铅锌冶炼工艺及脱硫技术介绍

锌的化学性质活泼，在常温下的空气中，表面生成一层薄而致密的碱式碳酸锌膜， 可阻止进一步氧化。当温度达到225℃后，锌氧化激烈。 锌在空气中很难燃烧，在 氧气中发出强烈白光。焰色反应，发出蓝绿色火焰。因为锌表面有一层氧化锌，燃 烧时冒出白烟，白色烟雾的主要成分是氧化锌，不仅阻隔锌燃烧，会折射焰色形成 惨白光芒，所以实验室燃烧锌块没有蓝绿色火焰。锌易溶于酸，也易从溶液中置换 金、银、铜等。锌的氧化膜熔点高，但金属锌熔点却很低，所以在酒精灯上加热锌 片，锌片熔化变软，却不落下，正是因为氧化膜的作用。锌是一种常用有色金属， 是古代铜、锡、铅、金、银、汞、锌等7种有色金属中提炼最晚的一种，是第四常 见的金属，仅次于铁、铝及铜。锌能与多种有色金属制成合金，其中最主要的是锌 与铜、锡、铅等组成的黄铜等，还可与铝、镁、铜等组成压铸合金。
铅锌冶炼工艺及脱硫技术介绍
2012年11月11日
内容
一 锌、铅冶炼工艺流程介绍 二 铅锌冶炼硫元素分布及走向 三 铅锌冶炼涉及的脱硫技术运用
一、中国锌铅冶炼工业的现状
万吨
1400 1200 1000 800 600 400 200
0
进入21世纪，我国已经成为世界上最大的铅锌生产和消费大国。 2011年世界精锌产量为1306.2万吨，其中我国为522.2万吨。 2011年世界精铅产量为1037.2万吨，其中我国为473.3万吨。
风箱料 刮板运输 斗式提升 （用于铺炉）
溢流焙砂
流态化冷却 圆筒冷却
烟尘
刮板运输 球磨
烟尘 刮板运输
焙砂 （开路）
刮板运输 料仓
刮板运输
单仓泵输送
焙砂 （送浸出）
单仓泵输送 焙砂储仓
3#单仓泵输送
烟气 余热锅炉
烟气
焙烧目的
在焙烧时，尽可能将锌精矿中的硫化物氧 化成氧化物并产生少量硫酸盐，同时尽量 减少铁酸锌、硅酸锌的生成，以满足浸出 对焙烧矿成分和粒度的要求及补充系统中 一部分硫酸根离子的损失。同时得到较高 浓度的二氧化硫烟气以便于生产硫酸。
锌焙砂浸出
沸腾炉焙砂、烟尘
锌电解废液
冲矿
●使物料中的锌尽可能的溶解到浸
矿浆
出液中，从而得到高的浸出率；
分级
底流
球磨
蒸汽 溢流 废液 中性浸出 矿浆 中性浓缩
矿粉中性上清上 (送清净液)
底流
球磨矿浆 蒸汽
酸性浸出
矿浆
酸性浓缩
底流 (送过滤)
上清液
浸出工艺流程
●使有害杂质尽可能不溶解而进入 渣中，达到与锌分离的目的。
还原反应
PbO+CO—→Pb+CO2+82.76kJ PbO+C—→Pb+CO－108.68kJ CO2+C—→2CO－165.8kJ
(一）基夫赛特（Kivcet）法
基夫赛特炼铅法
是闪速熔炼为主的直 接炼铅法。由前苏联 全苏有色金属研究院 开发。上世纪80年代 开始工业化生产，现 有意大利维斯姆铅厂 和加拿大Trail铅厂采 用该法生产。经多年 生产运行，已成为工 艺先进、技术成熟的 现代直接炼铅技术。
驰宏、宏达、兰坪、祥云
中原铅锌生产基地
豫光、金利、万洋
湖南铅锌生产基地
株冶、水口山
两广铅锌生产基地
韶冶、丹冶、华锡
锌的物理化学性质
锌化学符号是Zn，它的原子锌序数是30，相对原子质量为65。锌是一种蓝白色金 属。密度为7.14克/立方厘米，熔点为419.5℃。在室温下，性较脆；100～150℃时， 变软；超过200℃后，又变脆。
