鋅的冶煉方法全解

1、鋅冶煉知識講座之三,鋅冶金方法,目錄,1.煉鋅的歷史2. 鋅的主要化學(xué)物特點(diǎn)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),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(yùn)到瑞典

2、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(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)。國外：50年代由于密閉鼓風(fēng)爐（同時(shí)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

3、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(dòng)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）,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。

4、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(gè)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）,我國上規(guī)模冶煉企業(yè)466個(gè)，分布在全國25個(gè)省、市、自治區(qū)；鋅冶煉主

5、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(huì)）,2. 鋅的主要化學(xué)物特點(diǎn)（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(diǎn)419.5℃, 熔化熱7.385KJ/mol; 沸點(diǎn)908 ℃ 蒸氣壓

6、公式：㏒ P=11.5729-1.2742 ㏒T-6674.4T/T (764~1254K); 25 ℃時(shí)密度：7.140g/cm3,,.鋅的化學(xué)性質(zhì)：活潑，容易形成2價(jià)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(shí)，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。

7、,2. 鋅的主要化學(xué)物特點(diǎn)（二）,氧化鋅的物理性質(zhì)：白色，加熱后變黃，熔點(diǎn)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(qiáng)烈的吸熱反應(yīng)：

8、ZnO+CO=Zn氣+CO2； ZnO+C=Zn氣+CO，從熱力學(xué)和動(dòng)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 ℃。下表為ZnO+CO=Zn氣+CO2反應(yīng)的平衡組成( 前為鋅蒸氣%，后為CO%）,2. 鋅的主要化學(xué)物特點(diǎn)（三）,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。硫化鋅

9、化學(xué)性質(zhì)：與氫氣： ZnS+H2 = Zn+H2S 在1000度時(shí)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）,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

10、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(huì)造成污染。主要分：焙燒、浸出、凈化和電解（電積、含鑄錠）4個(gè)工序。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。 　　① 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120～170克/升的浸出液，凈化后送往電積。浸出作業(yè)中

11、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5.2～5.4，使鐵、砷、銻、鍺水解沉淀。浸出條件：溫度55～60℃，時(shí)間60分鐘左右，液固比(9～13):1。 　?、?酸性浸出 為溶解中性浸出礦漿中殘余的氧化鋅,常采用1～2段酸性浸出。浸出條件為：終點(diǎn)殘酸3～5克／升,溫度60～75℃,時(shí)間120～150分鐘,液固比(7～9):1。,浸出工藝分類,常規(guī)法黃鉀鐵礬法針

12、鐵礦法赤鐵礦法,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(shí)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(shí)間不宜太長。除鈷、鎳時(shí)要求溫度為70～80℃,并添加CuSO4、As2O3、銻粉

13、或銻鹽作活化劑。用As2O3時(shí)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α亞硝基β萘酚除鈷。,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0.5～1％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

14、度400～600安／米2,溫度35～40℃，槽電壓3.3～3.6伏，電流效率85～92％。每噸陰極鋅消耗直流電3000～3300千瓦·時(shí)。陰極鋅電積周期一般為24或48小時(shí)，鋅片可用人工或機(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99.99～99.995％。,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=

15、4ZnO+4SO2； 2SO2+O2=2SO3 ；ZnO+SO3 =ZnSO4分類：低溫焙燒（800~950℃）、中溫焙燒（950~1050℃）、高溫 焙燒（1150~1180℃）,,3.濕法煉鋅（五）,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 、行車等電解主要設(shè)備：電解

16、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,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)?；瘜W(xué)反應(yīng)方程式：ZnS+H2SO4+0.5O2→ZnSO4+H2O+S,,◇ 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(shí)現(xiàn)了工業(yè)化試

17、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。 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(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。 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，

18、控制溫度 150度，氧壓700kPa，反映時(shí)間1h，硫化鋅中,,硫被氧化成元素硫，鋅成為可溶硫酸鋅，鋅的浸出率可達(dá)97％～99％。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。硫化鋅精礦氧壓浸出的溫度為140℃～150℃，氧分壓為700kPa，浸出時(shí)間1小時(shí)，鋅浸出率可達(dá)98%以上，硫總回收率為88%。,◇ 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

19、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(shí)通入氧氣，在溫度95度～105度、壓力6～8kg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。,◇ 氧壓浸出與常壓氧浸的差別

20、,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??；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。,4.豎罐煉

21、鋅 工藝流程1,,,4.豎罐煉鋅 工藝流程2,4.豎罐煉鋅 工藝流程3,4.豎罐煉鋅 團(tuán)礦主要設(shè)備,豎罐主要技術(shù)參數(shù),,粗鋅精餾 火法煉鋅一般產(chǎn)出品位為97～99％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(gè)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(diǎn)的鉛、

22、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(gè)碳化硅塔盤疊加而成。一般兩個(gè)鉛塔配一個(gè)鎘塔。一座由61塊塔盤(1220×610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,5.鼓風(fēng)爐煉鋅（一）,密閉鼓風(fēng)爐煉鋅。此法先將硫化鉛

23、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(shí)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),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(bǔ)充鉛耗40

24、~68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(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(dòng)化、低熱值煤氣利用、有價(jià)成分回收利用開發(fā)。,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(shí)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

25、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(diǎn)。我國起步比較晚，1985年我國首臺工業(yè)試驗(yàn)煉鋅電爐在山西臨汾建成。經(jīng)過十多年的發(fā)展，電爐煉鋅技術(shù)日臻完善，工藝不斷成熟，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)出口到了伊朗、加拿大等國家。,6.電爐煉鋅（二）,7.煉鋅副產(chǎn)品綜合回收,濕法煉鋅的回收：從浸出渣里回收低度氧

26、化鋅（回轉(zhuǎn)窯）、回收鉛（鉛泥）、浮選銀從銅鎘渣中回收銅、鎘（濕法）從黃鈷酸中回收鈷（濕法）從低度氧化鋅里回收銦、鍺、鎵等稀散貴金屬（萃?。年枠O泥里回收金、銀（浮選、氰化冶煉）火法煉鋅的回收：從含鎘煙塵中回收鎘和鉈（萃?。慕菇Y(jié)煙塵里回收銦（萃?。挠蹭\和粗鉛里回收銦、鍺（真空爐）從冶煉渣里回收鉛、鋅、銅、鐵、硫（旋渦爐）冶煉煙氣回收汞（蒸餾、鹿皮過濾）冶煉煙氣余熱回收（余熱鍋爐）,8.煉鋅的發(fā)展方向和新技術(shù),大型