講座三鋅的冶煉方法

1、鋅冶煉知識講座之三 鋅冶金方法第一頁，共四十八頁。熱烈歡迎河池技術(shù)學(xué)院 同學(xué)們來鋅廠實習(xí)！第二頁，共四十八頁。目錄1.煉鋅的歷史2. 鋅的主要化學(xué)物特點3.濕法煉鋅4.豎罐煉鋅5.鼓風(fēng)爐煉鋅6.電爐煉鋅7.煉鋅副產(chǎn)品綜合回收8.煉鋅的發(fā)展方向和新技術(shù)第三頁，共四十八頁。1.煉鋅的歷史發(fā)源煉鋅發(fā)源于中國，中國是很早產(chǎn)鋅的國家之一，早在漢朝處2000年前的青銅就是銅-錫-鋅三元合金，原料為“爐甘石碳酸鋅”。1637年明朝宋應(yīng)星的天工開物消息記載煉鋅過程；1730年鋅冶煉知識傳到西歐，從1745年從廣東運到瑞典的沉船上打撈的鋅錠分析結(jié)果是：含鐵0.765%、銻0.245%、鋅98%。方法：將含碳酸鋅

2、的物料與煤攪拌均勻置入密閉罐中，加熱蒸餾得到粗鋅（火法，高溫還原），古代中國和印度都有。濕法最早的試驗于1881年，直流電機問世后，電解鋁類似，到1916年美國Anacond廠，才首先工業(yè)化生產(chǎn)。國外：50年代由于密閉鼓風(fēng)爐（同時產(chǎn)2種金屬）的發(fā)展，加上日本、美國的大型豎罐廠，使得火法冶煉一度熱鬧。而十九世紀(jì)70年代后，濕法煉鋅發(fā)展迅速，由于其新技術(shù)新材料的應(yīng)用，如硅整流、大功率機械攪拌、連續(xù)壓濾、黃鉀鐵礬法等技術(shù)，有大型化、自動化和綜合回收等優(yōu)勢，超過火法煉鋅。而火法煉鋅的豎罐由于環(huán)保等原因已于20世紀(jì)80年代全部停產(chǎn)。第四頁，共四十八頁。1.煉鋅的歷史（二）國內(nèi)：第一家采用現(xiàn)代技術(shù)生產(chǎn)鋅的

3、企業(yè)是1933年在湖南省衡陽市常寧縣的松柏鎮(zhèn)水口山礦物局冶煉廠，采用是橫罐煉鋅技術(shù)；東北遼寧錦西的葫蘆島鋅廠則是在1938年日本人建造的，采用豎罐煉鋅生產(chǎn)工藝。1950年以前，全國最高鋅產(chǎn)量不到1萬噸。發(fā)展：“一. 五”期間，蘇聯(lián)援建了沈陽冶煉廠和株洲冶煉廠（濕法），擴大了葫蘆島鋅廠，建設(shè)了眾多其他很多規(guī)模不等的鋅冶煉企業(yè)，使得鋅產(chǎn)量增長很快。1975年建設(shè)第一個鼓風(fēng)爐煉鋅廠韶關(guān)冶煉廠；八十年代末，山西臨汾則建設(shè)了第一家規(guī)模稍大的電爐煉鋅生產(chǎn)線，其電爐容量是1250KVA。第五頁，共四十八頁。1.煉鋅的歷史（三）生產(chǎn)方法80年代世界90年代世界比例（%）目前中國比例（%）產(chǎn)量（萬噸/年）比例（

4、%）濕法煉鋅5873772882175鼓風(fēng)爐煉鋅86811421345豎罐煉鋅3344391610橫罐煉鋅360474090電熱爐法1652172010第六頁，共四十八頁。1.煉鋅的歷史（四）排序企業(yè)名稱產(chǎn)量（萬噸1湖南株冶火炬金屬股份有限公司402葫蘆島有色金屬集團有限公司343深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司204白銀有色金屬公司155云南冶金集團公司10+10+106四川宏達(dá)集團有限公司207漢中八一鋅業(yè)有限責(zé)任公司208河池市南方有色冶煉股份有限公司209陜西東嶺鋅業(yè)有限責(zé)任公司1610祥云縣飛龍公司9第七頁，共四十八頁。1.煉鋅的歷史（五）11赤峰紅燁鋅冶煉有限責(zé)任公司1012水口