旋涡收尘 基本原理
烟气 锌精矿沸腾焙烧就是利用具有一定气流速 度的空气自下而上通过炉内矿层，使固体
电收尘
颗粒被吹动，相互分离而呈悬浮状态，达 烟尘 烟 气 到固体颗粒（锌精矿）与气体氧化剂（空 刮板运输 （送酸制）酸）气）的充分接触，以利化学反应进行。其
主要化学反应如式（1）～式（3）： 2ZnS＋3O2＝2ZnO＋2SO2（1） 2SO2＋O2＝2SO3（2） ZnO+SO3＝ZnSO4（3）
C＋O2＝CO2 CO2＋C＝2CO ZnO＋CO＝Zn↑+CO2 ZnO＋C＝Zn↑＋CO
（1） （ 2） （3） （4）
Fe2O3＋CO＝2FeO＋CO2（5） FeO＋CO＝Fe＋CO2 （6）
ZnO＋Fe＝Zn↑＋FeO （7）
在料层上空：
Zn(气)＋1/2O2＝ZnO （8）
CO＋1/2O2＝CO2
二次净液 二次净液是在有铜离子存在的情况下，加入黄药生成钴、镉的不溶性化合物，从而达 到从溶液中分离钴、镉的目的。主要反应如式（5）： 8C2H5OCSSNa+2CuSO4+2CoSO4=Cu2(C2H5OCSS)2+2Co(C2H5OCSS)3↓+4Na 2SO4 ……（5）
硫酸锌溶液电沉积
目的：锌的电沉积是从硫酸锌水溶液中提取金属的过程。所采用 的电解液为ZnSO4和H2SO4的混合溶液。以铝板为阴极，以铅银合 金板为阳极。
原料适应性强，可处理含铅品位20%～70%的炉料， 包括湿法炼锌产出的铅银渣和浸出渣在内的各种含 铅杂料，均可炼铅过程中搭配处理。
采用工业纯氧，，排出烟气量很小，烟气SO2浓度 高达20%～40%，有利于烟气净化和制酸。
在氧化区加入碎焦炭形成焦滤层，熔融的氧化铅通 过焦滤层后85%还原成金属铅，经过电热还原区进 一步还原和沉清分离，可使渣含铅降到2%左右。
电锌产品
电锌 产品
锌锭：压铸合金,电池业、印染业、医 药业、 橡胶业、化学工业等 。
铸造锌：用于铸造、压铸制造各种家用 电器部件、仪表、汽车零件、塑胶模具、 玩具外壳、造锁材料，制造轴承，工艺 装饰品及各类五金制品等。
热镀锌：主要用于防腐，如热浸镀锌钢板 、 电镀锌钢板 和合金化镀锌钢板 等
铅的物理化学性质
原料准备相对复杂，要求炉料入炉粒度小于1mm， 含水量小于1%。
在电热还原区炉渣中的锌大部分（60%左右）被还原 挥发，对含锌低的炉料不需进行烟化处理。
烟尘率低，仅5%左右。
(二）氧气顶吹熔炼技术 （ISA法和Ausmelt法）
艾萨法（ISA法）、Ausmelt法都属氧气顶吹法，由澳大利亚联邦 科学工业研究组织（CSIRO）和芒特·艾萨矿业公司（MIM）共同开 发的喷枪顶吹浸没熔炼技术（TSL）。MIM公司利用该项技术进行铜 冶炼生产冰铜，上世纪80～90年代间采用该技术炼铅作了许多工作。 Ausmelt公司从上世纪90年代开始在全世界推广该项技术，命名为 Ausmelt法，分别用于铜、铅、锡冶炼和渣处理等许多领域。
常规湿法炼锌工艺
锌精矿焙烧 浸出 净液 电积
电锌产品
锌精矿焙烧工艺流程简介
入炉锌精矿成份要求：
元素 %
Zn
S
