有色冶金概論鋅冶金

1、鋅冶金鋅冶金昆明理工大學(xué)冶金與能源工程學(xué)院昆明理工大學(xué)冶金與能源工程學(xué)院有色冶金概論有色冶金概論v1.4 煉鋅原料及方法煉鋅原料及方法1.4.1 煉鋅原料煉鋅原料1、硫化礦：、硫化礦：含鋅約為8.817，主要有閃鋅礦(ZnS)、鐵閃鋅礦(nZnSmFeS)。 鋅的硫化礦多為多金屬礦，常含有銅、鉛、銀、金、砷、銻、鎘、銦、鍺等有價(jià)金屬。低品位多金屬含鋅礦物通過浮選法進(jìn)行選礦，得到符合冶煉要求含鋅45%55%的鋅精礦。2、氧化礦：、氧化礦：含鋅約為10%，主要有菱鋅礦(ZnCO3)和異極礦(ZnSiO4H2O)。3、冶煉廠產(chǎn)出的氧化鋅煙塵、浮渣和鋅灰等氧化鋅煙塵、浮渣和鋅灰等 。1.4.1 煉鋅原

2、料煉鋅原料1.4. 2 鋅的儲量鋅的儲量 世界已查明的鋅資源量19億t， 儲量2.2億t ，儲量基礎(chǔ)4.8億t 。以2008年礦山產(chǎn)量計(jì)算，世界鋅儲量的靜態(tài)保證年限為15年，以儲量基礎(chǔ)計(jì)算的鋅的靜態(tài)保證年限為40年。1.4. 3 鋅的生產(chǎn)方法及其簡介鋅的生產(chǎn)方法及其簡介鋅的生產(chǎn)方法分為火法和濕法火法和濕法兩大類，以濕法冶煉為主。火法煉鋅有鼓風(fēng)爐煉鋅、豎罐煉鋅、平罐煉鋅、電熱法煉鋅等。濕法煉鋅包括傳統(tǒng)的濕法煉鋅和全濕法煉鋅兩類。濕法煉鋅產(chǎn)量約占世界鋅總產(chǎn)量的80%。 傳統(tǒng)的濕法煉鋅實(shí)際上是火法與濕法的聯(lián)合流程，包括焙燒、浸出、凈化、電積和制酸五個(gè)主要過程。 根據(jù)浸出溫度和酸度的不同，傳統(tǒng)濕法煉鋅

3、分為常規(guī)浸出和熱常規(guī)浸出和熱酸浸出酸浸出兩種工藝。全濕法煉鋅是在硫化鋅精礦直接浸出的技術(shù)基礎(chǔ)上形成的。該工藝省去了傳統(tǒng)濕法煉鋅工藝中的焙燒和制酸工序，鋅精礦中的硫以元素硫的形式富集在浸出渣中另行處理。 1.4. 3 鋅的生產(chǎn)方法及其簡介鋅的生產(chǎn)方法及其簡介2 2 硫化鋅精礦的焙燒硫化鋅精礦的焙燒 硫化鋅精礦焙燒過程是在高溫下借助于空氣中的氧進(jìn)行的氧化的過程：2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2 從硫化鋅精礦中提取鋅，除直接浸出流程外，一般須預(yù)先經(jīng)過焙燒，使焙燒產(chǎn)物適合下一步冶煉要求，因此，焙燒是生產(chǎn)鋅的第一個(gè)冶金過程。v2.1 硫化鋅精礦的焙燒的目的硫化鋅精礦的焙燒的目的 鼓風(fēng)爐煉

4、鋅鼓風(fēng)爐煉鋅：通過燒結(jié)機(jī)進(jìn)行燒結(jié)焙燒，既要脫硫、結(jié)塊，還要控制鉛的揮發(fā)。精礦中含銅較高時(shí)，要適當(dāng)殘留一部分硫，以便在熔煉中制造冰銅。火法煉鋅火法煉鋅( (蒸餾法蒸餾法) ) ：是在焙燒時(shí)實(shí)行死焙燒(氧化焙燒)，盡可能地除去全部硫以及鉛、鎘、砷、銻，得到主要由金屬氧化物組成的焙砂，使以后蒸餾時(shí)可以得到較高質(zhì)量的鋅錠。濕法煉鋅：濕法煉鋅：實(shí)行部分硫酸鹽化焙燒， 在焙砂中保留少量以硫酸鹽(34%SSO4)，盡可能少地得到鐵酸鋅以及細(xì)小粒子狀的焙燒礦。v2.2 硫化鋅精礦的沸騰焙燒硫化鋅精礦的沸騰焙燒1、高溫氧化焙燒、高溫氧化焙燒 又稱為“死焙燒死焙燒”，是為了獲得適于還原蒸餾的焙砂以滿足蒸餾需要，焙