5、山有色金屬有限責(zé)任公司813柳州華錫集團有限責(zé)任公司4.514昆明云冶鋅業(yè)股份有限公司615湖南三立集團股份有限公司1016山西鋅業(yè)商洛煉鋅廠1017西部礦業(yè)有限責(zé)任公司1018錫礦山閃星銻業(yè)有限責(zé)任公司3.2319蒙自礦冶公司520羅平鋅電公司10第八頁，共四十八頁。1.煉鋅的歷史（六）我國上規(guī)模冶煉企業(yè)466個，分布在全國25個省、市、自治區(qū)；鋅冶煉主產(chǎn)區(qū)：其中年產(chǎn)鋅10萬噸以上8家，占全國產(chǎn)量40%。湖南、云南、遼寧、廣西、四川、甘肅、陜西、廣東、貴州，2007年以上地區(qū)產(chǎn)量290萬噸，占全國產(chǎn)量80 %，2007年全國鋅產(chǎn)量371萬噸。（以上資料來源：中國有色金屬工業(yè)協(xié)會）第九頁，共四

6、十八頁。2. 鋅的主要化學(xué)物特點（一）鋅的物理性質(zhì)：淺蘭白色金屬，原子序數(shù)30，原子質(zhì)量：65.38,晶體結(jié)構(gòu)為變形六方密堆積，熔點419.5, 熔化熱7.385KJ/mol; 沸點908 蒸氣壓公式： P=11.5729-1.2742 T-6674.4T/T (7641254K); 25 時密度：7.140g/cm3第十頁，共四十八頁。.鋅的化學(xué)性質(zhì)：活潑，容易形成2價化合物，如氧化鋅、碳酸鋅、硫酸鋅、氯化鋅等。常溫下干燥空氣中較穩(wěn)定，但高于200 時，易發(fā)生氧化。在含二氧化碳潮濕空氣，表面生成致密的堿式碳酸鋅，阻止再氧化。鋅易溶解于多數(shù)無機酸，隨著酸的濃度和溫度提高，反應(yīng)加劇。鋅易溶于堿性

7、水溶液，產(chǎn)生氫氣和鋅酸鹽。第十一頁，共四十八頁。2. 鋅的主要化學(xué)物特點（二）氧化鋅的物理性質(zhì)：白色，加熱后變黃，熔點1975，氣化熱539.736KJ/mol,密度5.70g/cm3,溶解度3x10-4g(25 100g 水），晶體結(jié)構(gòu)有：六方形、NaCl立方、 fc立方。在1000 開始揮蒸發(fā)，1300 后明顯。氧化鋅的化學(xué)性質(zhì)：兩性化合物，即溶解于酸又溶于堿。高溫下：2ZnO=2Zn+O2 逆反過程，惰性為正，空氣里為反。氧化鋅的熱還原是強烈的吸熱反應(yīng)：ZnO+CO=Zn氣+CO2； ZnO+C=Zn氣+CO，從熱力學(xué)和動力學(xué)上，溫度增加，都對2反應(yīng)有好處，工業(yè)上至少保證1000 。下表

8、為ZnO+CO=Zn氣+CO2反應(yīng)的平衡組成( 前為鋅蒸氣%，后為CO%）527927112713270.1大氣壓0.29;994224.15;51.643.2;13.249.3;1.41大氣壓0.09;99.829.03;81.9425.75;48.541.1;17.8第十二頁，共四十八頁。2. 鋅的主要化學(xué)物特點（三）硫化鋅物理性質(zhì)： 自然界里以閃鋅礦形式存在。熔點1850度（升華），密度4.083g/cm3, 淺灰色，溶解度1x10-6g(25 100g 水），立方和六方晶體。硫化鋅化學(xué)性質(zhì)：與氫氣： ZnS+H2 = Zn+H2S 在1000度時也難進行反應(yīng)與氧氣：2ZnS+3O2 =

