锌冶金学作业

锌冶金思考题1、分别写出火法炼锌和湿法炼锌的原则工艺流程图。

2、说明硫化锌精矿焙烧的目的。

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，使焙烧产物适合下一步冶炼要求，因此，焙烧是生产锌的第一个冶金过程。

2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2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的过程。

焙烧的目的与要求决定于下一步的生产流程，冶炼方法不同其焙烧目的略有差别: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是的锌锭。

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。

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物及少量硫酸盐(3~4%SSO4)，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。

3、在硫化锌精矿焙烧的过程中，硅酸盐和铁酸锌的生成对后续冶炼过程有什么危害？如何避免铁酸锌的生成？在湿法浸出时，由于铁酸锌不溶于稀硫酸，留在残渣中而造成锌的损失。

因此，对于湿法炼锌厂来说，为了尽量提高焙烧产物中的可溶锌率，力求在焙烧中避免铁酸锌的生成。

可采用下列方法：(1)加速焙烧作业，缩短反应时间，以减少在焙烧温度下ZnO与Fe2O3颗粒的接触时间；(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，使其中的Fe2O3被还原，破坏了铁酸锌的结构而将ZnO析出。

3(ZnO ·Fe2O3) + CO = 3ZnO + 2 Fe3O4 + CO24、在湿法炼锌过程中，锌焙砂中性浸出的pH值为什么要控制在5.2左右？根据已知的离子的电位原理绘制出的Zn-Me-H2O系φ-pH图。

为了得到很高的锌离子浓度并使铁、砷等杂质以氢氧化物沉淀除去，在锌中性浸出终了时，控制浸出终点pH=5.2。

5、写出锌焙砂常规浸出和热酸浸出的工艺流程。

6、在湿法炼锌的热酸浸出过程中，从含铁高的浸出液中沉铁有哪些方法？请说明其原理及优缺点。

根据沉淀铁的化合物形态不同，热酸浸出过程中采用的沉铁方法有黄钾铁矾法、转化法、针铁矿法和赤铁矿法。

黄钾铁矾法的原理：使三价铁以黄钾铁矾复盐的形式从弱玻溶液里沉淀出来并使ZnO·Fe2O3中的锌溶解，其基本反应为：3Fe2(SO4)3 + 2A(OH) + 10H2O = 2A Fe3(SO4)2(OH)6 + 5H2SO4式中A代表K+、Na+、NH4+、H3O+等离子。

ZnO·Fe2O3 + 4H2SO4 = ZnSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O黄钾铁矾法的优缺点：1)黄钾铁矾沉淀为晶体，易澄清过滤分离。

2) 金属回收率高3) 碱试剂稍耗量少。

4) 沉铁是在微酸性(pH＝1.5)溶液中进行，需中和剂ZnO少。

5) 铁矾带走一定的硫酸根，有利于保持酸的平衡。

6) 脱砷、锑的效果不佳，也不利于稀散金属的回收。

7) 黄钾铁矾渣渣量大(渣率40%)，渣渣锌高(3~6%)，渣中含铁低(25~30％)，难于利用，堆存时其中可溶重金属会污染环境。

针铁矿法原理：在较低酸度（pH=3~5）、低Fe3+浓度（<1g/l）和较高温度（80~100℃）的条件下，浸出液中的铁可以呈稳定的化合物针铁矿（Fe2O3·H2O或 -FeOOH）析出。

如果从含Fe3+浓度含高的浸出液中以针铁矿的形式沉铁，首先要将溶液中的Fe3+用SO2或ZnS还原成Fe2+，然后加ZnO调节pH值至3~5，再用空气缓慢氧化，使其以针铁矿的形式析出。

其基本反应如下：2FeSO4 + 2ZnO + 0.5O2 +H2O = 2ZnSO4 + Fe2O3·H2O针铁矿法沉铁的优缺点：1)铁沉淀完全，溶液最后含Fe3+<1g/L；2) 铁渣为晶体结构，过滤性能好；3) 沉铁的同时，可有效地除去As、Sb、Ge，并可除去溶液中大部分(60~80%)氯；4) V·M法需要对铁进行还原-氧化过程，而E·Z法中和酸需要较多的中和剂；5)铁矿含有一些水溶性阳离子和阴离子(即12%SO42-或6%Cl-)，有可能在渣堆存时渗漏而污染环境；6)对沉铁过程pH值的控制要比黄钾铁矾法严格。

赤铁矿法原理：当硫酸浓度不高时，在高温（180~200℃）高压（2000kPa）条件下，溶液中的Fe3+会发生如下水解反应得到赤铁矿（Fe2O3）沉淀：Fe2(SO4)3 + 3H2O = Fe2O3 + 3H2SO4如果溶液中的铁呈Fe2+形态，应使其氧化为Fe3+。

产出的硫酸需用石灰中和。

赤铁矿法的沉铁率可达90%。

赤铁矿法的优缺点：锌及伴生金属浸出率高，综合回收好，产渣量少，渣的过滤性好，渣含铁高（58%），可直接用作炼铁原料。

需用高压釜，建设投资费用大，蒸汽消耗多，酸平衡问题用石灰中和解决但产生大量的CaSO4渣。

7、锌焙砂中性浸出液净化时，锌粉置换除铜镉的原理是什么？影响锌粉置换反应的因素有哪些？锌粉置换净化的原理：锌粉置换除铜、镉是用较负电性的锌从硫酸锌溶液还原较正电性的铜、镉、钴等金属(用Me 表示)离子，其基本反应为：Zn + Me2+ = Zn2+ + Me置换反应进行的极限程度取决于它们之间的电位差：E = E︒Me2+/Me－E︒Zn2+/Zn＋0.0295lg(a 2+ / a Zn2+)E︒Me2+/Me－E︒Zn2+/Zn＝0.0295lg(a Zn2+/a Me2+)Me两种金属电位差愈大，置换反应愈彻底。

