講座三：鋅的冶煉方法

1、鋅冶煉知識講座之三 鋅冶金方法熱烈歡迎河池技術(shù)學(xué)院 同學(xué)們來鋅廠實(shí)習(xí)！目錄l1.煉鋅的歷史l2. 鋅的主要化學(xué)物特點(diǎn)l3.濕法煉鋅l4.豎罐煉鋅l5.鼓風(fēng)爐煉鋅l6.電爐煉鋅l7.煉鋅副產(chǎn)品綜合回收l8.煉鋅的發(fā)展方向和新技術(shù)1.煉鋅的歷史l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(yùn)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%。l方法：將含碳酸鋅的物料與煤攪拌均勻置入密閉罐中，加熱蒸餾

2、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(yàn)于1881年，直流電機(jī)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)。l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(jī)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)。1.煉鋅的歷史（二）l國內(nèi)：第一家采用現(xiàn)代技術(shù)生產(chǎn)鋅的企業(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

3、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。l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(kuò)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。1.煉鋅的歷史（三）1.煉鋅的歷史（四）1.煉鋅的歷史（五）1.煉鋅的歷史（六）l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

4、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。l（以上資料來源：中國有色金屬工業(yè)協(xié)會）2. 鋅的主要化學(xué)物特點(diǎn)（一）l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(diǎn)419.5, 熔化熱7.385KJ/mol; 沸點(diǎn)908 蒸氣壓公式： P=11.5729-1.2742 T-6674.4T/T (7641254K); 25 時密度：7.140g/cm3.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

5、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(jī)酸，隨著酸的濃度和溫度提高，反應(yīng)加劇。鋅易溶于堿性水溶液，產(chǎn)生氫氣和鋅酸鹽。2. 鋅的主要化學(xué)物特點(diǎn)（二）l氧化鋅的氧化鋅的物理物理性質(zhì)：性質(zhì)：白色，加熱后變黃，熔點(diǎn)白色，加熱后變黃，熔點(diǎn)1975，氣化熱，氣化熱539.736KJ/mol,密度密度5.70g/cm3,溶解度溶解度3x10-4g(25 100g 水），晶體結(jié)水），晶體結(jié)構(gòu)有：六方形、構(gòu)有：六方形、NaCl立方、立方、 fc立方。在立方。在1000 開始揮蒸發(fā)，開始揮蒸發(fā)，1300 后明后明顯。顯。l氧

6、化鋅的氧化鋅的化學(xué)化學(xué)性質(zhì)：性質(zhì)：兩性化合物，即溶解于酸又溶于堿。兩性化合物，即溶解于酸又溶于堿。高溫下：高溫下：2ZnO=2Zn+O2 逆反過程，惰性為正，空氣里為反。逆反過程，惰性為正，空氣里為反。氧化鋅的熱還原是強(qiáng)烈的吸熱反應(yīng)：氧化鋅的熱還原是強(qiáng)烈的吸熱反應(yīng)：ZnO+CO=Zn氣氣+CO2； ZnO+C=Zn氣氣+CO，從熱力學(xué)和動力學(xué)上，溫度增加，從熱力學(xué)和動力學(xué)上，溫度增加，都對都對2反應(yīng)有好處，工業(yè)上至少保證反應(yīng)有好處，工業(yè)上至少保證1000 。下表為。下表為ZnO+CO=Zn氣氣+CO2反應(yīng)的平衡組成反應(yīng)的平衡組成( 前為鋅蒸氣前為鋅蒸氣%，后為，后為CO%）2. 鋅的主要化學(xué)物

7、特點(diǎn)（三）l硫化鋅物理性質(zhì)： 自然界里以閃鋅礦形式存在。熔點(diǎn)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。l硫化鋅化學(xué)性質(zhì)：與氫氣： ZnS+H2 = Zn+H2S 在1000度時也難進(jìn)行反應(yīng)與氧氣：2ZnS+3O2 = ZnSO4+ZnO+SO2 （700度以下） ZnS+O2 = ZnO+SO2 （860度以上） 2. 鋅的主要化學(xué)物特點(diǎn)（四）3.濕法煉鋅濕法煉鋅工藝流程3.濕法煉鋅（二）l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，鋅金屬回收

8、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。l主要分：焙燒、浸出、凈化和電解（電積、含鑄錠）4個工序。l浸出浸出 使焙燒礦中的鋅最大限度地溶解。按作業(yè)終點(diǎn)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(diǎn)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

9、的氧化鋅,常采用12段酸性浸出。浸出條件為：終點(diǎn)殘酸35克升,溫度6075,時間120150分鐘,液固比(79):1。 浸出工藝分類l常規(guī)法l黃鉀鐵礬法l針鐵礦法l赤鐵礦法3.濕法煉鋅工藝介紹l浸出液凈化浸出液凈化 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(jī)械攪拌，而不用空氣攪拌。中國于1965年試驗(yàn)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CuSO4、As2O3、銻粉或

10、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。 3.濕法煉鋅工藝介紹2l鋅的電積鋅的電積 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(jìn)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。陰極鋅電積周期一般為24或48小時，鋅片可