9、 ZnSO4+ZnO+SO2 （700度以下） ZnS+O2 = ZnO+SO2 （860度以上） 第十三頁，共四十八頁。2. 鋅的主要化學(xué)物特點（四）氯化鋅碳酸鋅氫氧化鋅硫酸鋅熔點318125100沸點730比重3.0533.86溶解度易溶于水0.02(120)x10-554.4晶體結(jié)構(gòu)3種菱形6種正交顏色無色白白白其他防腐劑150度加熱分解939度加熱分解第十四頁，共四十八頁。3.濕法煉鋅第十五頁，共四十八頁。濕法煉鋅工藝流程第十六頁，共四十八頁。3.濕法煉鋅（二）常規(guī)濕法煉鋅工藝在我國從六十年代就廣泛應(yīng)用的一種煉鋅生產(chǎn)工藝，工藝成熟，穩(wěn)妥可靠，技術(shù)操作條件容易掌握，設(shè)備材質(zhì)易于解決，鋅金

10、屬回收率高，廢渣（浸出渣、揮發(fā)窯渣、銅鎘渣等）可分別回收，對周圍環(huán)境不會造成污染。主要分：焙燒、浸出、凈化和電解（電積、含鑄錠）4個工序。浸出 使焙燒礦中的鋅最大限度地溶解。按作業(yè)終點控制的酸度可分為中性浸出和酸性浸出。 中性浸出 用電積鋅的廢液和各種過濾返回液配制的溶液浸出焙燒礦,得到含鋅120170克/升的浸出液，凈化后送往電積。浸出作業(yè)中通常用鼓入空氣、加二氧化錳(MnO2)或電解返回的陽極泥的方法,將Fe2+氧化成Fe3+，控制浸出終點的 pH為5.25.4，使鐵、砷、銻、鍺水解沉淀。浸出條件：溫度5560，時間60分鐘左右，液固比(913):1。 酸性浸出 為溶解中性浸出礦漿中殘余的

11、氧化鋅,常采用12段酸性浸出。浸出條件為：終點殘酸35克升,溫度6075,時間120150分鐘,液固比(79):1。 第十七頁，共四十八頁。浸出工藝分類常規(guī)法黃鉀鐵礬法針鐵礦法赤鐵礦法第十八頁，共四十八頁。3.濕法煉鋅工藝介紹浸出液凈化 中性浸出液常含有砷、銻、銅、鎘、鈷、鎳等雜質(zhì)，電解前必須凈化除去。這些雜質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢均比鋅高，可用鋅粉置換凈化。一般先除銅、鎘，后除鈷、鎳，其余雜質(zhì)一般能同時除去。為防止氧化，凈化槽一般采用機械攪拌，而不用空氣攪拌。中國于1965年試驗成功的流態(tài)化置換槽(沸騰槽)，效果很好。作業(yè)溫度一般在50上下，時間不宜太長。除鈷、鎳時要求溫度為7080,并添加CuSO

12、4、As2O3、銻粉或銻鹽作活化劑。用As2O3時放出劇毒的AsH3氣體,必須采取安全措施。As2O3現(xiàn)已逐漸為Sb2O3和銻粉所代替。少數(shù)工廠用黃藥或亞硝基萘酚除鈷。 第十九頁，共四十八頁。3.濕法煉鋅工藝介紹2鋅的電積 以含有硫酸的硫酸鋅水溶液為電解液，含銀0.51的合金鉛板為陽極,壓延鋁板為陰極,進行電積。陰極析出鋅,陽極放出氧。為了提高電流效率,除降低電解液中的雜質(zhì)含量外，還應(yīng)控制電解液溫度。通常采用空氣冷卻塔或真空蒸發(fā)器冷卻電解液。鋅電解的技術(shù)條件是：電流密度400600安米2,溫度3540，槽電壓3.33.6伏，電流效率8592。每噸陰極鋅消耗直流電30003300千瓦時。陰極鋅電