由热力学计算可得出，锌粉置换除铜、镉、钴、镍可降至很低的程度。

实践证明，锌粉置换除铜、镉很容易进行，单纯用锌粉置换除钴、镍比较困难，必须采取其他措施，如砷盐净化法、逆锑净化法、合金锌粉净化法等。

因而除钴、镍的方法也较多而复杂。

影响锌粉置换除铜、镉的因素有：①锌粉质量：锌粉的用量与锌粉纯度、粒度及溶液中被置换金属的含量有关，锌粉消耗量一般为理论需要量的2倍。

②搅拌强度：搅拌强度不宜过分强烈，以防止带入空气溶解于溶液中，引起锌粉氧化而出现钝化现象以及镉的氧化和复溶。

因此，一般在机械搅拌槽或沸腾净化槽内进行。

③置换温度：一般控制在45~60℃，温度过高会促使镉复溶。

④中性浸出液的成份：要求中性浸出液的成份合格，保持溶液的pH值为5.2~5.4，锌的浓度为150~ 180g/l。

⑤添加剂的作用：单独用锌粉置换沉积镉时，Cu2+ 具有催化作用，因此置换沉镉时溶液中必须有足够的Cu2+，铜的浓度为0.20~ 0.25g/L，溶液中[Cu2+]：[Cd2+]=1：3时除镉效果最佳。

8、根据Zn-Cd二元系沸点组成图，说明粗锌火法精馏精炼的基本原理和过程。

由图可以看出，当锌中熔有低沸点镉时，锌的沸点便会降低，其变化规律如图中I线所示。

当成分为A的粗锌加热到a的温度时，这种含镉的锌便会沸腾，锌、镉同时挥发。

蒸气冷却时，其组成则是沿着线II变化，从I线上的a点作横坐标的平行线，交于b点，b点所代表成分，即为A成分的合金加热至a点蒸发，气液两相平衡时气相的平衡成分。

因此，被冷凝下来的液相含锌较b点多、含隔少。

未被冷凝的气相则正好相反，即气相中富集了低沸点的金属镉，这样反复多次地蒸发与冷凝，液相中就富集了高沸点金属，气相中富集了低沸点的金属，从而使沸点有差别的两种金属，达到完全分离的目的。

9、在硫酸锌溶液中的杂质Cu、Cd、Co、Ni、As、Sb、F、Cl在电积过程中有什么危害？如何在净化过程中将他们除去？铅、镉、锡、铋较锌优先放电并在阴极上沉积析出，降低电锌质量。

铜、钴、镍在阴极上较锌优先析出，降低电锌质量，在阴极上造成各种“烧板”现象，显著降低电解锌生产的电流放率从而使产品的电耗增大。

锗、砷、锑严重地降低电流效率和增加电能消耗。

锗与锑共存时危害加剧，锗、锑还会加剧其它杂质的危害。

锗、砷、锑都会使阴极锌起皱，严重时产生蜂窝状或海绵状沉积物，严重降低电锌质量。

向电解液中加入胶质，可不同程度地消除锗与锑的危害。

氯离子会腐蚀阳极，使阴极锌的含铅量增加而降低电锌质量，同时缩短阳极寿命。

当有MnO2存在时，可抑制氯离子的危害。

MnO2 + 4H+ + 2Cl- ＝Mn2+ + C12 + 2H2O氟离子会破坏阴极铝板表面的氧化膜，使锌与铝板发生粘结，使锌片难于剥离。

加入酒石酸锑钾可改善剥离情况。

加入动物胶，量为0.01～1克/升，可使析出锌呈细晶粒状，减少锑、钴的危害，增加氢的超电压，较少锌的反溶。

添加SrCO3、BaCO3、水玻璃（Na2SiO3）等，减少阴极锌含铅。

定期掏槽，保证供电稳定，加强槽面管理及熔铸管理。

10、影响锌电积过程中的电流效率和电能消耗的因素有哪些？影响电流效率的因素主要有：电解液的组成、阴极电流密度、电解液温度、电解液的纯度、阴极表面状态及电积时间等。

电能消耗取决于电流效率和槽电压。

当电流效率高，槽电压低时，电能的消耗就低，反之则高。

凡影响电流效率和槽电压的因素都将影响电能消耗。

11、根据Zn-S-O系状态图，说明ZnS难以直接氧化得到金属锌的原因。

（1）ZnS直接获得金属锌是比较困难的。

（2）硫酸锌的分解经过一个中间产物—碱式硫酸锌。

当在产物只保持少量硫酸盐时，得到的是碱式硫酸盐而不是正硫酸盐。

生产中不能用降低Pso2及Po2方法来保证获得ZnO焙烧产物。

（3）温度升高时，硫酸锌稳定区缩小，提高沸腾焙烧温度可以保证锌硫酸盐的彻底分解。

硫化锌不能在高温下直接氧化生成金属。

（4）对于含Cu、Fe等的复杂的含锌原料进行硫酸化焙烧时，希望Cu、Zn等有价金属转变为硫酸盐，须控制适当的焙烧温度(953±30K)，温度降低50℃，铁将被硫酸化随后被大量浸出，温度升高50℃，Cu、Zn的硫酸盐发生分解。

12、为什么说硫化锌是较难焙烧的硫化物？硫化锌以闪锌矿或铁闪锌矿(n ZnS·m FeS)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)焙烧开始时，进行反成(1)与反应(2)，反应产生SO2之后，在有氧的条件下它又氧化成SO3。