2014锌冶金思考题

2014锌冶金思考题及参考答案-邓志敢

第1章绪论

1、炼锌原料有哪些？

（1）锌矿物:

1）硫化矿(原生矿)：闪锌矿(ZnS)；铁闪锌矿(n ZnS•m FeS)

2）氧化矿（次生矿）：菱锌矿(ZnCO3)；异极矿(ZnSiO4•H2O)

（2）含锌二次资源：冶炼厂产出的氧化锌烟尘、浮渣和锌灰等。

2、简述金属锌的用途。

锌广泛用于航天、汽车、船舶、钢铁、机械、建筑、电子及日用工业等行业。(1)锌的初级用途：

最大用途是镀锌，约占总耗锌量的40%以上；

其次是用于制造黄铜，约占总耗锌量的20%；

制造各种锌基合金、

干电池(我国约60万吨/年)、

氧化锌、建筑五金制品及化学制品等。

（2）锌的终端用途：

主要用于交通运输业（汽车)和建筑业（基础设施、商用建筑和住宅）

3、现代炼锌方法有哪些？

现代炼锌方法分为火法和湿法两大类，以湿法冶炼为主。

（1）火法炼锌: 有鼓风炉炼锌、竖罐炼锌、平罐炼锌、电热法炼锌等

火法炼锌包括焙烧、还原蒸馏和精炼三个主要过程。平罐炼锌和竖罐炼锌都是间接加热，存在能耗高、对原料的适应性差等原因，平罐炼锌几乎被淘汰，竖罐炼锌也只有为数很少的3~5家工厂采用。

电热法炼锌虽然直接加热但不产生燃烧气体，也存在生产能力小、能耗高、锌的直收率低的问题，因此发展前途不大，仅适于电力资源丰富的地方使用。 密闭鼓风炉炼锌由于具有能处理铅锌复合精矿及含锌氧化物料，在同一座鼓风炉中可生产出铅、锌两种不同的金属，采用燃料直接加热，能量利用率高

的优点，是目前主要的火法炼锌设备，占锌总产量的10%左右。

（2）湿法炼锌: 包括传统的湿法炼锌和全湿法炼锌两类。

1）传统的湿法炼锌实际上是火法与湿法的联合流程，是20世纪初出现的炼锌方法，包括焙烧、浸出、净化、电积和制酸五个主要过程。

根据浸出温度和酸度的不同，湿法炼锌分为常规浸出和热酸浸出两种工艺。

✓常规浸出时焙砂中的铁酸锌不能浸出，留在浸出渣中，用火法挥发焙烧回收，得到氧化锌烟尘再浸出。

✓热酸浸出采用高温高酸浸出铁酸锌，锌的浸出率可达97%以上，浸出残渣过滤得到铅银渣，浸出液用黄钾铁矾法沉铁得到铁渣堆存。

2）全湿法炼锌是在硫化锌精矿直接加压浸出的技术基础上形成的，于20世纪90年代开始应用于工业生产。该工艺省去了传统湿法炼锌工艺中的焙烧和制酸工序，锌精矿中的硫以元素硫的形式富集在浸出渣中另行处理。

3）氧化锌矿湿法冶炼也属于全湿法炼锌。

湿法炼锌由于资源综合利用好、单位能耗相对较低、对环境友好程度高，是锌冶金技术发展的主流，其产量约占世界锌总产量的80%。

4、了解我国锌冶炼工业的现状。

我国锌冶炼工艺，目前以湿法冶炼为主，火法其次。开发利用的锌资源，以硫化矿为主，氧化矿数量有限。氧化锌矿难于选矿富集，低品位氧化矿多通过回转窑挥发焙烧，得到品位较高的氧化锌尘作为火法或湿法炼锌原料。

锌的总产量虽然居世界首位，但我国锌企业的总体情况是企业规模小、数量多、分布广。但近年来我国锌企业的规模和生产能力不断提高。

锌矿山主产区在云南、内蒙、甘肃、湖南、广西、陕西、广东、四川、青海、福建。

锌冶炼主产区有湖南、云南、辽宁、广西、四川、甘肃、陕西、广东、贵州。

5、分别画出火法炼锌及传统湿法炼锌的原则工艺流程图。

火法炼锌原则工艺流程

传统湿法炼锌原则工艺流程

第2章硫化锌精矿的焙烧与烧结

1、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。

2、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，进行反应(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。在有SO3存在时氧化锌可以形成硫酸锌。

调节焙烧温度和气相成分，就可以在焙砂中获得所需要的氧化物或硫酸盐。

铅的存在能促使硅酸盐生成，因为硅酸铅的易熔性，促使精矿熔结，妨碍焙烧进行。熔融状态的硅酸铅可以溶解其他金属氧化物或其硅酸盐，形成复杂的硅酸盐。铁酸锌的生成是无法避免的。硫化锌是较难焙烧的一种硫化物。

3、简述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) ：在焙烧时实行死焙烧(氧化焙烧)。1）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量的锌锭。2）产出浓度足够大的SO2烟气以供生产硫酸。3）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。1）既要脱硫、结块，还要控制铅的挥发。2）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：实行部分硫酸盐化焙烧。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%S SO4)，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。

4、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过程有什么影响？在焙烧过程中如何避免硅酸盐和铁酸锌的生成？

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 + CO2

在湿法浸出过程中，硅酸锌和其他硅酸盐易溶解，但生成的SiO2在湿法浸出时成胶体状态，对澄清和过滤不利。为了避免硅酸盐的形成，对入炉精矿中的铅、硅含量要严格控制。

硅酸盐的形成对火法炼锌过程影响不大。