13、積周期一般為24或48小時，鋅片可用人工或機械剝離。陰極鋅片經(jīng)洗滌干燥后用感應(yīng)電爐熔鑄成錠。電積鋅的品位通常為99.9999.995。 第二十頁，共四十八頁。3.濕法煉鋅（三）A：焙燒：目的：把ZnS變?yōu)閆nO；把其中的鉛鎘等雜質(zhì)去掉。化學(xué)反應(yīng)： ZnS+2O2=ZnSO4；ZnS+ZnSO4=4ZnO+4SO2； 2SO2+O2=2SO3 ；ZnO+SO3 =ZnSO4分類：低溫焙燒（800950）、中溫焙燒（9501050）、高溫 焙燒（11501180）焙燒前ZnSPbSFeS2或ZnS. FeS2 CuS或CuFeS2焙燒后ZnOPbOFeO Fe2O3CuO或Cu2O說明95%95%

14、溫度和氣氛CdSFeAsSAs2S3Sb2S3CdOCdSO4As2O5Sb2O3少第二十一頁，共四十八頁。1鋅耗噸/噸1152 浸出渣含鋅% 1520 3 硫酸消耗 噸/噸 0324浸出溫度度50855電解液含鋅克升120170廢液：4055 6 極間距毫米 7極板消耗片噸鋅陰極0.3;陽極0.2 片/噸.Zn8電流效率889槽電壓伏3.13.210直流電耗KWH/噸3100380011電解槽尺寸3850 x820 x1450 標(biāo)準(zhǔn)槽12鋅冶煉回收率%9395骨膠0.250.5Kg/t.Zn;SrCO346Kg/t.Zn第二十二頁，共四十八頁。3.濕法煉鋅（五）浸出主要設(shè)備：浸出桶、攪拌器、

15、濃密機、濃縮槽、壓濾機、泵、儲液桶 、行車等凈化主要設(shè)備：凈化桶、攪拌器、濃密機、濃縮槽、壓濾機、泵、儲液桶 、行車等電解主要設(shè)備：電解槽、整流器、陽極板、陰極板、風(fēng)冷塔、工頻爐、行車、磅稱、鑄錠機 第二十三頁，共四十八頁。濕法煉鋅鋅方向-全濕法煉鋅工藝硫化鋅精礦直接浸出生產(chǎn)：A:常壓氧浸：韶關(guān)冶煉廠B:氧壓浸出：白銀公司、株冶是第三代煉鋅新技術(shù)?；蛘呖沙蔀槲覈窈箐\冶煉推廣應(yīng)用的首選技術(shù)。化學(xué)反應(yīng)方程式：ZnS+H2SO4+0.5O2ZnSO4+H2O+S第二十四頁，共四十八頁。 氧壓浸出 氧壓浸出技術(shù)是20世紀(jì)70年代由加拿大開發(fā)的直接浸出技術(shù)，1978年在科明科公司成功的實現(xiàn)了工業(yè)化試驗

16、，1981年建成了第一套鋅精礦氧壓浸出裝置。目前世界上有5座工廠采用該技術(shù)生產(chǎn)電鋅。 硫化鋅精礦氧壓浸出流程分為一段氧壓浸出和二段氧壓浸出。一段氧壓為加壓浸出與焙燒、浸出、電極的聯(lián)合流程，二段氧壓浸出為獨成一體的浸出工藝。氧壓浸出工藝過程主要有：物料準(zhǔn)備、壓浸、閃蒸及調(diào)節(jié)、硫回收等工序。 物料準(zhǔn)備工序是通過濕式球磨使鋅精礦粒度達(dá)到45微米，球磨礦漿經(jīng)分級使礦漿含固量為70。球磨后的礦漿和廢電解液加入壓力釜，通入氧氣，控制溫度 150度，氧壓700kPa，反映時間1h，硫化鋅中第二十五頁，共四十八頁。硫被氧化成元素硫，鋅成為可溶硫酸鋅，鋅的浸出率可達(dá)9799。經(jīng)閃蒸調(diào)節(jié)槽后的礦漿送濃密 機濃縮，

