锌精矿的焙烧

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1、锌湿法冶金流程实训指导书编者：胡小龙目录1.锌精矿的焙烧 11.1湿法炼锌对锌精矿焙烧的目的与要求 11.2 硫化锌精矿焙烧的主要反应 11.3 锌精矿焙烧 82 浸出 92.1 浸出的目的 92.2 中性浸出 92.3 酸性浸出 112.4 沉矾 123 净化 143.1 净化目的 143.2 一段净化 143.3 二段净化 153.4 三段净化 153.5 工序产品的质量要求 164 综合回收 174.1 工艺原理 174.2 原料、产品要求 174.3 铜镉渣浸出 184.4铜渣酸洗及上清压滤 184.5 铜镉渣浆化及过滤 184.6 钴渣酸洗及压滤 194.7 贫镉液沉钴 194.8

2、b奈酚除钻191.锌精矿的焙烧1.1湿法炼锌对锌精矿焙烧的目的与要求根据湿法炼锌的工艺原理，湿法炼锌焙烧硫化锌精矿的目的主要是使锌精矿 中的ZnS绝大部分转变为ZnO,少量则为ZnSO4，同时尽可能完全地除去砷、 锑等杂质。具体说来其要求有五点：（1）在湿法炼锌中，出于硫化锌在一般条件下不能直接用稀硫酸进行浸出， 所以焙烧时，要尽可能完全地使 ZnS 转型，使其绝大部分氧化成为可溶于稀硫 酸的ZnO。不过为了补偿冶金过程中H2SO4的机械损失和化学损失，仍要求焙 烧矿中有适量的可溶于水的ZnSO4。生产实践证明，一般浸出流程，只要使焙烧 矿中含有2.54%的ZnSO4形态的硫就可以补偿冶金过程

3、中H2SO4的损失，并 不希望过多，否则会导致冶金过程中硫酸根的过剩，影响正常生产的进行和增加 原材料的消耗。（2）使砷，锑氧化成挥发性的氧化物除去，同时除去部分铅，以减轻浸出、 净化工序工作量。（3）使炉气中的SO2浓度尽可能地高，以利制造硫酸。（4）焙烧得到细小粒子状的焙烧矿，以利下一步浸出，即不希望有烧结现 象发生。（ 5）在焙烧时应尽可能地少产生铁酸锌和硅酸锌。因为铁酸锌不溶于稀硫 酸，而导致锌的浸出率降低；硅酸锌虽然能溶于稀硫酸，但溶解后会产生胶体状 的二氧化硅，影响浸出矿浆的澄清与过滤。处理块状硫化矿的焙烧最早是采用堆式焙烧，后改为竖炉焙烧。随着原矿品 位的降低和浮选的迅速发展，炼

4、锌厂处理的原料，都是粉末状的锌精矿，这就迫 使采用符合精矿焙的特点的焙烧炉。1.2硫化锌精矿焙烧的主要反应因为焙烧是在原料和产物熔点温度以下进行的一种化学反应，故工业上焙烧硫化锌精矿，是将锌精矿在高温下与空气中的氧相互作用，属于氧化反应过程。 我们知道，锌精矿中几乎所有硫化物的氧化反应的标准吉布斯自由能变化都是负 值，而且硫化物焙烧是个放热过程，故工业上硫化锌精矿焙烧均能自热进行。焙烧过程是复杂的，生成的产物不尽一致，可能有多种化合物同时并存。 一般来说，硫化锌精矿的氧化反应主要有以下四种：（1）硫化物氧化生成硫酸盐MeS+2O2=MeSO4（2）硫化物氧化生成氧化物MeS+1.5O2=MeO

5、 十 SO2（3）金属硫化物直接氧化生成金属MeS+O2 =Me+SO2（4）硫酸盐离解MeSO4=MeO+SO3SO3= S02 +0.5O2此外.在硫化锌精矿中，通常还有多种化合价的金属硫化物，其高价硫化物 的离解压一般都较高，如FeS2离解压在700C时为505 kPa，故极不稳定，焙烧时高价态硫化物离解成低价态的硫化物，然后再继续进行其焙烧氧化反应过程。当然，精矿中某种金属硫化物氧化过程的反应方式和产物并不是一成不变 的，它决定于金属元素的性质和焙烧过程中的具体条件。因此，锌精矿中各种金 属硫化物焙烧的主要产物是MeO, MeSO4以及SO2, SO3, O2等；此外还可能有 MeOF

