火法煉鋅與濕法煉鋅

火法煉鋅與濕法煉鋅目錄2023/05/19冶金三班3冶煉原理工藝流程工藝特點主要設備冶煉原理2023/05/19冶金三班3火法煉鋅根本原理火法煉鋅是先將鋅精礦進行氧化焙燒或燒結焙燒，使精礦中的ZnS變?yōu)閆nO，然后用碳質復原劑復原得到鋅蒸氣，再進一步蒸餾提純得精煉鋅。按冶煉設備不同可分鼓風爐、豎罐、電爐、平罐等煉鋅方法。平罐煉鋅在20世紀前是唯一的煉鋅方法，是一種簡單而又落后的煉鋅方法，由于能耗高，生產率低，目前已根本淘汰。焙砂中ZnO的復原2023/05/19冶金三班4火法煉鋅是基于在高溫〔>1273K〕ZnO能被碳質復原劑復原，主要反響為：ZnO(s)+CO(g)=Zn(g)+CO2(g)C(s)+CO2(g)=2CO(g)總反響為：ZnO(s)+C(s)=Zn(g)+CO(g)焙砂中其他物質的復原2023/05/19冶金三班5存在于焙砂中的鐵酸鋅〔ZnO.Fe2O3〕在蒸餾過程中可被CO復原：ZnO.Fe2O3+CO=ZnO+2FeO+CO2ZnO+CO=Zn+CO2焙砂中的硅酸鋅在配入石灰后也容易復原，但焙砂中的ZnSO4和ZnS不被復原完全進入蒸餾殘渣中而引起鋅的損失。Zn蒸氣的冷凝2023/05/19冶金三班6冷凝反響復原蒸餾得到的鋅蒸氣必須在冷凝器中冷凝成液體鋅。Zn(g)→Zn〔l〕鋅蒸氣的冷凝是相變過程，為使氣態(tài)鋅轉化為液態(tài)鋅，必須使鋅蒸氣溫度降到沸點下〔<1180K〕。實際生產中，降低冷凝溫度直到接近鋅的熔點，使剩余的鋅蒸汽壓接近零，可獲得最大冷凝效率。復原蒸餾氣體組成的組成復原蒸餾產生的氣體是Zn蒸氣、CO和少量的CO2的混合氣，鋅蒸汽的含量不超過50%。2023/05/19冶金三班7藍粉的生成如鋅蒸汽剛冷凝成小液滴，其外表即被氧化，生成氧化物薄膜，最終凝固成細粉，即藍粉。引起藍粉的主要因素為CO2，這是因為反響：ZnO+CO=Zn(g)+CO2為吸熱反響，所以當爐氣中溫度下降時CO2將使產出的鋅蒸氣再氧化成ZnO，并包裹在鋅液滴的外表，形成藍粉，降低冷凝效率。為了防止氧化反響的發(fā)生，盡可能在高溫下直接將鋅蒸氣導入冷凝器內，使之急冷。冷凝設備有鋅雨飛濺式冷凝器和鉛雨飛濺式冷凝器兩類。鼓風爐煉鋅得到的Zn蒸氣濃度低，因此生產中采用高溫密閉爐頂和鉛雨冷凝的方法。利用鉛雨冷凝時，利用鋅在液體鉛中有一定溶解度，降低冷凝下來的鋅的活度，從而保護鋅不被爐氣中的CO2所氧化。冶煉原理2023/05/19冶金三班8濕法煉鋅根本原理濕法煉鋅是用稀硫酸(即廢電解液)浸出鋅焙燒礦得硫酸鋅溶液，經凈化后用電積的方法將鋅從溶液中提取出來。當前，濕法煉鋅具有生產規(guī)模大、能耗較低、勞動條件較好、易于實現機械化和自動化等優(yōu)點在工業(yè)上占主導地位，鋅總產量的80~85%來自濕法煉鋅。Ⅰ.鋅焙砂的浸出2023/05/19冶金三班9濕法煉鋅中鋅焙砂的浸出就是用硫酸溶液將焙砂中的鋅及其他有價元素溶解到溶液中，并使有價元素與脈石等不溶物別離的過程。鋅焙砂浸出需到達兩個目的：①物料中的鋅盡可能完全溶解到浸出液(即浸出率高)；②有害雜質盡可能不溶解，而進入渣中與鋅別離。Ⅱ.鋅焙砂浸出的主要反響2023/05/19冶金三班10⑴ZnOZnO是焙砂的主要成分，浸出時與硫酸作用，按以下反響進入溶液：ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O該反響為浸出過程的主反響。⑵ZnS硫化鋅在實際浸出過程不發(fā)生反響而留在渣中。