Fe
SiO2
Pb
≥47
28~32 ≤12
≤5
≤1.8
Ge ≤0.006
混合锌精矿的物理规格： 水分：6%～8% 粘结粒度：≤14mm 不夹带铁钉、螺帽、砖头等杂物
As ≤0.45
空气
混合锌精矿 皮带运输 圆盘分料 沸腾焙烧
硫酸锌溶液净化
目的：净液是将矿粉中性上清液中不利于电解的有害杂质如铜、 镉、钴、镍、锗等元素除去。
一次净液 一次净液是利用标准电极电位较负的金属来置换溶液中标准电极电位较正的金属离子。 主要化学反应如式（1）～式（4）： CuSO4+Zn=ZnSO4+Cu↓…………………………………………………… （1） CdSO4+Zn=ZnSO4+Cd↓…………………………………………………… （2） CuSO4+Cd=CdSO4+Cu↓……………………………………………………（3） NiSO4+Zn=ZnSO4+Ni↓ …………………………………………………… （4）
直接炼铅方法
20世纪80年代以来，许多直接炼铅工艺得到广泛研究，近年 已在工业生产上得到完善与发展。传统工艺有被硫化铅精矿 直接熔炼法完全取代的趋势。
直接炼铅法
基 夫 赛 特 法
卡 尔 多 法
艾 萨 法
奥 斯 麦 特 法
Q水 S口 L山 法法
直接炼铅工艺基本原理
氧化反应
PbS+1.5 O2—→PbO+SO2+420kJ ZnS+1.5 O2—→ZnO+ SO2+44l kJ FeS+1.5 O2—→FeO+SO2+426kJ PbS+ O2—→Pb+ SO2+202kJ PbS+2PbO—→3Pb+ SO2－217kJ PbSO4—→PbO+ SO2+0.5 O2－304kJ
万吨
1200
1000
800
40%
600
45.6%
400
200
世界
中国
2011年精锌产量
0
世界
中国
2011年精铅产量
我国六大铅锌采选 冶和加工配套的生 产基地，产量占全 国总产量的85%以上。 西北和两广基地原 料含汞较高。
西北铅锌生产基地
白银、东岭、西部矿业
东北铅锌生产基地
葫芦岛、赤峰
滇川铅锌生产基地
（9）
挥发窑工艺
焦粉 圆盘给料 皮带运输
矿粉浸出渣 圆盘给料 皮带运输
空气 空压机
皮带运输 压缩风 圆盘给料
挥发焙烧
挥发窑渣 （外运）
压缩风
烟气 余热利用
返料 （送料仓）
蒸汽 (并网)
烟气
表面冷却 烟气
布袋收尘
烟气 (排空)
烟尘
烟尘
电收尘
烟尘 真空输送
烟气 (排空)
灰斗集灰
挥发窑氧化锌 (送多膛炉焙烧)
●得到大颗粒的沉淀物易于液固分 离。
挥发窑工艺
在1100℃～1300℃的高温下，浸出渣中的锌、铅、铟、锗等有价金属（主
要呈氧化物状态，部份呈硫化物状态存在）被一氧化碳还原为金属而挥发
进入烟气，在烟气中被氧化成氧化锌等，随烟气离开挥发窑，被收集在收
尘器内。
主要化学反应如式（1）～式（9）：
在料层内：
某厂沸腾炉本体结构
沸腾炉结构示意图
结构：分为炉身、炉床、风箱、加 料口和溢流口、炉气出口和沸腾层 冷去设备等组成部分
特点：具有传热传质速度快、层内温 度均匀、产品质量好、生产效率高、 便于实现连续化和自动化等特点。
某厂沸腾炉系统设备连接图