6、e2O3，MeOSiO2等。究竟焙烧过程按哪种反应进行，各反应的反应速率 如何，焙烧的最终产物是什么，这些问题在焙烧条件一定时，可由热力学分析和 动力学研究解决。硫化锌锌在锌精矿中以闪锌矿（ZnS）或铁闪锌矿（nZnSmFeS）形态存在，其焙 烧反应是比较复杂的过程，可能的反应类型也比较多。在湿法炼锌工业焙烧的条件下其主要反应有：ZnS+2O2=ZnSO43 ZnSO4+ZnS=4ZnO+4SO22SO2+O2=2SOZnO+SO3=ZnSO4焙烧开始时按上述反应式（1）、（2）进行，反应产生的二氧化硫 在有氧 气存在的条件下，继续氧化成三氧化硫，即按（3）式进行。式（3）反应为可逆反应，在温

7、度低于500C时反应向右进行，温度 高于 600C时反应向左进行，故在沸腾焙烧过程中焙烧温度均在850C以上，实际上 气相中的三氧化硫是很少的。反应式（4）表明，当气相中有 SO3 存在时，氧化 锌才生成为硫酸锌，而硫酸锌在高温时又分解为氧化锌和三氧化硫，温度在800C 以上时分解十分剧烈。硫酸锌生成的条件及数量，取决于焙烧温度及气相成分， 即温度低、SO3浓度高时，形成的硫酸锌就多，当温度高、SO3浓度低时，硫酸 锌发生分解，趋向于形成氧化锌。由上述硫酸锌与氧化锌生成的条件可知，氧化焙烧与硫酸化焙烧在操作上的 基本区别是：（1）硫酸化焙烧的温度（850C900C ）比氧化焙烧的温度（1050

8、C 1100C）要低；（2）硫酸化焙烧所产生的炉气中，S03的浓度要比氧化焙烧时高，所以硫 酸化焙烧时要求供给较大的过剩空气量，以强化焙烧过程；（ 3）硫酸化焙烧要求炉气与炉料接触良好，并要求炉料在炉内停留时间 较长。总之，硫化锌在850C900C的温度下进行焙烧，大部分生成氧化锌 （ZnO）和少量的硫酸锌（ZnSO4）、硅酸锌（ZnOSiO2）、铁酸锌（ZnOFe2O3）, 还有少量的硫化锌未被氧化。硫化铅铅在锌精矿中主要以硫化铅（PbS）形态存在，硫化铅又叫方铅矿，它在焙 烧时按下列反应式进行反应。PbS+2O2 =PbSO43PbSO4+PbS =4PbO+4SO2PbO+SO3=PbS

9、O4硫化铅在焙烧过程的行为与硫化锌相似，所形成的硫酸铅在800C以上时大 量分解为氧化铅。硫化铅的熔点约为1 120C,熔化后具有很好的流动性，进入炉子的砖缝中。 硫化铅在600C时开始挥发，800C时大量挥发，当PbS挥发到炉子上部及炉气 管道中时又被氧化成氧化铅。而氧化铅要在900C时才大量挥发，所以硫酸化焙 烧脱铅率低。氧化铅是一种很好的助熔剂，它能与许多金属氧化物形成低熔点共晶化合 物，如硅酸铅（PbOSiO2）、铁酸铅（PbOFe2O3）、铅酸钙（CaOPbO6）、铅酸 镁（MgPbO6），这些低熔点共晶化合物是极为有害的，它在800C时就开始熔化, 严重时引起炉料在沸腾炉中结块和在

10、烟道中结块的现象，从而使操作恶化，焙烧 脱硫不完全，因此要求配料时混合锌精矿含铅不超过2。总之，硫化铅在焙烧过程中多数生成氧化铅（PbO），只有极少量生成硫酸 铅及低熔点共晶化合物。硫化铜铜在锌精矿中主要以辉铜矿（Cu2S）、黄铜矿（CuFeS2）、铜蓝（CuS）等形 态存在。硫化铜熔点很高（约1805C1900C）,在低温下（550C ）按下式进 行反应。2Cu2S+5O2=2CuO+2CuSO44CuFeS2=2Cu2S+4FeS+SCuS+2O2=CuSO4所形成的硫酸铜，当温度高于700C时按下式发生分解。5CuSO4+3CuS=4Cu2O+8SO24CuSO4 = 2CuOCuSO4

