Zn冶金

锌的冶炼方法：火法炼锌和湿法炼锌 一、火法炼锌：

1、本质：将氧化锌在高温下用碳做还原剂，将锌还原出来。然后利用锌沸点低的特点，使锌以蒸汽的形式挥发，然后通过特殊的冷凝设备将锌在蒸汽冷凝为液体锌。 2、工艺流程图：

3、分类：火法炼锌有平罐蒸馏法、竖罐蒸馏法、电热蒸馏法和锌鼓风炉法等四种 二、湿法炼锌

1、本质：用稀硫酸（即废电解液）浸出焙烧矿中的锌，从而与不溶的脉石成分分离，硫酸锌经净化点击过程，把锌提取出来。

2、主要工艺流程：焙烧、浸出、浸出液净化、点解、（铸锭） 其中浸出是这个湿法流程中的最重要环节，湿法炼锌厂的主要经济指标在很大程度上取决于所选择的浸出工艺操作条件。

3、锌焙砂浸出的分类：中性浸出、酸性浸出和高温高酸浸出 4、湿法炼锌得到迅速发展的原因：

ZnO+CO=Zn+CO2 处于高温条件下，因此比较耗能

2ZnS+3O2=ZnO+SO2 所需条件为PO2<10-23atm, PSO2<10-16atm,在现有的设备而条件下很难达到

基于以上原因，生产设备或者生产条件难以满足，因此要把硫化矿焙烧生成硫酸锌 5、锌精矿焙烧的目的

（1）、将精矿中的硫化锌尽量氧化生成氧化锌，出去部分或全部的硫 （2）、使精矿中的硫氧化成二氧化硫，产出有足够浓度的二氧化硫烟气，以便制取硫酸 （3）、使焙砂具有一定的强度、湿润性、透气性、粒度等物理性能 （4）、使精矿中的铅、隔、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

三、焙烧过程的热力学 1、硫化物焙烧的一般规律 （1）、反应及产物形态

A、硫酸化焙烧 MeS+2O2=MeSO4

B、氧化焙烧 MeS+1.5O2=MeO+SO2

C、焙烧生成金属（汞） MeS+O2=Me+SO2

D、部分硫酸化 MeSO4= MeO+2SO3 SO3=SO2+1/2O2 2、影响因素

A、焙烧产物在很大程度上取决于温度 低温 生成硫酸盐，是硫酸化焙烧

中温 生成硫酸盐和氧化物，是部分硫酸化焙烧 高温 生成氧化物，是氧化焙烧

实际焙烧温度为1070~1100℃。由于PO2与 PSO2在焙烧过程中有较大的波动，因此不能保证转化成氧化锌，只能通过提高温度来实现

B、对于硫化锌，当 PSO2等译10132.5pa，PO2=10132.5~20165pa 当T>930℃时，生成氧化锌 当T<870℃时，生成硫酸锌

当870

理论上，要控制部分硫酸化焙烧，控制温度在870~930℃（不仅能控制部分硫酸化焙烧还能抑制铁酸锌的生成），但是随着温度的下降，相会发生一下变化 起初 ZnO·2ZnSO4 ZnO·Fe2O3 907℃ ZnO·2ZnSO4 Fe2O3 870℃ ZnSO4 Fe2O3 综上所述，温度应控制在907℃ 以下 C、PO2与 PSO2上升时，生成硫酸锌 PO2与 PSO2上升时，生成氧化锌 2、Zn-S-O系在1100K的相图

结论：①在1100K时，锌的稳定区域被限定在一个狭窄的低PO2、低PSO2范围内，PO2<10-23atm, PSO2<10-16atm。因此将硫酸锌直接还原成锌是比较困难的

②由氧化锌生成硫酸锌必须要先生成ZnO·2ZnSO4，然后才可以生成硫酸锌 ③随着PO2与PSO2的下降，T升高，生成氧化锌；随着温度的升高ZnSO4→ZnO·2ZnSO4→ZnO

3、铁酸锌（ZnO·Fe2O3）的生成、危害及预防措施 A、铁酸锌的生成

硫化锌总会伴有一定的FeS，而其着火点比ZNS的低200~300℃.因此在生产成氧化锌之前，容易生成Fe2O3，而Fe2O3为酸性氧化物，ZnO为两性氧化物，在高温下碱性占优势。因ZnO·Fe2O3的生成时不可避免的