17、濃縮上清液送凈化、電積、熔鑄生產(chǎn)電鋅，濃密機底流送硫回收工序。硫化鋅精礦氧壓浸出的溫度為140150，氧分壓為700kPa，浸出時間1小時，鋅浸出率可達(dá)98%以上，硫總回收率為88%。第二十六頁，共四十八頁。 常壓氧浸 奧托昆普公司公司在20世紀(jì)90年代開發(fā)了常壓浸出工藝技術(shù)，目前有兩座工廠應(yīng)用，分別在芬蘭科科拉和挪威奧達(dá)。 鋅精礦常壓氧浸工藝過程：鋅精礦濕式球磨、水力分級，小于75微米的礦漿加入直接浸出罐，同時通入氧氣，在溫度95度105度、壓力68kg的條件下 反應(yīng)12h左右，礦漿放出后經(jīng)濃密機，上清液送沉銦、沉鐵（溶液送凈化、電積、熔鑄生產(chǎn)電鋅），底流進入二段浸出。二段浸出后礦漿進入硫浮

18、選，浮選后的礦 漿進入濃密機，經(jīng)過濾后排出硫浮選尾礦（即鉛銀渣），溶液返回一段浸出。第二十七頁，共四十八頁。株冶氧浸出主體設(shè)備-氧浸罐第二十八頁，共四十八頁。 氧壓浸出與常壓氧浸的差別 常壓氧浸與加壓浸出的差別是：常壓氧浸是在溶液沸點以下進行，浸出速率一般較??；而氧壓浸出是在密閉的反應(yīng)容器內(nèi)進行，反應(yīng)溫度可提高到溶液沸點以上，能 夠?qū)崿F(xiàn)反應(yīng)溫度較高、氣體分壓較大的條件，使浸出過程得到強化。加壓氧浸在1h內(nèi)鋅浸出率可達(dá)99，常壓氧浸需24h以上鋅浸出率可達(dá)97，另外加壓 浸出產(chǎn)出的元素硫所含雜質(zhì)低于常壓氧浸所產(chǎn)元素硫中的雜質(zhì)，另外與加壓氧浸相比較，常壓氧浸設(shè)備電機功率較大，所需制氧站規(guī)模較大，電

19、耗增加。第二十九頁，共四十八頁。鋅沸騰爐、制酸系統(tǒng)第三十頁，共四十八頁。電解鋅的電解槽第三十一頁，共四十八頁。電解鋅廠房第三十二頁，共四十八頁。4.豎罐煉鋅 工藝流程1第三十三頁，共四十八頁。4.豎罐煉鋅 工藝流程2第三十四頁，共四十八頁。4.豎罐煉鋅 工藝流程3第三十五頁，共四十八頁。4.豎罐煉鋅 團礦主要設(shè)備設(shè)備名稱臺數(shù)規(guī)格 作用備注潤濕式棒磨機1D18303000破碎、混合 橡膠襯板濕式輪碾機36D1600450碾壓、揉搓雙軸合料機1D400600,L=6m混合 皮帶機5D650，L20、30米運輸 對輥壓密機12D559340，8排碗模 預(yù)壓鑄鋼輥套對輥壓團機24D559214，2排碗

20、模成形 鑄鋼輥套第三十六頁，共四十八頁。豎罐主要技術(shù)參數(shù) 項目Z40-8型Z60-12型罐體尺寸(mm)27682907326276829010900有效受熱面積(m2)4060單罐產(chǎn)量(t)7.58.510.011.0燃料種類粗熱煤氣凈化煤氣煤氣耗量(m3/h)10001300燃燒室溫度()1300134012801350廢氣出口溫度()9501050650750熱效率(%)37404450渣含鋅(%)33鋅回收率(%)94969496耐火材料用量(t/臺)260350其中：SiC(t/臺)2535單罐壽命(月)12151518第三十七頁，共四十八頁。粗鋅精餾 火法煉鋅一般產(chǎn)出品位為9799

21、的粗鋅,可直接用于鍍鋅工業(yè),如需精鋅，可通過精餾精煉法，利用各種金屬沸點的不同除去其中的鉛、銅、鎘、鐵等雜質(zhì)。精餾在精餾塔內(nèi)進行。精餾塔包括兩個部分：鉛塔及其冷凝器和鎘塔及其冷凝器。粗鋅先從熔化爐流入鉛塔，塔內(nèi)溫度維持約1000，高沸點的鉛、銅、鐵與部分鋅共熔，經(jīng)塔底流入精煉爐得低鎘粗鋅、硬鋅和粗鉛。大部分鋅和全部鎘揮發(fā)，經(jīng)冷凝器冷凝成液體后導(dǎo)入鎘塔，使鋅與鎘進一步分離。精餾塔由若干個碳化硅塔盤疊加而成。一般兩個鉛塔配一個鎘塔。一座由61塊塔盤(1220610毫米)組成的鉛塔,每天可精煉50噸粗鋅。精餾可產(chǎn)出99.99的精鋅，回收率可達(dá)99,并可綜合提取鉛、鎘、銦、鍺等。第三十八頁，共四十八頁