5、燒的溫度一般為10701100。2、低溫部分硫酸化焙燒、低溫部分硫酸化焙燒 主要是為了得到適合濕法煉鋅用的焙砂。要求在焙燒礦中留有少量可溶性硫（24%SSO4)，同時(shí)還應(yīng)避免與減少鐵酸鋅和硅酸鹽的形成，并除去一部分砷和銻。沸騰層溫度一般采用850900。3 鋅焙砂的浸出鋅焙砂的浸出 濕法冶金是在低溫（25250）及水溶液中進(jìn)行的一系列冶金作業(yè)過程。 濕法煉鋅的浸出是以稀硫酸溶液（廢電解液）作溶劑，控制適當(dāng)?shù)乃岫?、溫度和壓力等條件，將含鋅物料（如鋅焙砂、鋅煙塵、鋅氧化礦、鋅浸出渣及硫化鋅精礦等）中的鋅化合物溶解呈硫酸鋅進(jìn)入溶液、不溶固體形成殘?jiān)倪^程。浸出所得的混合礦漿再經(jīng)濃縮、過濾將溶液與殘?jiān)?/p>

6、分離。 鋅焙砂的浸出分中性浸出和酸性浸出兩個(gè)階段。濕法煉鋅廠多數(shù)是采用連續(xù)復(fù)浸出流程，即第一段為中性浸出，第二段為酸性或熱酸浸出；浸出渣是用熱酸浸出-黃鉀鐵礬法或火法還原揮發(fā)處理。最通用的兩種工藝流程常規(guī)浸出流程和熱酸浸出流程常規(guī)浸出流程和熱酸浸出流程。3 鋅焙砂的浸出鋅焙砂的浸出鋅 焙 燒 礦攪 拌 槽分 級 磨 礦中 性 浸 出中 性 濃 縮中 性 上 清 液中 性 濃 泥送 凈 化 后 電 積終 點(diǎn)p H = 5 5.2酸 性 浸 出酸 性 濃 縮酸 性 上 清 液酸 性 濃 泥終 酸 1 5 g / L過 濾 洗 滌濾 液浸 出 渣干 燥煙 化 處 理Zn O 粉煙 化 渣Zn O 粉

7、 浸 出 浸 出 液含 鉛 渣堆 存送 鉛 廠廢 電 解 液( 含Zn 20% )3 鋅焙砂的浸出鋅焙砂的浸出鋅 焙 燒 礦分 級 細(xì) 磨中 性 浸 出中 性 濃 縮中 性 上 清 液中 浸 渣送 凈 化 后 電 積熱 酸 浸 出濃 縮 分 離P b-Ag 渣熱 酸 浸 出 液沉 鐵液 固 分 離鋅 溶 液鐵 渣待 處 理廢 電 解 液送 去 回 收 P b、 Ag3.1 熱酸浸出及鐵的沉淀熱酸浸出及鐵的沉淀 在濕法煉鋅生產(chǎn)中，所得到的中性浸出渣含鋅20%，其中以鐵酸鋅存在的鋅占總鋅量的60%以上。浸出渣還含有鉛、銅及貴金屬金、銀等有價(jià)金屬。為此，必須從鋅浸出渣中回收鋅及有價(jià)金屬。 熱 酸 浸

8、 出 的 實(shí) 質(zhì) 是 鋅 焙 燒 礦 的 中 性 浸 出 渣 經(jīng) 高 溫（9095） 、高酸（始酸150g/L ，終酸4060g/l）浸出，在低酸中難以溶解的鐵酸鋅以及少量其它尚未溶解的鋅化合物得到溶解，進(jìn)一步提高鋅的浸出率。3.1 熱酸浸出及鐵的沉淀熱酸浸出及鐵的沉淀 熱酸浸出的結(jié)果使鐵酸鋅的溶出率達(dá)到90%以上，鋅的浸出率顯著提高(達(dá)到9798%)，鉛、銀富集在渣中，但大量鐵也轉(zhuǎn)入溶液中，溶液中鐵含量可達(dá)2040g/l。若采用常規(guī)的中和水解除鐵，因形成體積龐大的Fe(OH)3溶膠，無法濃縮與過濾。 根據(jù)沉淀鐵的化合物形態(tài)不同，熱酸浸出過程中采用的沉鐵方法有黃鉀鐵礬法、針鐵礦法和赤鐵礦法黃鉀

