蒸馏炼锌冶炼工艺

冶炼工艺

4.1原燃料

采用云南省所产的粗锌，为保证正常生产和精炼炉的寿命，粗锌杂质含量的要求见表4-1。

表4-1 粗锌成分标准

精炼炉的燃料为原煤，采用师宗当地原煤，其成分见表4-2。

表4-2 原煤化学分析表

4.2工艺流程简介

4.2.1概述

锌的精炼可以采用蒸馏法、电热法及鼓风炉法，精炼方法有熔析法和精馏法。熔析法仅作为精馏法的辅助过程。

本工程采用精馏法炼锌。

精馏法的特点为：可制得含锌99.99~99.998%的高纯锌，可富集原料中铅、镉、铟、锗等金属，对原料适应性大，机动性大，需要一些高级耐火材料，设备结构复杂、筑炉和生产操作要求严格，适应1000~100000t/a的工厂。

4.2.2流程简述

粗锌精制是基于锌与杂质元素的沸点不同，运用连续分馏原理将杂质金属分离的特点，采用不同的温度精馏的原理，在两种不同塔型中蒸馏，分凝回流而得到高纯度的锌。

精馏工艺过程分为两个阶段。第一阶段是将粗锌加入一座结构特殊的铅塔中脱除高沸点金属杂质铁、铅、铜和锡等；第二阶段是将含镉锌在另一座镉塔中脱除低沸点金属杂质镉。

精馏法工艺流程见图4-1。

粗锌

熔化炉冷凝器镉塔加料器大冷凝器

加料器铅塔镉塔

纯锌贮槽小冷凝器

B号锌硬锌粗铅精锌高镉锌

图4-1 精馏法工艺流程图

粗锌从熔化炉经加料器流入铅塔。在一定温度下，大部分锌及其所含全部镉呈蒸气状态挥发。而铅及其它高沸点杂质，则几乎全部以液体合金形态排出，进入精练炉，经熔析得到B号锌、硬锌和粗铅。

被蒸发的锌、镉蒸气与少量铅蒸气上升至铅塔回流段，由于温度较低，铅和部分锌蒸气被冷凝回流，并与上升锌蒸气发生交替分馏作用，进一步除去残留的铅等高沸点杂质，较纯的锌、镉蒸气逸出塔体，进入铅塔冷凝器，成为液状含镉锌。

铅塔产出的含镉锌用溜槽引入镉塔，进行镉分离，纯锌液由下部进入纯锌槽，得到精馏锌。富镉锌蒸气也经回流分馏，由上部经大冷凝器进入小冷凝器而副产高镉锌，作为提镉的原料。

铅塔产出的B号锌即时返回铅塔处理可直接得到精馏锌。硬锌送去蒸馏炉处理，粗铅可作为产品外销。目前暂时不进行蒸馏炉设计，硬锌作为副产品外销。

4.2.3精炼炉炉龄

现代精炼炉从开工生产到停产报废的总时间为15年，正常生产并能维持原设计的生产能力的炉龄为10年。

4.3产品

精馏的主要产品是精锌。中间产物有B号锌（无镉锌），副产品有硬锌、粗铅、高镉锌及锌渣等。

4.3.1精锌

精锌纯度可达99.99%以上，符合国家标准的特级和一级锌。有时由于操作条件控制不当，个别杂质含量升高，将会产出二级和三级锌。

在正常生产条件下，精锌品级分配如下：

特级锌90%

一级锌10%

精锌的直接产出率为60~80%，精锌的直接产出率为94~96%。

4.3.2中间产品

（1）B号锌

B号锌的化学组成因粗锌杂质和熔析条件而不同，其主要成分为：Zn98~99%，Pb0.8~2%，Fe0.03~0.15%，Cd<0.001%。

B号锌返回铅塔处理后产出精锌。

（2）硬锌

在熔析时以海绵体结晶析出，结晶密度介于B号锌和粗铅之间，形成糊状硬锌，产出率为加入锌量的0.3~1.2%，化学成分为Zn90~95%。Pb2~3%，Fe2~4%。

