日处理750吨锌精矿流态化焙烧炉的设计(唐山学院毕业设计论文)

唐山学院毕业设计（论文）(冶金化工系)题目日处理750吨锌精矿流态化焙烧炉的设计专业班级姓名学号指导教师完成日期目录摘要 (1)第一章绪论 (2)1.1锌的性质及用途 (2)1.2锌的主要矿物资源与炼锌原料 (2)1.3锌冶金工艺技术的发展 (3)1.4流态化焙烧的发展 (5)第二章工艺流程的选择与论证 (6)2.1原料组成及特点 (6)2.2焙烧工艺的选择 (6)2.3硫化锌精矿焙烧工艺的基本原理 (7)2.4硫化锌精矿流态化焙烧的工艺组成 (7)2.4.1 炉料准备及加料系统 (7)2.4.2 流态化焙烧炉本体 (8)2.4.3 烟气冷却及收尘系统 (8)2.4.4 排料系统 (8)第三章技术经济指标选择与论证 (10)3.1主要操作条件的选择 (10)3.1.1 鼓风量与过剩空气系数 (10)3.1.2 空气直线速度 (10)3.1.3 温度 (10)3.1.4 炉底与炉顶压力 (11)3.1.5 流态化床高度与烟气在炉内的停留时间 (11)3.2技术经济指标的选择 (11)3.2.1 焙烧炉床能率 (12)3.2.2 可溶锌率 (12)3.2.3 锌精矿焙烧脱硫率 (12)3.2.4 焙烧产出率及烟尘率 (12)3.2.5 锌回收率 (12)3.2.6 炉子开动周期 (12)- I -第四章锌精矿流态化冶金计算 (13)4.1锌精矿物相组成计算 (13)4.2烟尘产出率及其化学和物相组成计算 (14)4.3焙砂产出率及其化学和物相组成计算 (17)4.4焙烧需要的空气量及产出烟气量与组成计算 (21)4.4.1 焙烧矿脱硫率计算 (21)4.4.2 出炉烟气计算 (21)4.5流态化焙烧物料平衡 (22)4.6热平衡计算 (23)4.6.1 热收入 (23)4.6.2 热支出 (25)第五章设备的选择及其计算 (28)5.1主体设备的选择与计算 (28)5.1.1 炉型的选择 (28)5.1.2 炉床面积的确定 (28)5.1.3 炉床直径的确定 (29)5.1.4 炉膛面积和炉膛直径的确定 (29)5.1.5 炉腹角 (29)5.1.6 流态化床的高度 (29)5.1.7 炉膛高度 (29)5.2辅助设备的选择与计算 (30)5.2.1气体分布板和风帽 (30)5.2.2 流态化床层排热装置 (31)5.2.3 排料口 (32)5.2.4 烟气出口 (32)第六章结论 (33)致谢 (34)参考文献 (35)- II -摘要根据设计任务书的要求，本文对日处理750吨锌精矿的流态化焙烧炉进行了精心的设计，在参阅大量文献的基础上，结合生产实践，对锌精矿流态化焙烧工艺和技术经济指标进行了论证与选择，对烟尘与焙砂成分的产出率、焙烧需要的空气量与烟气量、烟气的成分等进行了物料平衡和热平衡计算，对主要设备和辅助设备进行了精心选择、设计及尺寸计算。

绘制了流态化焙烧的设备连接图和鲁奇扩大型焙烧炉的炉体总图。

关键词：锌精矿平衡计算流态化焙烧炉设计- 1 -第一章绪论1.1 锌的性质及用途锌是一种白色略带蓝灰色金属，断面具有金属光泽，在自然界中多以硫化物状态存在，在室温下呈脆性，但在100～150℃下其延展性良好。