B、ZnO·Fe2O3的生成对事发冶金过程的危害→对火法无危害

ZnO·Fe2O3属于尖晶石结构，具有相当大的稳定性，氧原子呈紧密堆积状态，这种结构是四面体状，内部存在很大比例的共价键。因此，它不溶于水，也不溶于稀硫酸，从而导致锌的浸出率低，渣的含锌率高，会影响湿法提锌过程 C、防止

①原料的选择 铁含量小于1%

②缩短反应时间，提高烧结温度，减少ZnO与Fe2O3接触的额机会 ③增大炉料的粒度，降低比表面积

④维持焙烧过程中较少的样分压 1000K时，PO2<10-11atm，Fe2O3→Fe3O4 ⑤双室沸腾焙烧 3ZnO·Fe2O3+CO→3ZnO+2Fe3O4+CO2(g) 4、工业烧结条件的选择

①火法：氧化焙烧

铁酸锌的还原优先于ZnO

不能用传统的方法处理高铁矿的原因：如果铁含量过高，在ZnO被还原的同时，Fe2O3也会被还原成铁，铁液的存在会侵蚀炉体，导致炉结现象 ②湿法

假设a、全部硫酸化焙烧

结果：低温条件下进行，其生产率低；点解过程中会产生硫酸，导致酸过剩 ZnS?O2???ZnS4O(l)

2 ZnS4O?ZnS4O(S)???(l)

HO??Zn? ZnSO4?H2O??直流电1O2?H2SO4 2假设b、全氧化焙烧

结果：高温下进行，ZnO·Fe2O3会生成，导致锌的回收率降低；在溶解ZnO的过程中会消耗硫酸，点解过程中会生成硫酸，理论上讲，硫酸的是平衡的，但是由于实际操作中存在“跑、冒、滴、漏”。因此要对硫酸进行补充 ZnS?3O2???ZnO?SO2 2 ZnO?H2SO4(S)???ZnS4O?H2O

??Zn? ZnSO4?H2O??直流电1O2?H2SO4 2综上所述，李永远部分硫酸化焙烧炼锌，避免了低温下生产率低，高温下ZnO·Fe2O3会生成以及酸过剩和补酸的缺点，使锌的生产降低成本而又能最大限度地生产锌。 5、硫酸锌的氧化机理： ①“氧化学说”：硫酸锌氧化先生成氧化锌，然后氧化锌再与三氧化硫作用生成硫酸锌 ②“硫酸化学说”：氧化锌先与氧气首先生成硫酸锌，而氧化锌的产生是由于硫酸锌的进一步分解产生或硫化锌于硫酸锌的化合生成的。 6、硫酸锌的反应步骤：

①氧气通过颗粒周围的气膜向其表面扩散 →外扩散

②氧气通过颗粒表面的固气氧化层向反应界面的扩散 →内扩散 ③界面上发生化学反应

④反应产物二氧化硫与氧气相反的方向扩散 6、影响ZnS焙烧的因素 ①温度

温度每升高10℃，反应速度提高2~4倍 ②气流特性

增大气流速度，气流紊流度增大有利于气体的扩散 ③精矿的物理化学性质 A、粒度

粒度越小，其比表面积增大，反应速度越大。一般粒度控制在30~46mm。如果粒度过小，则易被气体带走，切增加成本 B、硫化锌的热裂解性

C、品位

品位越高，则生产率越高 D.低共熔点化合物的含量

越多，则越不利于硫化锌的焙烧，且液体会组织气体的穿透性 ④产物的影响

氧化锌是一种疏松多孔的物质，对反应速率的影响很少，而硫酸锌是一种致密的结构，会影响透气性，因此会对反应速率有一定的影响。 7、硫化锌精矿伴生矿物在焙烧过程中的行为（P13） 8、硫化锌精矿的沸腾焙烧 ①发展史

反射炉→多膛炉→飘悬焙烧炉→沸腾焙烧炉 ②沸腾焙烧：强氧化被烧过程的新方法，是使空气自上而下的以一定的速度吹过固体炉料层，炉料粒子被风吹动相互分开，并做不同的复杂运动，运动的粒子处于悬浮状态，如同水的沸腾