11、+2SO2+O22CuOCuSO4=4CuO+2SO2 十 02 硫化铜在焙烧温度下按下式进行氧化反应。2Cu2S+302=Cu20+S0Cu2S+202=2Cu0+S04CuS+502=Cu20+2S012CuFeS2+3502=3Cu20+2Fe304+12S02由此可见，铜的化合物在焙烧过程中的产物，主要是氧化铜（CuO）和氧 化亚铜（Cu2O）,还有少量的硫酸铜（CuSO4）、铁酸铜（CuOFe2O3）及硅酸铜 （CuOSiO3）。硫化镉镉在锌精矿中以硫化镉（CdS ）形态存在，并往往与铅、镁共生。在焙烧时 硫化镉按下式进行氧化。2CdS+3O2=2CdO+SO2或CdS+2O2=Cd

12、SO4硫化镉的挥发温度为980C，高温焙烧时在炉子上部挥发，并在烟道中氧 化成氧化镉（CdO）,所以在1050C1100C的温度下进行高温氧化焙烧时，95% 以上的镉挥发并氧化成氧化镉进人烟气系统，通过收尘净化，镉富集在烟尘中， 这种烟尘可作为提镉的原料。当温度较低时，即在850C900C下进行硫酸化焙烧时，硫化镉氧化生成 氧化镉（CdO）和硫酸镉（CdSO4）, CdSO4是十分稳定的化合物，只有在高于 1000C时才分解为CdO和SO3，而CdO要在高于1 000C以上时才能挥发。所 以在硫酸化焙烧过程中，CdO及CdSO4几乎得不到挥发而留在焙砂中，它们在 浸出时与 ZnO 一起进入硫酸

13、溶液，通过溶液净化得到富集的铜镉渣，作为提镉 的原料。砷、锑硫化物砷在锌精矿中以毒砂（FeAsS）或硫化砷（ASqSg）形态存在，锑以辉锑矿 （Sb2S3）形态存在，砷、锑化合物在600C时显著离解，在氧化气氛中极易氧化， 其反应式为：2As2S3+9O2=2As2O3+6SO22Sb2S3+9O2=2Sb2O3+6SO22FeAsS+5O2=Fe2O3+As2O3+2SO砷、锑的三氧化物是极易挥发的化合物，但在温度高、过剩空气量充足的 情况下氧化成五氧化物，其反应式为：As2O3+O2一 As2O5As2O3+2SO3=2As2O5+2SO22As2O3+2Fe2O3=2As2O5+2FeO

14、Sb2O3+O2 =Sb2O52Sb2O3+2SO2=2Sb2O5+2SO22Sb2O3+Fe2O3=2Sb2O5+4FeO 砷、锑的五氧化物是很难挥发的物质，在有氧化铅、氧化铁存在的情况下 易生成砷、锑酸盐。3PbO+As2O5 = Pb3(AsO4)23FeO+ As2O5=Fe3(AsO4)23PbO+Sb2O5 = Pb3(SbO4)23FeO+ Sb2O5=Fe3(SbO4)2 形成砷、锑酸盐后，砷、锑在焙烧过程中就很难除去。湿法炼锌过程中当 原料含As, Sb过高时，As, Sb进入电积液中使电积过程产生“烧板”故在焙 烧时要求控制较低的温度和较少的过剩空气量，尽可能使As、Sb以

15、挥发性氧化 物进入烟气。在烟气收尘中，这些砷、锑氧化物大部分被收集在烟尘中。硫化银银在锌精矿中以辉银矿(Ag2S)形态存在。它在605C时着火，按下列反应 氧化。Ag2S+2O2=Ag2SO42Ag2S+3O2 =2Ag2O 十 2SO2 在锌焙烧温度下，硫化银被氧化时与别的金属硫化物不一样，生成的氧化 银(Ag2O)是一种极不稳定的化合物，易发生分解。2Ag2O=4Ag+O2硫化银在焙烧时，当有大量S03存在的条件下生成硫酸银(Ag2SO4),其 反应式如下。Ag2S+4SO3=Ag2SO4+4SO2生成的硫酸银在650C左右时是稳定的，但在锌焙烧温度(850900C )时 按下式进行分解。Ag2SO4=2Ag+SO2+O2 总之，硫化银在焙烧过程中，大部分生成金属银和硫酸银，同时由于氧化 不完全，焙砂中仍有少部分的硫化银存在。铟和锗铟、锗在锌精矿中以硫化物或复合物形态存在。当焙烧温度在8001100C 时变为氧化物，因为它难于被稀硫酸溶解，所以大部分留在浸出渣中，在处理浸 出渣的过程中加以回收。硫化铁铁在