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1、焙烧目的,硫化锌精矿焙烧过程是在高温下借助于空气中的氧进行的氧化的过程。焙烧的目的与要求决定于下一步的生产流程，各具特点。,火法炼锌(蒸馏法) ： 是在焙烧时实行死焙烧(氧化焙烧)，尽可能地除去全部硫，以及尽可能完全使铅、镉、砷、锑挥发除去，得到主要由金属氧化物组成的焙砂，使以后蒸馏时可以得到较高质量的锌锭。产出浓度足够大的SO2烟气以供生产硫酸。含镉与铅多的烟尘作为炼镉原料。,3.2 硫化锌精矿的焙烧,鼓风炉炼锌： 通过烧结机进行烧结焙烧，既要脱硫、结块，还要控制铅的挥发。精矿中含铜较高时，要适当残留一部分硫，以便在熔炼中制造冰铜。,2) 使砷与锑氧化并以挥发物状态从精矿中除去；,湿法炼锌：
2、 1) 尽可能完全地氧化金属硫化物并在焙砂中得到氧化物及少量硫酸盐(34%SSO4)，实行部分硫酸盐化焙烧，焙砂中少量硫酸盐以补偿电解与浸出循环系统中硫酸的损失；,3) 在焙烧时尽可能少地得到铁酸锌；,4) 得到SO2浓度大的焙烧炉气以制造硫酸；,5) 得到细小粒子状的焙烧矿以利于浸出的进行。,（Zn-S-O系基本反应）,3.2.1 硫化锌精矿焙烧的热力学基础,Zn-S-O系等温平衡状态图,当焙烧温度一定时，焙烧过程中锌的存在形态取决于pSO2和pO2。,不同气氛生产不同的产物。,Zn-S-O系等温平衡状态图,当气相组成不变，改变焙烧温度时，也可改变焙烧产物中锌存在的形态。,提高温度有利于Zn
3、O的生成！,Zn-Fe-S-O系氧势-温度平衡图 （PSO2=0.1 atm）,当温度一定时，ZnS氧化顺序是：,ZnO-ZnO2ZnSO4 -ZnSO4,火法炼锌空气过剩系数为 1.051.10。 湿法炼锌空气过剩系数为 1.201.30。,Zn-Fe-S-O系氧势-温度平衡图 （PSO2=0.1 atm）,当PSO2=0.1 atm ， PO2=10132.520265 Pa 时，,1203K,当 T 1203K（930）时，ZnO稳定。,当 T 1203K（930）时， ZnO2ZnSO4稳定。,火法炼锌的焙烧温度一般控制在1000 以上,Zn-Fe-S-O系氧势-温度平衡图 （PSO2
4、=0.1 atm）,当PSO2=0.1 atm ， PO2=10132.520265 Pa 时，,1143K,当 T 1203K（930）时，ZnO稳定。,当 T 1203K（930）时， ZnO2ZnSO4稳定。,当 T 1143K（870）时，ZnSO4稳定。,Zn-Fe-S-O系氧势-温度平衡图 （PSO2=0.1 atm）,当PSO2=0.1 atm ， PO2=10132.520265 Pa 时，,1180K,当 T ZnO2ZnSO4、Fe2O3,Zn-Fe-S-O系氧势-温度平衡图 （PSO2=0.1 atm）,当PSO2=0.1 atm ， PO2=10132.520265 P
5、a 时，,1143K,当 T ZnO2ZnSO4、Fe2O3,当 T ZnSO4、Fe2O3,湿法炼锌的焙烧温度一般控制在870900 ,当进行硫酸化焙烧时，进行下列反应： ZnSO4 = ZnO + SO3 ZnO2ZnSO4 = 3ZnO + 2SO3 SO2 + 1/2O2 = SO3 体系的总压pT为,图3-6 硫酸盐分解压与温度关系,湿法焙烧温度： 高于A、A 低于B、B ZnOZnSO4稳定,火法焙烧温度： 高于B、B ZnO稳定,锌精矿的焙烧是一个复杂过程，存在着气-固反应，固-固反应以及固-液反应；除有一般的化学环节，还包括吸附、解吸、内扩散、外扩散等物理环节和晶核的生成、新相
