锌冶金

(1) 加速焙烧作业，减少焙烧温度下ZnO与Fe2O3接触的 时间；另外，炉料颗粒大些，使接触面积减小亦可降 低铁酸锌的生成。
(2) 升高焙烧温度能有效限制铁酸锌的生成。 (3) 用CO还原铁酸锌：
3(ZnO·Fe2O3) + CO = 3ZnO + 2Fe2O3 + CO2 (4) 低氧位焙烧是降低铁酸锌形成的重要条件
砷和锑的化合物。它们的低价氧化物As2O3、 Sb2O3挥发，而高价氧化物As2O5、Sb2O5不 挥发，且有较强酸性，故能与炉料中各种碱 性氧化物结合，形成相应的砷酸盐和锑酸盐 留在焙砂中，这种盐都容易和硫酸反应：
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铅和钙的化合物。铅的化合物在浸出时呈硫 酸铅和其它铅的化合物留在浸出残渣中，而 钙的化合物则发生溶解：
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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，在现有工艺 条件下硫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。但在 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 。
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硫化铅。
硫化铁。
硅酸盐的生成。锌精矿脉石中常含有二氧化硅和 各种结合状态的硅酸盐。二氧化硅与氧化铅能形 成熔点不高的硅酸铅，促使精矿熔结，妨碍焙烧 进行；而其它硅酸盐在浸出时虽然容易溶解，但 二氧化硅变成胶体状态，对沉清和过滤不利。
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铁酸锌的生成。当温度在600℃以上时，焙烧时生成 的ZnO和Fe2O3会生成铁酸锌： ZnO + Fe2O3 = ZnO·Fe2O3 铁酸锌不溶于稀硫酸，在湿法浸出时，铁酸锌留在残 渣中而造成锌的损失。因此需要避免铁酸锌的生成。 可采取的措施有：
第六章 锌冶金
锌的主要性质
锌是白略带蓝灰色的金属。它的熔点和沸点都较 低，质软、有展性，熔化后流动性很好，可用作 精密铸件。原子量65.37, 熔点419.05℃, 沸点 906.97 ℃,密度7.113g/cm3。
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锌有三种结晶状态：锌、锌和锌。锌在 熔点附近的蒸气压很小，但液态锌的蒸气压 随温度的升高而迅速增大，在1179.97K时 即达101325Pa，火法炼锌就是利用了锌的 这一特性。
2ZnSO4 + 2H2O = 2Zn + 2H2SO4 + O2
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影响电积过程电流效率的因素：
(1) 电解液中的杂质含量，主要是铜、钴、镍、砷、 锑、锗等那些比锌电位更正的金属，他们会和沉积 出来的锌构成原电池，从而严重影响电积过程。
(2) 电解液温度。温度高时，氢的超电压会降低，从 而降低电流效率。一般电积过程的温度控制在 30~40℃间。
业，置换金；在湿法炼锌中用锌粉置换除 铜、镉等。
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炼锌原料
锌资源的特点是铅锌共生，在自然界多以硫化 物状态存在。世界已查明的锌资源量约为 19 ×108t，世界锌储量为 1.9 ×108t，储量基础 为 4.4 ×108t。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 t，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 t，锌储量 8400 万 t，铅锌平均品位4% ，锌铅比 2.4:1。
(3) 电解液组成。电解液中酸多时，氢的超电压下降， 锌反溶增大；锌少时则氢易析出而锌难析出。
(4) 析出锌的状态和析出周期。析出锌表面粗糙时， 其表面积增大，电流密度减小，这会降低氢的超电 压，使电流效率下降；而如果析出周期长，则阴极 表面由粗糙变成长疙瘩，甚至造成短路而导致电流 效率下降。
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MO + H2SO4 = MSO4 + H2O 浸出液中，除了含有锌外，还含有铁、铜、镉、 镍、钴等元素，在电积之前，必须把这些杂质元 素除去。除去的办法是中和沉淀，其原理可用EpH图来分析。
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锌焙砂各组分浸出时的行为：
锌的化合物。氧化锌是锌焙砂的主要成分， 它是浸出时的主要反应为：
ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O 铁的氧化物。铁氧化物浸出时的反应为：
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铁酸锌的去除 在通常的湿法炼锌浸出过程中，铁酸锌是不溶解的。 回收的办法，除了火法冶金的烟化法，比较有前途的 还有高压二氧化硫还原浸出和热酸浸出。 (1) 高压二氧化硫还原
(2) 热酸浸出
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2、硫酸锌溶液的净化
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3、锌的电解沉积 锌电积一般采用Pb-Ag(1%Ag)板为阳极，纯铝 板为阴极，以酸性硫酸锌水溶液作为电解液。 电解时，在阴极上发生锌的析出，阳极上则释 放出氧气。 随着电解过程的进行，电解液中的锌不断减 少，硫酸不断增加。因此，必须不断抽出一部 分电解液作为废液返回浸出工序，同时加入已 净化的中性硫酸锌溶液，以保持电解液中锌及 硫酸浓度的稳定。
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竖罐炼锌：在高于锌沸点的温度下，于竖井式蒸馏罐内，用 碳作还原剂还原氧化锌的球团，反应产生的锌蒸气经冷凝成 液体金属锌。其优点是锌回收率较高，可达到95% ～ 96； 不足之处是能耗大，要大量消耗优质冶金焦，环境污染严重， 劳动条件较差，故其竞争力不强。
