锑硫化矿的重要有色金属资源,本论文研究并提出的真空冶金法处理脆硫铅锑矿铅锑分离新思路,实现了从矿物源头分离铅与锑,且环境友好;为简化脆硫铅锑矿的冶炼流程,避免传统火法工艺铅锑分离过程冗长,解决铅锑粗合金分离不彻底的技术难题,奠定了坚实的理论和实践基础,对发展高效、绿色的铅锑冶金技术意义重大。