硫化锌精矿经过氧化焙烧以后主要产出为焙砂和烟气，其大体流程为：焙 砂经过冷却和球磨后，由单仓泵输送至浸出车间；烟气经余热回收和收尘 系统，烟尘送浸出车间，烟气送硫酸工段制酸。
锌主要用于钢铁、冶金、机械、电气、化工、轻工、军事和医药等领域。
锌的冶炼方法
85%
15%
湿法
焙烧
直接浸出
焙砂浸出
火法
焙烧
密闭鼓风ห้องสมุดไป่ตู้ 竖 罐
电热法
高
常
压
压
氧
氧
浸
浸
常热 规酸 浸浸 出出
锌是极为活泼的金属，不管走哪条途 径，都需要消耗大量的能量，都需要 氧化、还原和精炼步骤。
我国是锌冶炼技术博物馆，几乎所有 炼锌方法都存在，甚至土法炼锌也有。
在自然界中主要以方铅矿存在。
用于焊料，辐射屏蔽剂，电池和弹药 。
铅冶炼工艺简述
铅冶炼的方法（从反应原理来区分）
1、氧化还原熔炼法：将硫化铅精矿中的硫化铅及其他硫化物氧化成氧化物， 然后再使氧化物还原得到金属铅：
PbS+1.5O2=PbO+SO2 PbO+CO=Pb+CO2 代表为：烧结焙烧-鼓风炉还原熔炼便是该法的传统炼铅方法。占目前世界 产能90%。逐步兴起的更为环保和回收率更高的直接炼铅法也是基于此种 原理
缺点：要求精矿品位高，杂质元素含量要求严格，直收率低 （约65%），劳动条件差。
铅冶炼工艺简述
铅冶炼的方法
3、沉淀熔炼法：该法利用对硫亲和力大于铅的金属（如铁）将硫化矿中的 铅置换出来的熔炼方法：
2 PbS+Fe=2Pb+FeS； 沉淀熔炼采用反射炉火电炉，该法流程简单，投资少，但铁屑消耗量大， 回收率低，故工业上很少应用。
缺点：对环境的污染严重和能耗高。
铅冶炼工艺简述
铅冶炼的方法
2、反应熔炼法：是在高温和氧化气氛下使硫化铅精矿中的一部分PbS氧化 成PbO和PbSO4,成的PbO和PbSO4再与PbS反应得到金属铅的方法。
2 PbS+3O2=2PbO+SO2；2PbO+PbS=3Pb+SO2 , PbS+2O2= PbSO4 ； PbSO4 +PbS=Pb+SO2 由于硫化铅氧化是放热反应，所以在实践中只配入少量燃料做热源和还原 剂，即可维持反应所需要的温度。反应熔炼常在膛式中进行，故称膛式炉 熔炼。也可采用电炉、反射炉或短窑等设备。
溶液中带正电荷的锌离子在阴极上放电沉积，其反应如式（1）： Zn2+＋2e＝Zn↓…………………………………………………………（1） 阳极主要反应为：溶液中带负电荷的OH—离子在阳极上放电，析出氧气，其反应如 式（2）： 2OH—―2e＝H2O＋1/2O2↑……………………………………………（2） 硫酸锌水溶液电解沉积总反应式为式（3）： ZnSO4＋H2O 直流电 Zn↓＋H2SO4＋1/2O2↑……………………（3）
元素符号pb，原子序数82，原子量207.2，银灰色有光泽的重金 属，在空气中易氧化而失去光泽，变灰暗，质柔软，延性弱，展性 强。密度11.34g/cm3，熔点327.5℃，沸点1740℃。有较强的抗放射 性穿透的性能。有毒。在常温下在空气中，铅表面易生成一层氧化 铅或碱式碳酸铅，使铅失去光泽且防止进一步氧化。不溶于水。易 和卤素、硫化合，生成PbCl4、PbI2、PbS等。熔融的铅跟空气反应 生成一氧化铅，将铅在纯氧中加热可得二氧化铅。