鼓风炉炼锌(简称ISP法)：该工艺主要由铅锌精矿烧结焙烧、 烧结块还原熔炼、锌蒸气冷凝和粗锌精炼四个过程组成。鼓 风炉炼锌的优点是在一座炉内同时生产锌和铅，从而不需要 用费用高昂的泡沫浮选法来分选那些由于细颗粒浸染所形成 的硫化锌和硫化铅的复合矿。因此具有一定的生命力，但竞 争能力远不如湿法炼锌；
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2、火法炼锌
火法炼锌的理论基础 火法炼锌的主要反应为：
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炼锌条件的确定
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锌蒸气的冷凝
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存在于焙砂中的铁酸锌在蒸馏过程的温度下， 可被CO按如下反应还原：
因此，和湿法不同，锌以铁酸盐形态存在于焙 砂中，并不妨碍从中提取锌。
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竖罐炼锌
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3、湿法炼锌
1、锌焙砂的浸出
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浸出过程的理论基础 焙砂中的金属氧化物与硫酸溶液反应生成硫酸 盐，其通式为：
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从上述焙烧时各组分的化学反应可知，湿法炼 锌厂希望精矿中的 ZnS 完全氧化为 ZnO，少 生成硫酸锌、铁酸锌与硅酸锌。生产上的主要 措施是高温焙烧(如在 1273K 焙烧)，这样可使 硫酸锌完全分解，铁酸锌部分分解，但硅酸锌 很难分解。所以为了满足一般湿法炼锌厂的要 求，往往限制入炉精矿中的铁、硅、铅等的含 量。对火法炼锌厂而言，硅酸锌和铁酸锌都是 容易被还原的，因此，火法炼锌厂可以处理高 铁高硅的锌精矿。
4、粗锌火法精炼
火法炼锌一般只能得到4~5号锌，除某些用途 可直接应用外，一般经精练除去其中的Pb、Cd、 Cu、Fe等杂质。 粗锌火法精炼都用精馏法，所用设备为连续作业的精 馏塔。它包括铅塔和镉塔两部分。铅塔的任务是除去 锌中沸点较高的铅、铜、铁等，镉塔则是利用金属沸 点和蒸气压的差异分离镉。
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电炉炼锌：以电能为热源，在焦炭或煤等还原剂存在条件下， 直接加热炉料使其中的氧化锌还原成锌蒸气，然后经冷凝成 金属锌。该工艺可以处理高铜高铁锌矿，但要求含 S 量小于 1% ，对于含 S 高的碳酸盐锌矿需要预脱硫处理。多在电力 充足的地区应用，生产规模都很小。
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锌的冶金流程——火法
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湿法：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、易于实现机械化 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。 湿法炼锌的主要工艺过程包括焙烧、浸 出、浸出液净化、电解。
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锌的冶金流程——湿法
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根据浸出作业所控制的最终溶液酸度，锌焙 砂浸出分为中性浸出、酸性浸出和高温高酸 浸出(又称热酸浸出)。为了提高锌的浸出率 和整个生产流程的锌的回收率以及其他经济 技术指标，酸性浸出和热酸浸出带来的生产 问题集中在锌铁分离过程，因而湿法炼锌方 法又分为常规浸出法、热酸浸出黄钾铁矾法、 热酸浸出针铁矿法、热酸浸出赤铁矿法。在 20 世纪 80 年代，还发展了取消锌精矿焙烧 工艺的硫化锌精矿氧压浸出法。
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1、硫化锌精矿的焙烧
硫化锌精矿中含有40~都是 进行焙烧作业，其目的是
(1) 将精矿中的 ZnS 尽量氧化变成 ZnO，同 时，也使精矿中的铅、镉、砷和锑等杂质氧 化变成易挥发的化合物或直接挥发而从精矿 中分离。
(2) 使精矿中的硫氧化变成 SO2，产出有足够 浓度的二氧化硫烟气，以便制取硫酸。
Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3H2O FeO + H2SO4 = FeSO4 + H2O
当浸出物中有金属硫化物存在时，硫酸高铁 将继续发生反应：
Fe2(SO4)3 + MeS = 2FeSO4 + MeSO4 + S
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铜、镉、钴氧化物。它们是锌精矿中的主要 杂质，其浸出时的反应为： MO + H2SO4 = MSO4 + H2O
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阳极过程：由于铅质阳极表面形成PbO2保护 膜而不受腐蚀溶解，所以电积过程在阳极的 主要反应是氧的析出： 4OH- + 4e = O2 + 2H2O
阴极过程：由于氢在铝板上的析出超电压很 大，所以在电积时锌能析出而氢不析出或很 少析出： Zn2+ + 2e = Zn
所以，电积锌的总反应为：
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锌的生产方法
现代冶金锌的生产方法分为火法和湿法两大类 火法：火法炼锌是先将锌精矿进行氧化焙烧
或烧结焙烧，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 蒸馏提纯得精炼锌。按冶炼设备不同可分鼓 风炉、竖罐、电炉、平罐等炼锌方法。平罐 炼锌在20 世纪前是唯一的炼锌方法，是一种 简单而又落后的炼锌方法，由于能耗高，生 产率低，目前已基本淘汰。