硬锌返回蒸馏炉处理。或用作产锌白、锌粉的原料，作为副产品外销

（3）粗铅

粗铅因密度大而沉入熔析炉底。成分为：Pb94~96%，Zn1~3%。

粗铅约每月取出一次，可作为副产品外销。

（4）高镉锌

锌蒸气经镉塔顶部冷凝后，逸出少量锌镉蒸气，镉被富集。产出率为0.6~2%，含Cd2~8%。可以回炉继续富集，使含镉达15~20%时，提取精镉。可作为副产品外销。

4.4锌在精馏产物中的分配率

锌在精馏产物中的分配率见表4-3。

表4-3 锌在精馏产物中的分配率

4.5消耗指标

每吨锌的消耗指标见表4-5。

表4-5 每吨锌的消耗指标表

4.6物料平衡及热平衡

4.6.1物料平衡

以下列指标为计算依据，计算出的精馏过程中产物的质量比与金属含量见表4-6，金属锌的物料平衡见表4-7。

单铅塔处理量：

精锌单耗粗锌：粗锌15.4 t/d.塔；

精锌产出率：1.045 t/t精锌；

金属锌回收率：71.4286%；

金属铅回收率：99%；

金属镉回收率：75%；

精锌含锌：99.99%；

粗锌含锌：99.4%。

表4-6 精馏过程中产物的质量比与金属含量

表4-7 金属锌的物料平衡

4.6.2热平衡

以塔内物料分配（见表4-8）和精馏塔控制的主要温度（见表4-9）为依据，计算出单铅塔全炉热平衡和单镉塔热平衡见表4-10及表4-11。

表4-8 塔内物料分配表

表4-9 精馏塔控制的主要温度（℃）

表4-10 单铅塔全炉热平衡

表4-11 单镉塔热平衡表

4.7车间配置

精馏车间采用单跨置，加料、冶炼、排料、浇铸和脱模等作业集中在以跨内。精馏炉主轴线与主导风向一致，炉与炉之间外表面积为2m。烟囱布置

在主厂房边。吊车笼罐布置在厂房一端。仪表控制室靠近精馏炉组，与热工操作同一楼面。

车间布置详见附图2。

4.8主要设备的选择

锌蒸馏炉由熔化炉、铅塔、冷凝器、精练炉、镉塔、大冷凝器、纯粹槽组成，主体是由碳化硅质量塔盘组合和镉塔。

4.8.1精馏塔

经计算，采用三塔型精馏塔，能充分发挥镉塔作用。

两座铅塔，日处理量为30.4t。

4.8.2冷凝器

（1）铅塔冷凝器

铅塔冷凝器是用碳化硅质耐火材料砌筑的矩形容器，下设锌液封闭底座贮槽，外围设有活动保温窗。

冷凝室尺寸为：1.41m×0.94m×3.51m

宽：长=1：（1.4~1.6），宽：高=1：（4~5）。

（2）镉塔冷凝器

镉塔大冷凝器置于镉塔回流段的上部，并与镉塔紧密相连，加热区蒸发上来的锌蒸气与铅塔回流段一样，先经过回流段的分馏后进入大冷凝器进行冷凝，进一步与镉蒸气分离，只让少量锌与镉蒸气进入小冷凝器产出高镉锌。

大冷凝器外型为：0.99m×0.457m×2.97m，

小冷凝器外型为：0.585m×0.48m×0.652m。

4.8.3精馏炉燃烧室

精馏炉燃烧室，燃烧产生的煤气由顶部进入，空气由左右边墙进入，混合燃烧后从底部排出。燃烧式溶容积为10.4m3,长2.0m，宽0.51m，高4.08m。

4.8.4换热器

精馏炉燃烧废气温度达1000℃，通过换热室将空气和煤气预热道600℃以上，以提高燃烧温度和降低燃料消耗。选用陶瓷质换热器可满足生产要求。换热器采用双孔空心砖逆流式，容易清扫。

4.8.5排烟设备