6、的成长等化学晶形转变等现象。另外，焙烧时还会出现稳定的中间化合物和多种硅酸盐、铁酸盐、硫酸盐等。,3.2.2 硫化锌精矿焙烧动力学,1、硫化锌精矿的着火温度 着火温度决定于硫化物的物理与化学性质以及外界因素。着火温度可粗略作为划分焙烧反应的速度和控制环节的标志。,氧通过颗粒周围的气膜向其表面扩 散(外扩散)； (2) 氧通过颗粒表面的氧化物层向反应 界面扩散(内扩散)； (3) 在反应界面上进行化学反应； (4) 反应的产物SO2向着与氧相反方向 的扩散。,2、焙烧反应的机理与速度,锌冶金学 Zinc Metallurgy,3、影响锌精矿焙烧反应速度的因素 影响焙烧反应速度的因素主要有：温度、
7、氧气浓度、气流速度、精矿粒度、精矿品位等。,对于硫化锌矿氧化焙烧而言，决定反应速度的环节是气膜中氧的扩散和界面反应。(P138 表3-2) 在830以下时，界面反应的阻力占主要地位； 在880以上时，气膜传质的阻力占绝对优势。 颗粒粒度的减小有利于界面反应，也有利于扩散过程，但不能过小，否则增加烟尘率。,硫化锌精矿焙烧时各成分的行为,(1) 硫化锌 硫化锌以闪锌矿或铁闪锌矿(nZnSmFeS)的形式存在于锌精矿中。焙烧时硫化锌进行下列反应： ZnS + 2O2 ZnSO4 (1) 2ZnS + 3O2 2ZnO + 2SO2 (2) 2SO2 + O2 2SO3 (3) ZnO + SO3 Z
8、nSO4 (4),(2) 二氧化硅(SiO2) 硫化锌精矿中往往含有28SiO2，多以石英矿物形态存在，在焙烧过程中易与金属氧化物生成可溶性硅酸盐，在浸出时溶解进入溶液，形成硅酸胶体。,铅的存在能促使硅酸盐生成，促使精矿熔结，妨碍焙烧进行。熔融状态的硅酸铅可以溶解其他金属氧化物或其硅酸盐，形成复杂的硅酸盐。,(3) 硫化铅(PbS) 铅在硫化锌精矿中存在的矿物形式，称为方铅矿。硫化铅在空气中焙烧时铅可被氧化为PbSO4 和 PbO 。,硫化铅和氧化铅在高温时具有大的蒸气压，能够挥发进入烟尘，因此可采用高温焙烧来气化脱铅。,铅的各种化合物熔点较低，容易使焙砂发生粘结，影响正常的沸腾焙烧作业的进行
9、。,(4)硫化铁 锌精矿中主要的硫化铁矿有黄铁矿（FeS2）、磁硫铁矿(FenSn+1)和复杂硫化铁矿，如铁闪锌矿(nZnSmFeS)、黄铜矿(FeCuS2)，砷硫铁矿(FeAsS)等。,焙烧结果是得到Fe2O3与Fe3O4。由于FeO在焙烧条件下继续被氧化以及硫酸铁很容易分解，故可以认为焙烧产物中没有或极少有FeO与FeSO4存在。,(1) 加速焙烧作业，缩短反应时间；,(2) 增大炉料的粒度，以减小ZnO与Fe2O3颗粒的接触的表面；,(3) 将锌焙砂进行还原沸腾焙烧(采用双室沸腾炉)，用CO 还原铁酸锌，破坏铁酸锌的结构而将ZnO析出。 3(ZnO Fe2O3) + CO = 3ZnO
10、+ 2 Fe3O4 + CO2,铁酸锌的生成、危害与防治 当温度在600以上时，ZnO与Fe2O3按以下反应形成铁酸锌： ZnO + Fe2O3 = ZnO Fe2O3 对于湿法炼锌厂来说，力求在焙烧中避免铁酸锌的生成。,(5) 铜的硫化物 铜在锌精矿中存在的形式有辉铜矿(CuS)、黄铜矿(CuFeS2)、铜蓝(Cu2S)等。在高温下焙烧时铜主要以自由状态的Cu2O存在，部分为结合状态的氧化铜(Cu2OFe2O3)及自由状态或结合状态的氧化铜。,(6) 硫化镉 镉在锌精矿中常以硫化镉的形式存在，在焙烧时被氧化生成CdO和CdSO4。CdSO4在高温下分解生成CdO，与CdS挥发进入烟尘，成为提