9、鐵礬法、針鐵礦法和赤鐵礦法。3.2 硫化鋅精礦的氧壓浸出硫化鋅精礦的氧壓浸出 硫化鋅精礦的加壓氧化浸出是將硫化鋅精礦不經(jīng)焙燒，在高壓釜內(nèi)充氧高溫(140160)高壓(350700kPa)下加入廢電解液，使硫化物直接轉(zhuǎn)化為硫酸鹽和元素硫的工藝過程。主要反應(yīng)如下：ZnS + H2SO4 + 0.5O2 = ZnSO4 + S0 + H2O 此工藝克服了“焙燒-浸出-電積”流程的工藝復(fù)雜、流程長、SO2煙氣污染等缺點(diǎn)，具有對環(huán)境污染小、硫以元素硫回收、鋅回收率高、工藝適應(yīng)性好的優(yōu)點(diǎn)。 鋅精礦加壓酸浸的浸出溫度一般為423，氧分壓為700kPa，浸出時(shí)間約1h。鋅的浸出率可達(dá)98%以上。3.3 鋅氧化

10、礦的浸出鋅氧化礦的浸出 由于氧化鋅礦多為高硅礦，直接酸浸又往往產(chǎn)生硅酸膠體，使礦漿難以澄清分離和影響過濾速度。因此在生產(chǎn)中一般采用將礦漿快速中和至pH=4.55.5、提高浸出溫度、添加Al3+、Fe3+或在7090下進(jìn)行反浸出（即向礦漿中加酸）的措施。 氨浸是以氨或氨與銨鹽為浸出劑，在凈化過程中，因體系呈弱堿性，銅、鈷、鎘、鎳等金屬雜質(zhì)均易被鋅粉置換除去。 采用氨浸法處理含鋅物料回收有價(jià)金屬，具有原料適應(yīng)性廣、工藝流程短、凈化負(fù)擔(dān)輕、環(huán)境污染小、產(chǎn)品品種多等特點(diǎn)。 4 硫酸鋅浸出液的凈化硫酸鋅浸出液的凈化 鋅焙燒礦經(jīng)過中性浸出所得的硫酸鋅溶液含有許多雜質(zhì)，大部分鐵、砷、銻水解進(jìn)入渣中，其它雜質(zhì)

11、銅、鎘、鈷、鎳等陽離子及氟、氯等陰離子仍留在溶液中。這些雜質(zhì)的含量超過一定程度將對鋅的電積過程帶來不利影響。因此，在電積前必須對溶液進(jìn)行凈化凈化，就是將浸出過濾后的中性上清液中的雜質(zhì)除至規(guī)定的限度以下，提高其純度，以保證電積時(shí)得到高純度的陰極鋅及最經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行電積。4 硫酸鋅浸出液的凈化硫酸鋅浸出液的凈化4 硫酸鋅浸出液的凈化硫酸鋅浸出液的凈化 凈化方法按原理可分為兩類：加鋅粉置換除銅、鎘，在有其它添加劑存在時(shí)加鋅粉置換除鈷、鎳；加特殊試劑(黃藥、-萘酚)沉淀除鈷。世界各國濕法煉鋅廠凈化大多采用砷鹽法和反向銻鹽法，以達(dá)到深度凈化的目的。 鋅粉置換除銅、鎘的是用較負(fù)電性的鋅從硫酸鋅溶液還原較正電性