2023/05/19冶金三班11⑶ZnO.Fe2O3〔鐵酸鋅〕在一般酸浸條件下〔溫度333~343K，終點酸度1~5g/LH2SO4〕，鐵酸鋅不溶解，留在渣中造成鋅的損失。當采用高溫高酸浸出〔溫度為363~368K，終點酸度為40~60g/LH2SO4〕，鐵酸鋅按以下反響溶解：ZnO.Fe2O3+4H2SO4=ZnSO4+Fe2(SO4)3+4H2O鐵酸鋅的浸出率到達90%以上，但大量鐵也轉入溶液，目前工業(yè)上采用黃鉀鐵釩法、針鐵礦法和赤鐵礦法除鐵。⑷ZnO.SiO2〔硅酸鋅〕硅酸鋅可按以下反響溶解進入溶液:2ZnO.SiO2+2H2SO4=2ZnSO4+SiO2+2H2O生成的SiO2不能沉淀呈膠體狀態(tài)存在于溶液中，固液別離發(fā)生困難。為了加速礦漿的澄清與過濾，提高設備生產率，在浸出礦漿固液別離時，需參加絮凝劑。Ⅲ.硫酸鋅溶液的電解沉積2023/05/19冶金三班12將凈化后的ZnSO4溶液與電解廢液混合，連續(xù)從電解槽的進液端流入電解槽內，所用的陽極板為含銀0.5%~1%的鉛-銀合金板，陰極板為鋁板。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。其總反響為：2023/05/1913陰極過程電解液中雜質元素的含量很低時，正離子主要是Zn2+和H+，在工業(yè)生產條件下〔當電解液含Zn50g/l，H2SO4115g/l，電解溫度40℃〕，所以鋅電解的陰極過程主要是Zn2+的放電:Zn2++2e=Zn陽極過程陽極上首先發(fā)生鉛陽極的溶解，形成PbSO4覆蓋在陽極外表。Pb+SO42--2e=PbSO4↓當電位增大到某一數值時，Pb2-被氧化成Pb4-，并與氧結合生成PbO2：PbSO4+2H2O-2e=PbO2+4H++SO42-當陽極完全被PbO2覆蓋，鉛板陽極不再溶解，進入正常的陽極反響：2H2O-4e=O2+4H+最終放出氧氣，增加溶液中H+濃度?；鸱掍\工藝流程2023/05/19冶金三班14焙燒還原蒸餾精煉濕法煉鋅工藝流程焙燒浸出及凈化電解沉積工藝流程2023/05/19冶金三班15火法煉鋅原那么工藝流程圖濕法煉鋅原那么工藝流程圖2023/05/19冶金三班16硫化礦的焙燒是火法煉鋅和濕法煉鋅工藝的第一步冶金過程。焙燒的目的不同〔1〕火法煉鋅工藝的焙燒目的完全脫硫，得到金屬氧化物組成的焙燒礦〔焙砂〕，從而可使蒸餾得到的鋅較純，防止蒸餾過程鋅成為硫化鋅而造成的鋅的損失。〔2〕濕法煉鋅工藝的焙燒目的不完全脫硫，焙燒時要保存少量的硫酸鹽，以補償浸出和電解過程中損失的硫酸。同時盡可能少生成鐵酸鋅。2023/05/19冶金三班17焙燒燒的程度不同〔1〕火法煉鋅的焙燒是完全的氧化焙燒(死焙燒)。這是因為火法冶煉是在強復原性氣氛中使氧化鋅被一氧化碳復原成金屬鋅，在現有工藝條件下硫化鋅是不能被復原成金屬鋅的。〔2〕濕法煉鋅廠的焙燒實際也是氧化焙燒。但在焙砂中除了得到氧化鋅外，還要保存少量的硫酸鹽，以補償電解和浸出循環(huán)系統(tǒng)中硫酸的損失。焙燒過程的主要反響2023/05/19冶金三班18〔1〕硫化鋅〔ZnS〕硫化鋅以閃鋅礦〔nZnS·mFeS〕的形式存在于精礦中。焙燒開始時進行反響〔1〕和反響〔2〕：

生成SO2后，在有氧的條件下發(fā)生可逆反響〔3〕

