治金行业及锌冶金学管理知识分析

《治金行业及锌冶金学管理知识分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《治金行业及锌冶金学管理知识分析（40页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、火法炼锌原则工艺流程,传统湿法炼锌原则工艺流程,引 言,1.5.3 锌的生产方法,第2章 硫化锌精矿的焙烧与烧结,2.1 概述 焙烧目的和要求 2.2 硫化锌精矿焙烧时各成分的行为 2.3 硫化锌精矿的沸腾焙烧 2.4 硫化锌精矿的烧结焙烧,从硫化锌精矿中提取锌，除高温加压直接浸出流程外，无论采用火法和湿法工艺，一般须预先经过焙烧。 主流湿法炼锌的主要原料有氧化矿和硫化矿两大类。 锌的氧化矿多属菱锌矿（ZnCO3）和异极矿（ZnOSiO2），锌的硫化矿主要有闪锌矿和铁闪锌矿。 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脱硫的过程： 2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2

2、焙烧的目的和要求取决于下一步的生产流程。,2.1 概 述焙烧目的和要求,2.1 概 述,有三种情况： （1）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。,2.1 概 述,（2）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。,2.1 概 述,（3）湿法炼锌： 1)尽可能完全地氧化金属硫化物并在焙砂中得到氧化

3、物及少量硫酸盐(34% MeSO4)，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； 2)使砷与锑氧化并以挥发物状态从精矿中除去; 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。 因此，主要进行氧化焙烧和部分硫酸化焙烧。,硫化锌焙烧的一般规律 : 硫化锌焙烧反应可以分为以下几大类： (1)硫化锌氧化生成氧化锌： 2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2 (2)硫酸锌和 SO3的生成与分解： 2ZnS + 2SO2 + O2 = 2ZnSO4 2SO2 + O2 = 2SO3 (3

4、)ZnO与Fe2O3形成铁酸锌： ZnO + Fe2O3 = ZnOFe2O3,2.2 硫化锌精矿焙烧时各成分的行为,2.2 硫化锌精矿焙烧时各成分的行为,2.2.1 硫化锌 (P101) 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 ZnSO4 (4),2.2 硫化锌精矿焙烧时各成分的行为,2.2.2 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

5、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。,2.2 硫化锌精矿焙烧时各成分的行为,2.2.3 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。,2.2.4 硫化铁 锌精矿中主要的硫化铁矿有黄铁矿（FeS2）、磁硫铁矿(Fe

6、nSn+1)和复杂硫化铁矿，如铁闪锌矿(nZnS mFeS)、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。,2.2 硫化锌精矿焙烧时各成分的行为,2.2 硫化锌精矿焙烧时各成分的行为,2.2.5 铁酸锌的生成、危害与防治(P102) ： 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，由于其不溶解于稀硫酸力求在焙烧中避免铁酸锌的生成。其方法： (1)加速焙烧

7、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) 升高焙烧温度并对焙砂进行快速冷却； (4)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。其反应： 3(ZnO Fe2O3) + CO = 3ZnO + 2 Fe3O4 + CO2,2.2 硫化锌精矿焙烧时各成分的行为,2.2.6 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。 2.

8、2.7 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，成为提镉原料。,2.2 硫化锌精矿焙烧时各成分的行为,2.2.8 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 As2S3、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。 2.2.9 Bi、Au、Ag、In、Ge、Ga等的硫化物 Bi、In、Ge、Ga等的硫化物在焙烧

9、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。,2.3 硫化锌精矿的沸腾焙烧,其状态如同水的沸腾，因此称为沸腾焙烧。,2.3 硫化锌精矿沸腾焙烧,2.3.1 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。,2.3 硫化锌精矿沸腾焙烧,2.3.2 锌精矿的配料 不同锌精矿成分不同，在焙烧之前，需要进行严格的配料。,2.3 硫化锌精矿沸腾焙烧,配料方法 通常采用圆盘配料及堆式配料两种方法。 圆盘配料 圆盘配料就是采用圆盘给料机，根据确定的配料比例调

10、节圆盘给料机的出口闸门，实现所要求的配料比例。,2.3 硫化锌精矿沸腾焙烧,配料方法 堆式配料法 根据配料比例，用行车抓斗将各种矿以抓数为单位按比例抓入配料仓内，将品位高低不同的精矿一层层地撒开在配料仓内，一直将料仓堆满为止。 使用时由一个方向从上到下切割料层到底，并以抓斗进行多次混合，以达到均匀稳定。,2.3.3 锌精矿的干燥,干燥的目的与方法： 1、干燥的目的 硫酸化焙烧的炉料含水在8%左右最为适宜。当进厂锌精矿水分超过8%以上时就要进行干燥。 2、干燥方法 （1）自然干燥法 （2）铁板干燥法 （3）气流干燥法 （4）回转窑干燥法,2.3 硫化锌精矿沸腾焙烧,2.3 硫化锌精矿沸腾焙烧,2