金属锌，化学符号Zn，属化学元素周期表第II族副族元素。

锌属于重金属，原子序数为30，原子量为65.4，20℃时的密度为7.13g/cm3，熔点419.6℃，其六面体晶体结构稳定性极强，无法改变，但可以加强。

锌较软，仅比铅和锡硬，展性比铅、铜和锡小，比铁大。

由于锌的熔点低，液态流动性好，在压力浇注时能充满模内很精细的地方，所以它常作为精密铸件的原料。

液态金属锌的沸点比较低，为907℃。

液态锌的蒸汽压随温度升高而迅速增加。

表1-1在不同温度下锌的蒸汽压成挥发的锌蒸汽只有通过冷凝才能得到金属锌。

锌在420℃时开始与硫发生反应，而与氧反应在225℃时便开始了。

锌对氧的亲和力比较大，硫化锌在空气中加热氧化生成稳定的氧化锌。

氧化锌既能在高温下被碳还原，又能很好地溶解与稀硫酸溶液中，因此硫化锌的氧化焙烧对于火法炼锌和湿法炼锌都是重要的冶炼前预处理过程。

纯锌不溶于纯硫酸或盐酸，但锌中若有少量杂质存在则会被酸所溶解，因此，一般的商品锌极易被酸所溶解，亦可溶于碱中。

锌是比较活泼的重金属，室温下在干燥的空气中不起变化，但在潮湿而含有CO2的大气中，锌表面会逐渐氧化生成灰白色致密的碱式碳酸锌薄膜层，阻止锌继续氧化。

所以锌被大量用于镀覆钢铁材料以防腐蚀。

随着汽车工业和建筑业对镀锌钢材的需求不断增加，镀锌材料已经成为锌的一项主要消费。

1.2 锌的主要矿物资源与炼锌原料锌在自然界多以硫化物状态存在，主要矿物是闪锌矿（ZnS），但这种硫化物的形成过程中有FeS固溶时，称为铁闪锌矿（n ZnS·m FeS）。

含铁高的闪锌矿会使提取- 2 -冶金过程复杂化。

硫化矿床的地表部位还常有一部分被氧化的氧化矿，如菱锌矿、硅锌矿等。

我国是铅锌资源较丰富的国家之一，已探明的铅锌储量1.1亿吨，约占目前全世界已探明的铅锌储量的四分之一，居世界首位，其中铅储量3300万吨，锌储量8400万吨，铅锌平均品位4%，锌铅比2.4:1。

1.3 锌冶金工艺技术的发展近10年来我国锌产量迅速增长，1995年为107.67万吨，2000年195.7万吨，2005年达到271.1万吨。

1995至2005年，年均递增9.7%；2000至2005年，年均递增6.7%。

随锌产量基数增大，年均递增率已逐年递减。

从2002年起，我国锌产量，消费量均居世界第一，是名符其实的锌的生产和消费大国。

由此锌冶金工艺技术的发展是显而易见的，我国主要以湿法冶炼为主，火法冶炼其次。

湿法冶炼工艺的标准流程是锌精矿焙烧→浸出→净液→电积→电锌产品。

其中因浸出作业的条件不同又分工协作为低温常规浸出和高温高酸浸出两种，我国常规浸出工艺以株冶较为典型，浸出渣多用回转窑挥发其残锌。

高温高酸浸出渣则直接送渣场堆存，或视铅、银含量送铅厂处理，其浸出液除铁在我国又有四种不同工艺，如白银西北铅锌冶炼厂等采用的黄钾铁矾法、赤峰库博红烨锌厂等采用的氨矾铁渣法，由于铁渣中锌含量低，又称为低污染黄钾铁矾法、云南祥云飞龙实业有限公司等采用针铁矿法、温州和池州冶炼厂等采用喷淋去除铁、称为仲针铁矿法。

基于这些区别，使湿法炼锌工艺流程呈现出多样性。

上世纪90年代随着单系列10万t/a电锌冶炼厂的建设，采用和研制了109m2的大型流态化焙烧炉、大型单通道模式壁余热锅炉、溢流密封螺旋排灰装置、焙砂流态化冷却器、高效冷却筒、150m3高效节能搅拌槽、高效浓密机、自动板框压滤机、1.6m2极板、全塑大型电解槽、机械化剥锌片机、40t大型低频熔锌感应电炉、自动浇铸—码垛—打包机等先进设备和锑盐三段深度净液等技术。

分别在白银、株冶、曲靖、济源、巴彦淖尔等地建成投产，五个锌厂其装备和自控水平已进入世界先进行列。

下面是我国锌冶炼技术进展的一些实例：(1) 云南冶金集团和昆明理工大学，联合开发了高铁锌精矿铁自动催化加压浸出新工艺，处理含Zn42.17%、Fe14.38%、S29.25%的精矿，工业性连续试验指标达到：- 3 -锌浸出率98.05%，铁浸出率仅29.22%，元素硫转化率92.2%。

