火法炼锌与湿法炼锌

2012/05/19
冶金三班
18
生成SO3后 发生可逆反应（ 生成SO3后，发生可逆反应（4） SO3
在实际的锌精矿焙烧过程中， 在实际的锌精矿焙烧过程中，就是通过控制焙 烧温度和气相组成来控制焙烧产物中锌的存在 形态。生产中通过控制供风量(空气过剩系数) 形态。生产中通过控制供风量(空气过剩系数)来 调节气相组成。 调节气相组成。
2012/05/19 冶金三班 16
B.焙烧烧的程度不同 B.焙烧烧的程度不同
火法炼锌的焙烧是完全的氧化焙烧 死焙烧) 的焙烧是完全的氧化焙烧( （1）火法炼锌的焙烧是完全的氧化焙烧(死焙烧)。 这是因为火法冶炼是在强还原性气氛中使氧化锌 被一氧化碳还原成金属锌， 被一氧化碳还原成金属锌，在现有工艺条件下硫 化锌是不能被还原成金属锌的。 化锌是不能被还原成金属锌的。 湿法炼锌厂的焙烧实际也是氧化焙烧 厂的焙烧实际也是氧化焙烧。 （2）湿法炼锌厂的焙烧实际也是氧化焙烧。但在 焙砂中除了得到氧化锌外， 焙砂中除了得到氧化锌外，还要保留少量的硫酸 盐，以补偿电解和浸出循环系统中硫酸的损失 。
2012/05/19
冶金三班
17
焙烧过程的主要反应
硫化锌以闪锌矿（ FeS）的形式存在于精矿中。 硫化锌以闪锌矿（nZnS·mFeS）的形式存在于精矿中。 焙烧开始时进行反应（ 和反应（ 焙烧开始时进行反应（1）和反应（2）：
（1）硫化锌（ZnS） 硫化锌（ZnS）
生成SO 在有氧的条件下发生可逆反应（ 生成SO2后，在有氧的条件下发生可逆反应（3）
2012/05/19 冶金三班 9
Ⅱ.锌焙砂浸出的主要反应
⑴ZnO
ZnO是焙砂的主要成分，浸出时与硫酸作用， ZnO是焙砂的主要成分，浸出时与硫酸作用，按以下反应进入 是焙砂的主要成分 溶液： 溶液： ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O 该反应为浸出过程的主反应。 该反应为浸出过程的主反应。
⑵ZnS
火法炼锌与湿法炼锌
目录
冶炼原理 工艺流程 工艺特点 主要设备
2012/05/19
冶金三班
3
冶炼原理
火法炼锌基本原理
火法炼锌是先将锌精矿进行氧化焙烧或烧结焙 使精矿中的ZnS变为ZnO ZnS变为ZnO， 烧，使精矿中的ZnS变为ZnO，然后用碳质还 原剂还原得到锌蒸气，再进一步蒸馏提纯得精 原剂还原得到锌蒸气， 炼锌。按冶炼设备不同可分鼓风炉 竖罐、 鼓风炉、 炼锌。按冶炼设备不同可分鼓风炉、竖罐、电 平罐等炼锌方法 平罐炼锌在20 等炼锌方法。 炉、平罐等炼锌方法。平罐炼锌在20 世纪前 是唯一的炼锌方法， 是唯一的炼锌方法，是一种简单而又落后的炼 锌方法，由于能耗高，生产率低， 锌方法，由于能耗高，生产率低，目前已基本 淘汰。 淘汰。
2012/05/19
冶金三班
5
III.Zn蒸气的冷凝 III.Zn蒸气的冷凝 Zn
① 冷凝反应 还原蒸馏得到的锌蒸气必须在冷凝器中冷凝成液体锌。 还原蒸馏得到的锌蒸气必须在冷凝器中冷凝成液体锌。 →Zn（ Zn(g) →Zn（l） 锌蒸气的冷凝是相变过程，为使气态锌转化为液态锌， 锌蒸气的冷凝是相变过程，为使气态锌转化为液态锌，必须 使锌蒸气温度降到沸点下（<1180K）。 使锌蒸气温度降到沸点下（<1180K）。 实际生产中，降低冷凝温度直到接近锌的熔点，使剩余的锌 实际生产中，降低冷凝温度直到接近锌的熔点， 蒸汽压接近零，可获得最大冷凝效率。 蒸汽压接近零，可获得最大冷凝效率。 ② 还原蒸馏气体组成的组成 还原蒸馏产生的气体是Zn蒸气、CO和少量的CO2的混合 Zn蒸气 和少量的CO2 还原蒸馏产生的气体是Zn蒸气、CO和少量的CO2的混合 气，锌蒸汽的含量不超过50%。 锌蒸汽的含量不超过50%。 50%
2012/05/19
冶金三班
6