11、.3.4 沸腾焙烧的设备 各种炉型 (P102) 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）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）。,2.3.4 硫化锌精矿沸腾焙烧的工艺和设备,2.3.4 硫化锌精矿沸腾焙烧的工艺和设备,2.3.4 硫化锌精矿沸腾焙烧的工艺和设备,2.3.4 硫化锌精矿沸腾焙烧的工艺和设备,2.3.5沸腾焙烧的工艺及技术经济指标,精矿加入炉内后，在沸腾层高温作用下进行焙烧。焙烧所得烧矿经溢流口自动排出炉外。焙烧所得炉气携带矿尘从炉上部的炉气出

12、口导入冷却及收尘系统。 根据湿法炼锌或还原蒸馏法炼锌对焙砂的要求不同，沸腾焙烧分别采用高温氧化焙烧和低温部分硫酸化焙烧两种不同的操作。,2.3.5.1 高温氧化焙烧 高温氧化焙烧又称为“死焙烧”，是为了获得适于还原蒸馏的焙砂以满足蒸馏需要。除了脱硫外，还要把精矿中铅、镉等主要杂质脱除大部分。 高温沸腾焙烧的温度一般为10701100。 在沸腾层中硫、铅、镉的脱除主要决定于焙烧温度。 随沸腾层温度的升高，焙烧矿中S、Pb、Cd的含量降低。 过剩空气量对脱铅与脱镉有影响，对脱铅影响更为显著。,2.3.5沸腾焙烧的工艺及技术经济指标,2.3.5沸腾焙烧的工艺及技术经济指标,2.3.5 沸腾焙烧工艺及

13、技术经济指标,高温氧化焙烧的矿尘率较低温焙烧为少（1030%）。 在一定温度与一定的过剩空气量的条件下，增大沸腾层的直线速度可增大生产能力，但矿尘率也会相应的增大。过高的提高生产能力必然会产生较大的矿尘率。,2.3.5 沸腾焙烧工艺及技术经济指标,2.3.5.2 低温部分硫酸化焙烧,这种焙烧主要是为了得到适合传统湿法炼锌浸出用的焙砂。这种焙砂要求含一定数量的硫酸盐形态的硫(24) (又称可溶性硫) ，为了保证在脱除大部分硫的同时又能获得一定数量的硫酸盐形态的硫，沸腾层焙烧温度不能像高温焙饶那样高，沸腾层焙烧温度一般采用11231173K。温度对焙砂质量的影响如表56所示。,2.3.5 沸腾焙烧

14、工艺及技术经济指标,可见，低温焙烧对于保存一些硫酸盐形态的硫是有利的，但这时焙砂含硫化物形态的硫(又称不溶硫)也增加了。,硫酸盐形态的硫,硫化物形态的硫,2.3.5 沸腾焙烧工艺及技术经济指标,2.3.6 硫化锌精矿沸腾焙烧的余热利用,硫化锌精矿含硫30%左右，锌精矿焙烧的主要放热反应为： 2ZnS + 3O2 = 2ZnO + SO2 H = -464kJ/mol 其次是黄铁矿的氧化。焙烧l kg硫化锌精矿约可放出4200kJ的热能，l kg硫铁矿氧化可放热67007100kJ。 利用烟气余热可生产高压蒸汽。焙烧1吨硫化锌精矿一般可产生30306060kPa的蒸汽1吨左右，即生产1吨锌约可产

15、生2吨蒸汽。湿法炼锌厂生产1吨锌约消耗1吨蒸汽，多余的1吨蒸汽可用于发电。火法炼锌厂则可完全用于发电。,2.3.7 硫化锌精矿沸腾焙烧的发展 P104,1、高温沸腾焙烧 锌精矿沸腾焙烧的温度，已从1123k提高到1223k左右，大多数工厂为11831253k。温度提高后，可提高炉子生产率与脱硫程度。,2.3.7 硫化锌精矿沸腾焙烧的发展,2.3.7 硫化锌精矿沸腾焙烧的发展,2、锌精矿富氧空气沸腾焙烧 富氧鼓风沸腾焙烧是强化措施之一。前苏联一工厂首先在沸腾炉采用2729%O2的富氧鼓风，使生产率提高了6070%，达到8.48.8吨/(米2日)，烟气量减少，SO2浓度提高到1315%，还降低了烟尘率与提高了产品质量。,2.3.7 硫化锌精矿沸腾焙烧的发展,其它强化沸腾焙烧的措施还有制粒、利用二次空气或贫SO2烧结烟气焙烧、多层沸腾炉焙烧等。,2.4 硫化锌精矿的烧结焙烧,硫化锌精矿的烧结焙烧在直线型烧结机上进行死焙烧，以获得适合蒸馏法炼锌或鼓风炉炼锌的烧结块，其目的是利用空气通过烧结机上的料层在较高温度下(12001300)尽可能除尽硫，同时也除去对蒸馏有害的杂质砷、铅、镉。 在烧结焙烧过程中，铅约除去75%，镉除去约95。炉料中加入少量的食