该技术已建成投产了10000t/a电锌的生产线，和20000t/a的试生产线，进入了产业化阶段。

(2) 高硅氧化锌矿的处理，有突破性进展，云南祥云飞龙实业有限公司，将高硅氧化锌矿与硫化矿焙砂中温和酸浸出渣，按适当配比混合，再经高温高酸浸出，用针铁矿法沉铁、脱硅、净液、电解生产电锌，已取得国家专利。

该厂采用上述工艺已生产多年，锌的总回收率达94%。

2005年该厂电锌产量已突破5万t/a，证明该工艺成熟可靠。

该厂同时用硫酸浸出处理Zn7～8%的低品位氧化矿，浸出率达70%～80%并用酸洗萃取、电积工艺回收过去堆答的锌浸出渣，产能已达10000t/a电锌，这些技术为我国难处理的高硅氧化锌矿经济有效地利用开创了新途径。

(3) 由于铟价持续攀高，锌矿中伴生金属铟的有效回收引起锌冶炼同行的高度重视，株冶采用环隙式离心萃取器代替混合澄清槽，直接从氧化锌酸浸上清液中萃取回收铟、锗、剔除了铟、锗富集和两次富集渣酸浸等工序，铟的总回收率提高了20.25%，锗的总回收率提高了31.9%。

(4) 湿法炼锌除前面提到的设备大型化外，曲靖、株冶等厂家的焙烧、浸出、净液、电解、制酸均实现了在线检测，智能优化模型控制。

提高了产品质量，降低了能耗。

熔锌工频感应电炉，采用新型绝缘干式填料和柔性耐火浇铸材料，解决了感应器熔锌沟锌液流动时剧烈膨胀、热应力变化给感应器造成的龟裂漏锌及一、二次线圈间的漏锌问题，实现了感应电炉可不停炉检修、不需再配备用炉。

云南驰宏锌锗股份有限公司，将锌浸出渣加入烟化炉强化挥发熔炼，回收其中残留的Zn、Pb、Ge、Ag等有价金属，炉型有重大改进，达到了锌浸渣综合利用的目的。

目前，即将开发年产锌15-16万t/a的145m2焙烧炉及其配套措施，锌液深度净化装置和林极板自动剥锌装置，以及研发锌渣和铅锌中矿无害化处理工业化装置。

(5) ISP工艺中，烧结机点火炉改进成高效节能炉型，带状火焰燃烧直接点火，节能25%。

密闭鼓风炉增大了炉身和风口区面积，改进了锌雨冷凝和电热前床结构，优化工艺条件，送风时率达93.3%。

鼓风炉炉瘤清除，通过多种技术措施，冷凝器周清理延长至11天，炉子大修周期延长到3年，单炉产量达到13万t铅锌/a。

在火法与湿法的对比下，火法炼锌得到的产品纯度太低，杂质含量过高，不能达到用户要求，需要进一步的精炼，而湿法炼锌得到的产品纯度很高，完全能够满足用户的要求。

湿法炼锌的主金属总回收率略高，渣含锌量少，金属的综合利用率高，综合能耗低。

湿法炼锌的劳动强度小，劳动环境好，有利于生产的连续化，自动化和大- 4 -型化。

火法炼锌需消耗大量的煤，是一种污染型能源，而湿法炼锌消耗的主要是电力和水，干净清洁。

1.4 流态化焙烧的发展流态化焙烧（沸腾焙烧）是湿法炼锌过程中的重要环节，当今世界随着湿法炼锌技术的不断发展,生产规模的不断大型化，要求流态化焙烧炉的技术也不断发展，流态化焙烧炉也愈趋大型化。

用流态化焙烧炉焙烧锌精矿，炉内热容量大且均匀，温差小，料粒与空气接触表面积大，反应速度快，强度高，传热传质效率高，这些因素均使焙烧过程大大强化。

流态化焙烧1944年开始用于硫铁矿的焙烧，1952年引入湿法炼锌工业，1957年末我国有色金属工业第一台流态化焙烧炉在辽宁葫芦岛锌厂建成投产，以后为多个炼锌厂所采用。

现在我国湿法炼锌技术已得到了很大的发展，1992年西北冶炼厂引进一台世界第二、亚洲第一的109m2流态化焙烧炉，此流态化焙烧炉的投产运行，标志着我国流态化焙烧技术跨入世界先进行列。