③ 蓝粉的生成 如锌蒸汽刚冷凝成小液滴，其表面即被氧化， 如锌蒸汽刚冷凝成小液滴，其表面即被氧化，生成氧化物薄 最终凝固成细粉，即蓝粉。 膜，最终凝固成细粉，即蓝粉。 引起蓝粉的主要因素为CO2 这是因为反应： CO2， 引起蓝粉的主要因素为CO2，这是因为反应： ZnO + CO = Zn(g) + CO2 为吸热反应，所以当炉气中温度下降时CO2 CO2将使产出的锌蒸 为吸热反应，所以当炉气中温度下降时CO2将使产出的锌蒸 气再氧化成ZnO 并包裹在锌液滴的表面，形成蓝粉， ZnO， 气再氧化成ZnO，并包裹在锌液滴的表面，形成蓝粉，降低 冷凝效率。为了防止氧化反应的发生， 冷凝效率。为了防止氧化反应的发生，尽可能在高温下直接 将锌蒸气导入冷凝器内，使之急冷。 将锌蒸气导入冷凝器内，使之急冷。 ④ 冷凝设备 有锌雨飞溅式冷凝器和铅雨飞溅式冷凝器两类。 有锌雨飞溅式冷凝器和铅雨飞溅式冷凝器两类。鼓风炉炼锌 得到的Zn蒸气浓度低， Zn蒸气浓度低 得到的Zn蒸气浓度低，因此生产中采用高温密闭炉顶和铅雨 冷凝的方法。利用铅雨冷凝时， 冷凝的方法。利用铅雨冷凝时，利用锌在液体铅中有一定溶 解度，降低冷凝下来的锌的活度， 解度，降低冷凝下来的锌的活度，从而保护锌不被炉气中的 CO2所氧化 所氧化。 CO2所氧化。
EZn 2+
Zn
= −0.836V
EH +
H
= −1.158V
所以锌电解的阴极过程主要是Zn 的放电: 所以锌电解的阴极过程主要是Zn2+的放电:
Zn2+ +2e=Zn
2012/05/19 13
火法炼锌工艺流程
焙烧
还原蒸馏
精炼
湿法炼锌工艺流程
焙烧
浸出及净 化
电解沉 积
2012/05/19
冶金三班
14
2012/05/19 冶金三班 11
2ZnO.SiO2+2H2SO4=2ZnSO4+SiO2+2H2O
Ⅲ.硫酸锌溶液的电解沉积
将净化后的ZnSO4溶液与电解废液混合， 将净化后的ZnSO4溶液与电解废液混合，连 ZnSO4溶液与电解废液混合 续从电解槽的进液端流入电解槽内， 续从电解槽的进液端流入电解槽内，所用的 阳极板为含银0.5%~1%的铅-银合金板， 0.5%~1%的铅 阳极板为含银0.5%~1%的铅-银合金板，阴极 板为铝板。在阴极铝板上析出金属锌， 板为铝板。在阴极铝板上析出金属锌，阳极 上放出氧气，溶液中硫酸再生。 上放出氧气，溶液中硫酸再生。 其总反应为： 其总反应为：
2012/05/19 冶金三班 3
焙砂中ZnO ZnO的还原 I. 焙砂中ZnO的还原
火法炼锌是基于在高温（>1273K）ZnO能 火法炼锌是基于在高温（>1273K）ZnO能 被碳质还原剂还原，主要反应为： 被碳质还原剂还原，主要反应为： ZnO(s) ZnO(s) + CO(g) = Zn(g) + CO2 (g) C(s) + CO2(g) = 2CO(g) 总反应为： 总反应为： ZnO(s) ZnO(s) + C(s) = Zn(g) + CO(g)
工艺流程
2012/05/19 火法炼锌原则工艺流程图
湿法炼锌原则工艺流程图
冶金三班
15
硫化矿的焙烧是火法炼锌和湿法炼锌工艺 的第一步冶金过程。 的第一步冶金过程。 A.焙烧的目的不同 A.焙烧的目的不同
（1）火法炼锌工艺的焙烧目的 完全脱硫，得到金属氧化物组成的焙烧矿（焙砂）， 完全脱硫，得到金属氧化物组成的焙烧矿（焙砂）， 从而可使蒸馏得到的锌较纯， 从而可使蒸馏得到的锌较纯，避免蒸馏过程锌成为 硫化锌而造成的锌的损失。 硫化锌而造成的锌的损失。 （2）湿法炼锌工艺的焙烧目的 不完全脱硫，焙烧时要保留少量的硫酸盐， 不完全脱硫，焙烧时要保留少量的硫酸盐，以补偿 浸出和电解过程中损失的硫酸。 浸出和电解过程中损失的硫酸。同时尽可能少生成 铁酸锌。 铁酸锌。
硫化锌在实际浸出过程不发生反应而留在渣中。 硫化锌在实际浸出过程不发生反应而留在渣中。
2012/05/19
冶金三班
10