11、用人工或機(jī)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。 3.濕法煉鋅（三）lA：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）3.濕法煉鋅（五）l浸出主要設(shè)備：浸出桶、攪拌器、濃密機(jī)、濃縮槽、壓濾機(jī)、泵、儲液桶 、行車等l凈化主要設(shè)備：凈化桶、攪拌器、濃密機(jī)、濃縮槽、壓濾機(jī)、泵、儲液桶 、行車等l電解主要設(shè)備：電解

12、槽、整流器、陽極板、陰極板、風(fēng)冷塔、工頻爐、行車、磅稱、鑄錠機(jī) 濕法煉鋅鋅方向-全濕法煉鋅工藝l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l是第三代煉鋅新技術(shù)。或者可成為我國今后鋅冶煉推廣應(yīng)用的首選技術(shù)。l化學(xué)反應(yīng)方程式：ZnS+H2SO4+0.5O2ZnSO4+H2O+S 氧壓浸出l 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(shí)現(xiàn)了工業(yè)化試驗(yàn)，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。l 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

13、極的聯(lián)合流程，二段氧壓浸出為獨(dú)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。l 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l(wèi)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(jī)濃縮，濃縮上清液送凈化、電積、熔鑄生產(chǎn)電鋅，濃密機(jī)底流送硫回收工序。l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%。 常壓氧

14、浸l 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)。l 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(jī)，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(jìn)入二段浸出。二段浸出后礦漿進(jìn)入硫浮選，浮選后的礦 漿進(jìn)入濃密機(jī)，經(jīng)過濾后排出硫浮選尾礦（即鉛銀渣），溶液返回一段浸出。株冶氧浸出主體設(shè)備-氧浸罐 氧壓浸出與常壓氧浸的差別l 常壓氧浸與加壓浸出的差別是：常壓氧浸是在溶液沸點(diǎn)以下進(jìn)行，浸出速率一般較

15、小；而氧壓浸出是在密閉的反應(yīng)容器內(nèi)進(jìn)行，反應(yīng)溫度可提高到溶液沸點(diǎn)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(qiáng)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(jī)功率較大，所需制氧站規(guī)模較大，電耗增加。鋅沸騰爐、制酸系統(tǒng)電解鋅的電解槽電解鋅廠房4.豎罐煉鋅 工藝流程1濕式輪碾機(jī)潤濕式棒磨機(jī)斗式提升機(jī)雙軸合料機(jī)調(diào)速皮帶還原煤調(diào)速皮帶鋅焙砂藍(lán)粉、返料調(diào)速皮帶壓密機(jī)壓團(tuán)機(jī)濕團(tuán)礦粘合劑調(diào)速螺旋4.豎罐煉鋅 工藝流程2鑄 錠 或 送 精 餾 系 統(tǒng)煤 氣 洗

16、 滌 機(jī)返 煤 氣 系 統(tǒng)爐 氣粗 鋅二 冷 器一 冷 器鋅 蒸 氣補(bǔ) 充 煤 氣燃 燒 廢 氣高 溫 煙 氣消 氧 碉 堡豎 罐 蒸 餾 爐橋 式 吊 車焦 結(jié) 礦干 團(tuán) 礦焦 結(jié) 爐藍(lán) 粉低 度 氧 化 鋅風(fēng) 機(jī)煙 囪 排 放布 袋 收 塵 器發(fā) 生 爐 煤 氣脫 水 塔燃 燒 廢 氣降 溫 塔4.豎罐煉鋅 工藝流程34.豎罐煉鋅 團(tuán)礦主要設(shè)備豎罐主要技術(shù)參數(shù)豎罐主要技術(shù)參數(shù) l粗鋅精餾粗鋅精餾 火法煉鋅一般產(chǎn)出品位為9799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(diǎn)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(jìn)行。精餾塔包括兩個部分：鉛塔及其冷凝器和

17、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(diǎn)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(jìn)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。我國豎罐煉鋅廠家5.鼓風(fēng)爐煉鋅密閉鼓風(fēng)爐混合合格燒結(jié)塊燒結(jié)機(jī)煙塵鉛鋅混合料返料余熱鍋爐煙氣制酸硫酸熔劑調(diào)速螺旋焦碳冷凝器粗鉛、粗鋅、浮渣鉛鋅分離器溜槽5.鼓風(fēng)爐煉鋅（一）l密閉鼓風(fēng)爐煉鋅。

18、此法先將硫化鉛鋅精礦進(jìn)行焙燒，焙燒得氧化狀態(tài)的燒結(jié)塊，形成多孔的團(tuán)礦塊。然后，在密閉鼓風(fēng)爐內(nèi)添加熱焦碳和熔劑進(jìn)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 。5.鼓風(fēng)爐煉鋅（二）密閉鼓風(fēng)爐主要技術(shù)指標(biāo)密閉鼓風(fēng)爐主要技術(shù)指標(biāo)5.鼓風(fēng)爐煉鋅（三）l密閉鼓風(fēng)爐煉鋅的主要消耗：焦碳0.9噸、補(bǔ)充鉛耗4068公斤、氯化銨20公斤、電350KWH、煤氣耗650立方、水100噸。l其主要研究方向：熔煉氧化物燒結(jié)塊、熱團(tuán)礦的熔煉、爐水套風(fēng)口加料裝置改進(jìn)、冷凝器改進(jìn)、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)。6.電爐煉鋅l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