12、的銅、鎘、鈷等金屬(用Me表示)離子，其基本反應(yīng)為：Zn + Me2+ = Zn2+ + Me 影響鋅粉置換除銅、鎘的因素有：鋅粉質(zhì)量、攪拌強(qiáng)度、置換溫度等。4 硫酸鋅浸出液的凈化硫酸鋅浸出液的凈化 氯離子在電解液中會腐蝕陽極，使陰極鋅中鉛含量升高而降低析出鋅品級。當(dāng)溶液含Cl-100mg/L時(shí)，應(yīng)凈化除氯。除氯方法主要有硫酸銀沉淀除氯、銅渣除氯、離子交換除氯。 電解液中的氟離子會腐蝕陰極鋁板，使陰極鋅剝離困難。當(dāng)溶液中含F(xiàn)-80mg/L時(shí)，須凈化除氟?？刹捎檬胰槌部捎霉枘z吸附除氟，還可以采用火法（如多膛爐）焙燒脫除鋅煙塵中的氟、氯。5 硫酸鋅溶液的電解沉積硫酸鋅溶液的電解沉積 鋅的電

13、解沉積是濕法煉鋅的最后一個(gè)工序，是用電解沉積的方法從硫酸鋅水溶液中提取純金屬鋅的過程。 鋅的電解沉積是將凈化后的硫酸鋅溶液（新液）與一定比例的電解廢液混合1:(525) ，連續(xù)不斷地從電解槽的進(jìn)液端流入電解槽內(nèi)，用含銀0.51%的鉛銀合金板作陽極，以壓延鋁板作陰極，當(dāng)電解槽通過直流電時(shí)，在陰極鋁板上析出金屬鋅，陽極上放出氧氣，溶液中硫酸再生。5 硫酸鋅溶液的電解沉積硫酸鋅溶液的電解沉積 發(fā)生的電極反應(yīng)為： 隨著電積過程的不斷進(jìn)行，溶液中的含鋅量不斷降低，而硫酸含量逐漸增加，當(dāng)溶液中含鋅達(dá)4560 g/l、硫酸135170 g/l時(shí)，則作為廢電解液從電解槽中抽出，一部分作為溶劑返回浸出，一部分經(jīng)

14、冷卻后返回電解循環(huán)使用。電解2448h后將陰極鋅剝下后，經(jīng)熔鑄后得到產(chǎn)品鋅錠。 陰極陰極 Zn2+ + 2e = Zn 陽極陽極 H2O - 2e = 0.5O2 + 2H+ 總反應(yīng)為： Zn2+ + H2O = Zn + 0.5O2 + 2H+ 在鋅電積過程中，工業(yè)電流效率一般為8593%，槽電壓一般為3.33.6V，直流電耗為30003300kWh/t鋅。5 硫酸鋅溶液的電解沉積硫酸鋅溶液的電解沉積 鋅電解車間的主要設(shè)備有電解槽、陰極、陽極、供電設(shè)備、載流母線、剝鋅機(jī)、陰極刷板機(jī)和電解液冷卻設(shè)備等。 陰極為壓延純鋁板（Al99.5%）制成，陰極板平均壽命一般為18個(gè)月。陽極板大多采用含Ag

15、0.51%的鉛銀合金壓延制成。陽極平均壽命為1.52年。 電解車間的供電設(shè)備普遍采用硅整流器。 電解液的冷卻設(shè)備采用空氣冷卻塔，空氣冷卻塔，冷卻后液的溫度控制在3335。 6 火法煉鋅簡介火法煉鋅簡介 火法煉鋅是將已死焙燒的礦與炭混合，在高溫（1000）下ZnO能被炭質(zhì)還原劑還原得到的鋅蒸氣，在幾乎不含CO2的氣體中冷凝得到液體金屬鋅的過程，其主要反應(yīng)為：ZnO(s) + CO(g) = Zn + CO2(g)CO2(g) + C(s) = 2CO(g)總反應(yīng)為： ZnO(s) + C (s) = Zn + CO (g) 由于ZnO的還原要吸收大量的熱，還原必須在高溫（在鋅的沸點(diǎn)907以上）和

16、強(qiáng)還原氣氛中進(jìn)行，因此，只能得到鋅蒸氣而不能直接得到液體鋅。v6.1 概述概述 火法煉鋅包括平罐煉鋅、豎罐煉鋅、電爐煉鋅與密閉鼓風(fēng)爐煉鋅（帝國熔煉法，簡稱ISP）。 平罐煉鋅和豎罐煉鋅是間接加熱，電爐煉鋅為直接加熱但不產(chǎn)生燃燒氣體，密閉鼓風(fēng)爐采用燃料直接加熱，作為還原劑的焦炭同時(shí)又是維持作業(yè)溫度所需的燃料，能量利用率高，是目前主要的火法煉鋅設(shè)備。 ISP適合冶煉鉛鋅混合礦，采用鉛雨冷凝器從含CO2高而含鋅低的爐氣中冷凝鋅，除得到金屬鋅外，還產(chǎn)出金屬鉛。 鉛雨冷凝器可以處理CO2/CO比值很高的爐氣，當(dāng)爐氣中CO2含量超過14%時(shí)冷凝效果較差。v6.2 密閉鼓風(fēng)爐煉鋅密閉鼓風(fēng)爐煉鋅 密閉鼓風(fēng)爐密