铁酸锌） ⑶ZnO.Fe2O3（铁酸锌） 在一般酸浸条件下（温度333~343K 终点酸度1~5g/LH 333~343K， 在一般酸浸条件下（温度333~343K，终点酸度1~5g/LH2SO4）， 铁酸锌不溶解，留在渣中造成锌的损失。 铁酸锌不溶解，留在渣中造成锌的损失。当采用高温高酸浸出 温度为363~368K 终点酸度为40~60g/LH 363~368K， ），铁酸 铁酸锌按 （温度为363~368K，终点酸度为40~60g/LH2SO4），铁酸锌按 下列反应溶解： 下列反应溶解： 铁酸锌的浸出率达到90%以上，但大量铁也转入溶液， 铁酸锌的浸出率达到90%以上，但大量铁也转入溶液，目前工业 90%以上 上采用黄钾铁钒法、针铁矿法和赤铁矿法除铁。 上采用黄钾铁钒法、针铁矿法和赤铁矿法除铁。 ⑷ZnO.SiO2（硅酸锌） ZnO.SiO2（硅酸锌） 硅酸锌可按下列反应溶解进入溶液: 硅酸锌可按下列反应溶解进入溶液:
2012/05/19
冶金三班
4
II.焙砂中其他物质的还原 II.焙砂中其他物质的还原
存在于焙砂中的铁酸锌（ 存在于焙砂中的铁酸锌（ZnO.Fe2O3）在蒸馏过 程中可被CO还原： CO还原 程中可被CO还原： ZnO.Fe2O3+CO=ZnO+2FeO+CO2 ZnO+CO=Zn+CO ZnO+CO=Zn+CO2 焙砂中的硅酸锌在配入石灰后也容易还原， 焙砂中的硅酸锌在配入石灰后也容易还原，但焙 砂中的ZnSO ZnS不被还原完全进入蒸馏残渣 砂中的ZnSO4和ZnS不被还原完全进入蒸馏残渣 中而引起锌的损失。
ZnSO4 + H 2O = Zn + H 2SO 4 + 1/2O 2
直流电
2012/05/19
冶金三班
12
阳极过程 阳极上首先发生铅阳极的溶解，形成PbSO4覆盖在阳极表面。 PbSO4覆盖在阳极表面 阳极上首先发生铅阳极的溶解，形成PbSO4覆盖在阳极表面。 Pb +SO42-- 2e = PbSO4↓ 当电位增大到某一数值时， Pb2- 被氧化成Pb4 并与氧结合生成PbO2 Pb4PbO2： 当电位增大到某一数值时， Pb2- 被氧化成Pb4-，并与氧结合生成PbO2： PbSO PbSO4 +2H2O -2e= PbO2+4H++SO42当阳极完全被PbO2覆盖，铅板阳极不再溶解， PbO2覆盖 当阳极完全被PbO2覆盖，铅板阳极不再溶解，进入正常的 阳极反应： 阳极反应： 2H2O - 4e = O2+ 4H+ 最终放出氧气，增加溶液中H+ 浓度。 最终放出氧气，增加溶液中H+ 浓度。 阴极过程 电解液中杂质元素的含量很低时，正离子主要是Zn 电解液中杂质元素的含量很低时，正离子主要是Zn2+ 和H+，在工业生产条 件下（当电解液含Zn50g/l Zn50g/l， 115g/l，电解温度40℃ 40℃）， 件下（当电解液含Zn50g/l，H2SO4 115g/l，电解温度40℃），
2012/05/1
湿法炼锌是用稀硫酸(即废电解液) 湿法炼锌是用稀硫酸(即废电解液)浸出锌焙烧矿 得硫酸锌溶液，经净化后用电积的方法将锌从 得硫酸锌溶液， 溶液中提取出来。当前， 溶液中提取出来。当前，湿法炼锌具有生产规 模大、能耗较低、劳动条件较好、 模大、能耗较低、劳动条件较好、易于实现机 械化和自动化等优点在工业上占主导地位， 械化和自动化等优点在工业上占主导地位，锌 总产量的80~85%来自湿法炼锌。 80~85%来自湿法炼锌 总产量的80~85%来自湿法炼锌。
ZnO.Fe2O3+4H2SO4=ZnSO4+Fe2(SO4)3+4H2O
生成的SiO2不能沉淀呈胶体状态存在于溶液中， 生成的SiO2不能沉淀呈胶体状态存在于溶液中，固液分离发 SiO2不能沉淀呈胶体状态存在于溶液中 生困难。为了加速矿浆的澄清与过滤，提高设备生产率， 生困难。为了加速矿浆的澄清与过滤，提高设备生产率，在 浸出矿浆固液分离时，需加入絮凝剂。 浸出矿浆固液分离时，需加入絮凝剂。
2012/05/19
冶金三班
8
Ⅰ.锌焙砂的浸出
湿法炼锌中锌焙砂的浸出就是用硫酸溶液 将焙砂中的锌及其他有价元素溶解到溶液 中，并使有价元素与脉石等不溶物分离的 过程。 过程。 锌焙砂浸出需达到两个目的： 锌焙砂浸出需达到两个目的： 物料中的锌尽可能完全溶解到浸出液( ①物料中的锌尽可能完全溶解到浸出液(即 浸出率高) 浸出率高)； 有害杂质尽可能不溶解， ②有害杂质尽可能不溶解，而进入渣中与 锌分离。 锌分离。