22、。我國豎罐煉鋅廠家柳鋅公司葫蘆島鋅廠錫礦山鋅廠昆明萬通公司貴州赫章誠達(dá)公司曲靖創(chuàng)苑鋅廠長沙鋅廠陜西東嶺集團建設(shè)規(guī)模(t/a)125002250003000022500150002000018000150000豎罐數(shù)量(臺)5208648712豎罐型號Z40-8Z100-8Z60-12Z60-12Z45-9Z60-12Z60-12、Z40-8Z100-8有效受熱面積(m2)40406060604560、40100最終產(chǎn)品精鋅和氧化鋅精鋅精鋅粗鋅精鋅精鋅粗鋅精鋅投產(chǎn)時間199319941996199719981999倒閉1938第三十九頁，共四十八頁。5.鼓風(fēng)爐煉鋅第四十頁，共四十八頁。5.鼓風(fēng)爐

23、煉鋅（一）密閉鼓風(fēng)爐煉鋅。此法先將硫化鉛鋅精礦進行焙燒，焙燒得氧化狀態(tài)的燒結(jié)塊，形成多孔的團礦塊。然后，在密閉鼓風(fēng)爐內(nèi)添加熱焦碳和熔劑進行還原熔煉，鼓入熱空氣，這時鉛、鋅等被還原成金屬狀態(tài)，脈石等雜質(zhì)造渣而除去，產(chǎn)出鉛鋅金屬隨爐氣逸出的鋅蒸氣經(jīng)鉛雨冷凝后，而得到的金屬再經(jīng)過精煉，得工業(yè)用鋅，鉛和爐渣則成為液態(tài)，從爐口放出而得粗鉛，再精餾得到合格鉛、鋅金屬 。第四十一頁，共四十八頁。5.鼓風(fēng)爐煉鋅（二）密閉鼓風(fēng)爐主要技術(shù)指標(biāo)序號指標(biāo)項目單位數(shù)值燒結(jié)機面積平方米70130鼓風(fēng)爐膛面積平方米1727單位面積年產(chǎn)鋅噸平方米單位面積年產(chǎn)鉛噸平方米焦碳預(yù)熱溫度度焦碳消耗量噸日130200鉛冶煉直收率冶煉直

24、收率8085鉛冶煉總回收率5鋅冶煉總回收率05第四十二頁，共四十八頁。5.鼓風(fēng)爐煉鋅（三）密閉鼓風(fēng)爐煉鋅的主要消耗：焦碳0.9噸、補充鉛耗4068公斤、氯化銨20公斤、電350KWH、煤氣耗650立方、水100噸。其主要研究方向：熔煉氧化物燒結(jié)塊、熱團礦的熔煉、爐水套風(fēng)口加料裝置改進、冷凝器改進、真空提鋅、優(yōu)質(zhì)冶金焦替代、生產(chǎn)自動化、低熱值煤氣利用、有價成分回收利用開發(fā)。第四十三頁，共四十八頁。6.電爐煉鋅電熱法煉鋅。利用電能直接在電爐內(nèi)加熱爐料，連續(xù)蒸餾出鋅蒸氣，然后冷凝而得粗鋅，粗鋅精煉而獲得含量在99%以上的鋅。此法又按生產(chǎn)時獲得熱能的方式不同被分為電阻爐煉鋅和電弧爐煉鋅兩類 。電爐煉鋅屬火法煉鋅，在美國、德國和日本等國相繼采用。目前，世界最大的煉鋅電爐是德國的杜依斯堡公司銅鋅分廠的煉鋅爐，電爐變壓器容量為6000KVA。電爐煉鋅具有投資快、上馬快、污染小和建設(shè)周期短等優(yōu)點。我國起步比較晚，1985年我國首臺工業(yè)試驗煉鋅電