17、閉鼓風(fēng)爐煉鋅法又稱為帝國熔煉法或ISP法，合并了鉛和鋅兩種火法冶煉流程，是處理復(fù)雜鉛鋅物料的較理想方法。 直接加熱的鼓風(fēng)爐煉鋅由于焦炭燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的CO、CO2、鼓入風(fēng)中的N2和還原反應(yīng)產(chǎn)生的Zn蒸氣混在一起，爐氣被大量CO、CO2和N2氣所稀釋，爐氣為低鋅高CO2的高溫爐氣，含鋅57%，含CO2 1114%，含 CO 1820%，入冷凝器爐氣溫度高于1000，使從含CO2高的爐氣中冷凝低濃度的鋅蒸氣存在許多困難。 在鼓風(fēng)爐煉鋅爐氣的冷凝過程中，為了防止鋅蒸氣被氧化為ZnO，在生產(chǎn)中采用高溫密封爐頂和鉛雨冷凝器高溫密封爐頂和鉛雨冷凝器。高溫密封爐頂?shù)牧硪粋€(gè)作用是防止高濃度的CO逸出爐外。v6.

18、2 密閉鼓風(fēng)爐煉鋅密閉鼓風(fēng)爐煉鋅鼓風(fēng)爐煉鋅的優(yōu)點(diǎn)鼓風(fēng)爐煉鋅的優(yōu)點(diǎn)（1）對原料的適應(yīng)性強(qiáng)，可以處理鉛鋅的原生和次生原料，尤其適合處理難選的鉛鋅混合礦，簡化了選冶工藝流程，提高了選冶綜合回收率。（2）生產(chǎn)能力大，燃料利用率高，有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化，提高勞動生產(chǎn)率。（3）基建投資費(fèi)用少。（4）可綜合利用原礦中的有價(jià)金屬，金、銀、銅等富集于粗鉛中予以回收，鎘、鍺、汞等可從其它產(chǎn)品或中間產(chǎn)品中回收。v6.2 密閉鼓風(fēng)爐煉鋅密閉鼓風(fēng)爐煉鋅鼓風(fēng)爐煉鋅的缺點(diǎn)鼓風(fēng)爐煉鋅的缺點(diǎn)（1）需要消耗較多質(zhì)量好、價(jià)格高的冶金焦炭。（2）技術(shù)條件要求較高，特別是燒結(jié)塊的含硫量要低于1%，使精礦的燒結(jié)過程控制復(fù)雜。（3）爐

19、內(nèi)和冷凝器內(nèi)部不可避免地產(chǎn)生爐結(jié)，需要定期清理，勞動強(qiáng)度大。 鼓風(fēng)爐煉鋅的主要設(shè)備有：為密閉鼓風(fēng)爐爐體、鉛雨冷凝器、冷凝分離系統(tǒng)以及鉛渣分離的電熱前床。 密閉鼓風(fēng)爐是鼓風(fēng)爐系統(tǒng)的主要設(shè)備，由爐基、爐缸、爐腹、爐身、爐頂、水冷風(fēng)口等部分組成。v6.2 密閉鼓風(fēng)爐煉鋅密閉鼓風(fēng)爐煉鋅v6.3 粗鋅火法精煉粗鋅火法精煉 由于蒸餾法和鼓風(fēng)爐煉鋅所得的粗鋅中含有Pb、Cd、Fe、Cu、Sn、As、Sb、In等雜質(zhì)（總含量為0.1 2%），這些雜質(zhì)元素影響了鋅的性質(zhì)，限制了鋅的用途，因此必須對粗鋅進(jìn)行精煉以提高鋅的純度。 目前，粗鋅采用的精煉大多采用精餾法。v6.3 粗鋅火法精煉粗鋅火法精煉 粗鋅精餾精煉的基本原理是利用鋅與各雜質(zhì)的蒸氣壓和沸點(diǎn)的差別，在高溫下使它