2023/05/19冶金三班19生成SO3后，發(fā)生可逆反響〔4〕在實際的鋅精礦焙燒過程中，就是通過控制焙燒溫度和氣相組成來控制焙燒產物中鋅的存在形態(tài)。生產中通過控制供風量(空氣過剩系數)來調節(jié)氣相組成。2023/05/19冶金三班20〔2〕硫化鐵〔FeS2〕硫化鐵統(tǒng)稱為黃鐵礦，是鋅精礦中常見成分。焙燒時在較低的溫度下即發(fā)生熱分解：也按以下反響生成氧化物：焙燒結果得到Fe2O3和Fe3O4。2023/05/19冶金三班21〔3〕鐵酸鋅873K以上，焙燒生成的ZnO與Fe2O3反響：ZnO+Fe2O3=ZnO.Fe2O3〔鐵酸鋅〕濕法浸出時，鐵酸鋅不溶于稀硫酸，留在殘渣中造成Zn損失。因此，濕法浸出時要求在焙燒中防止鐵酸鋅的生成。傳統(tǒng)濕法煉鋅工藝要求精礦含鐵5%~6%。2023/05/19冶金三班22〔4〕硅酸鹽鋅精礦中含有SiO2〔2%~8%〕，SiO2易與ZnO生成硅酸鋅〔2ZnO.SiO2〕，SiO2還易與PbO生成低熔點的硅酸鉛〔2PbO.SiO2〕，熔融狀態(tài)的硅酸鉛能與其他金屬氧化物或硅酸鹽形成復雜的硅酸鹽。在濕法浸出過程中，硅酸鋅和其他硅酸鹽易溶解，但生成的SiO2在濕法浸出時成膠體狀態(tài)，對澄清和過濾不利。為了防止硅酸鹽的形成，對入爐精礦中的鉛、硅含量要嚴格控制。硅酸鹽的形成對火法煉鋅過程影響不大。火法煉鋅工藝特點2023/05/19冶金三班23⑴平罐煉鋅平罐煉鋅是20世紀初采用的主要的煉鋅方法，一座蒸餾爐約有300個罐，生產周期為24h，每罐一周期生產20~30kg，殘渣中含鋅約5~10%，鋅回收率只有80~90%。平罐煉鋅的生產過程簡單，基建投資少，但由于罐體容積少，生產能力低，難以實現連續(xù)化和機械化生產。而且燃料及耐火材料的消耗大，鋅的回收率還很低，所以目前已根本淘汰。⑵豎罐煉鋅豎罐煉鋅具有連續(xù)性作業(yè)，生產率、金屬回收率、機械化程度都很高的優(yōu)點，但存在制團過程復雜、消耗昂貴的碳化硅耐火材料等缺乏。豎罐煉鋅是20世紀30年代應用于工業(yè)生產，目前已根本淘汰，但目前在我國的鋅生產仍占一定的地位。2023/05/19冶金三班24⑶電爐煉鋅電爐煉鋅的特點是直接加熱爐料的方法，得到鋅蒸氣和熔體產物，如冰銅、熔鉛和熔渣等。因此此法可處理多金屬鋅精礦。此法鋅的回收率約為90%，電耗3000~3600KW·h/t(Zn)。電爐煉鋅僅適于電力廉價的地區(qū)。⑷鼓風爐煉鋅〔ISP法〕英國于1950年開展的方法，此法與罐式蒸餾法間接加熱的方式不同，它是將熱交換和氧化鋅復原過程在同一容器內進行。鼓風爐既能處理鋅、鉛混合硫化礦或鋅鉛氧化礦，也能處理鉛鋅煙塵等。是目前火法煉鋅的主要工藝。硫化鋅鉛精礦經燒結焙燒成燒結礦，配以焦炭，參加鼓風爐內，鼓入預熱空氣，使炭燃燒，在高溫和強復原性氣氛中進行復原熔煉。復原所得鋅蒸氣從爐頂排出，經鉛雨冷凝得粗鋅，同時從爐底排出復原熔煉所產的粗鉛。濕法煉鋅工藝特點2023/05/19冶金三班25⑴傳統(tǒng)的濕法煉鋅工藝①產生的窯渣在自然狀態(tài)下比較穩(wěn)定，可溶性鹽類和其他化合物少，便于堆存，有利于環(huán)保②燃料、復原劑及耐火材料大的缺點⑵全濕法煉鋅工藝①省卻了傳統(tǒng)濕法煉鋅工藝的焙燒工序，簡化了生產流程，消除了SO2煙氣的危害，環(huán)境污染小。②硫以元素硫回收，回收率為88%。鋅回收率高，可達98%以上。工藝適應性好。主要設備2023/05/19冶金三班26焙燒車間設備及布置2023/05/19冶金三班27沸騰焙燒爐擴大型沸騰爐2023/05/19冶金三班28平罐煉鋅爐2023/05/19冶金三班29豎罐煉鋅爐2023/05/19冶金三班30鉛鋅鼓風爐2023/05/19冶金三班31粗鋅精餾塔濕法浸出設備2023/05/19冶金三班32空氣攪拌槽1-攪拌風管；2-防腐襯里；3-混凝土槽；4-楊升器；5-礦漿輸