③优点：炉内容量大且均匀，反应速度快，传热传质好，生产率高，产品质量好 缺点：烟尘率大（大约占50%），所需收尘设备大 ④沸腾炉的组成

A、内村耐火材料的火炉身 B、装有风帽的气体分布板 C、下部的钢壳送风斗 D、上部炉顶和炉气出口

E、侧部的脚镣系统和焙砂溢流口 ⑤沸腾炉焙烧的实际操作（P23） ⑥沸腾炉的正常操作（p24） ⑦沸腾焙烧的一些新方向

A、提高温度 b、富氧鼓风沸腾焙烧 c、质粒 四、锌焙砂的浸出

1、什么是浸出？浸出的目的？ A、浸出：借助溶液提取固体物料中的目的物(有价金属或杂质等)的过程,即以溶剂为介质进行固体组分分离的过程

B、目的：a、使原料中的锌尽可能溶解入溶液中 b、除去有害杂质

c、得到大颗粒的成分易于固液分离 2、溶剂的选择依据：经济、环保、成本、效果... 3、浸出的分类

溶剂的种类：酸性浸出、碱性浸出 工艺条件;常压浸出、高压浸出 连续性：连续进出、间断浸出 浸出次数：一次浸出、多次浸出 4、浸出的流程（P34）

A、中性浸出：控制浸出终点溶液的PH为5.0~5.2，浸出率只有20%左右。因此中性浸出的目的除了使部分锌溶解，另外一个目的是保证锌与其他杂志很好的分离

B、酸性浸出：终点酸度一般控制在1~5g/L。目的是尽量保证焙砂中的锌更完全地溶解，同时也避免大量杂质的溶解。

五、浸出过程的热力学分析

1、锌焙砂中各组成在浸出过程的行为 ①锌的化合物

H2OZnO?ZnSO?ZnSO4(s)???4(l)

ZnO·Fe2O3几乎是不溶的

ZnSiO3 ZnSiO3?H2SO4?ZnSO4?H2SiO3

ZnS（焙烧不完全） 常规溶出不溶 高温高酸下可溶

2OZnS?Fe2(SO4)3?H???ZnSO4?S?FeSO4

②铁的化合物

Fe3O4 FeS FeSO4 ZnO·Fe2O3 Fe2O3 Fe2(SO4)3 常规浸出10%~20%进入溶液中 热酸浸出时80%~85%进入溶液 ③铜的化合物

CuO CuFe2O4 CuSO4

常规浸出50%进入溶液 热酸浸出有95%进入溶液中 ④镉的化合物

Cd2O3 CdSO4

几乎可全部进入溶液中，对锌的电解会有影响，故而要进行除镉 ⑤砷和锑

三价态容易进去溶液，主价态的不容易进入溶液

常规浸出45~50%进去溶液，热酸浸出有80%进入溶液 ⑥SiO3

SO3几乎不溶于硫酸溶液，但结合硅的硅酸盐几乎可溶 ⑦Ca Mg化合物

本身对电解无影响，冷凝会结晶析出，从而阻塞管道 六、浸出工艺流程

大多数事发炼锌都采用连续多段浸出流程，即第一段为中性浸出，第二段为酸性或热酸性浸出。通常将新被烧矿采用第一段中性浸出、第二段酸性浸出、酸浸渣用火法处理的工艺流程称为常规浸出。

中性浸出：控制浸出过程终点溶液的pH为5.0~5.2；中性浸出的目的除了使部分锌溶解之外，另一个总要的目的是保证锌于其他杂质很好的分离。

酸性浸出：终点酸一般控制在1~5g/L；酸性浸出的目的是尽量保证焙砂中的锌更完全地溶解，同时也要避免大量杂质溶解。

虽然经过了上面两次浸出过程，所得的浸出渣含锌仍有20&左右。这是由于锌焙砂中有部分锌以铁酸锌（ZnO·Fe2O3）的形态存在，且即使焙砂中残硫小于或等于1%，也还有少量的锌以ZnS形态存在

热酸浸出工艺流程是在常规浸出的基础上，用高温（>90℃）高酸（浸出终点残酸一般大于30g/L）浸出代替了其中的酸性浸出，以湿法沉铁过程代替浸出渣的火法烟化处理。热酸浸出的高温高酸条件，可将常规浸出流程中未被溶解进入浸出渣中的铁酸锌和ZnS等溶解，从而提高了锌的浸出率，浸出渣量也大大减少，是焙烧矿中的铅和贵金属在渣中的富集程度得到了提高，有利于这些浸出下一步的回收。 七、浸出过程中金属粒子的沉淀

从各粒子沉淀的条件可以得出以下结论：

①大多数金属开始水解的pH值小于Zn2+的pH值

②同种金属的3价离子沉淀pH值小于2价粒子的沉淀pH值

③可控制pH值的大小来使Zn2+与其他粒子分离，使Zn2+稳定存在溶液总。故中性浸出的pH值应控制在5.5以下，切中性浸出必须将Fe2+氧化为Fe3+ 八、中性浸出中的铁的氧化及

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/c292.html