11、镉原料。,(8) Bi、Au、Ag、In、Ge、Ga等的硫化物 Bi、In、Ge、Ga等的硫化物在焙烧过程中生成氧化物，以氧化物的状态存在于焙烧产物中， Au和Ag主要以金属状态存在于焙烧产物中。,(7) 砷与锑的化台物 在锌精矿中存在的砷、锑化合物有硫砷铁矿(即毒砂 FeAsS)、硫化砷(As2S3)、辉锑矿(Sb2S3)，在焙烧过程中生成 As2O3、Sb2O3以及砷酸盐和锑酸盐。 As2S3 、Sb2S3 、As2O3、Sb2O3容易挥发进入烟尘，砷酸盐和锑酸盐是稳定化合物残留于焙砂中。,硫化锌精矿的焙烧多采用沸腾炉焙烧。 沸腾焙烧是使空气以一定速度自下而上地吹过固体炉料层，固体炉料粒子
12、被风吹动互相分离，并作不停的复杂运动，运动的粒子处于悬浮状态，其状态如同水的沸腾，因此称为沸腾焙烧。,3.2.3 焙烧生产实践,沸腾焙烧炉内料层温度高达8501150，炉内热容量大且均匀。由于固体粒子可以较长时间处于悬浮状态，反应速度快、传热传质效率高、温差小、料粒和空气接触时间长，使焙烧过程大大强化。 沸腾炉所用设备简单，易于实现自动化控制。沸腾焙烧的应用始于1944年，当时应用于硫铁矿的焙烧，1952年才应用到炼锌工业中。我国于1957年末建成第一座工业沸腾焙烧炉并投入生产。,3.2.3.1 硫化锌精矿沸腾焙烧的理论基础,1、固体流态化的特征 沸腾焙烧的基础是固体流态化。当气体通过固体炉料
13、层时，由于气体的速度不同可分为三个阶段：即固定床、膨胀床及流态化床，如图a所示，图b为直线速度与床层压力降的关系图。,图a 吹风速度对炉料层状态的影响 图b 直线速度与床层压力降的关系图,2、沸腾层的鼓风压力与鼓风量 在固定层高度不变时粒径增大沸腾层的临界直线速度也增大（即临界鼓风量也增大），而沸腾层的压力降不变。,3.2.3.2 硫化锌精矿沸腾焙烧的工艺和设备,1、沸腾焙烧的工艺 沸腾焙烧的工艺过程一般包括炉料准备及加料系统、炉本体系统、收尘及气体处理系统和排料系统四个部分。,炉料准备包括配料、干燥、破碎与筛分。,沸腾焙烧炉的加料方式有干法加料与湿法加料两种。,沸腾焙烧所得焙烧矿自沸腾层溢流
14、口排出，排出后多采用冷却圆筒进行冷却。焙烧矿可采用湿法和干法两种输送方式。,锌冶金学 Zinc Metallurgy,2、沸腾焙烧的工艺 硫化锌精矿的焙烧可采用反射炉、多膛炉、复式炉（多膛炉与反射炉的结合）、飘悬焙烧炉和沸腾焙烧炉。,目前采用的沸腾焙烧炉有带前室的直形炉、道尔型湿法加料直型炉和鲁奇扩大型炉三种类型，多采用扩大型的鲁奇炉（Lurgi炉，又称为VM炉）。,2.5.2 硫化锌精矿沸腾焙烧的工艺和设备,2.5.2 硫化锌精矿沸腾焙烧的工艺和设备,2.5.2 硫化锌精矿沸腾焙烧的工艺和设备,锌冶金学 Zinc Metallurgy,3、沸腾焙烧炉的结构,内衬耐火材料的炉身,装有风帽的空气分布板,下部的钢壳送风斗,上部的炉顶和炉气出口,侧边的加料装置和焙砂溢流排料口,沸腾炉炉底空气分布板及风帽,必须满足以下要求：,必须使空气经过炉底的整个截面均匀送入 沸腾层；,不应使炉内焙烧矿漏入炉底的送风斗中；,炉底应能够耐热，不致于在高温下发生变形 或损坏。,锌冶金学 Zinc Metallurgy,空气能否均匀地送入沸腾层，主要取决于风帽的排列及风帽本 身的结构。,对圆型炉子，采用同心圆的排 列；,对于长方形炉子，采用棋盘排列， 风帽形状有菌型、锥形和伞型。,
