电炉熔炼车间毕业设计 - 图文

昆明冶金高等专科学校 09届 毕业设计

年产32000t粗锌电炉熔炼车间设计

摘要：本设计主要是针对锌火法冶炼和精练的生产工艺设计，包括厂址选择、工艺流程、生产方法的选择及论证来设计一套生产方案。本设计主要侧重考虑以上问题，及建厂所需资料。建厂所需资料有地理条件资料、气象资料、地质情况、厂址周边情况、交通运输条件，还有其他一系列相关的建厂资料等。全面合理的考虑以上设计中的问题，设计出在工艺上可靠，经济上合理，技术上先进，系统优先，原料来源广泛的锌冶炼生产工艺。 关键词：锌 、电炉熔炼、设备计算、车间设计

With an annual capacity of 32000 t thick zinc

smelting furnace design workshop

Abstract: This design is mainly aimed at zinc smelting and scouring

the dominated production process design, including site choice, process and production methods and the selection of argument to design a production plan. This design focuses on the above consideration, and the plant the required information. The factory has the required information geographic conditions material, weather information, geological conditions, the site of surrounding situation, the transportation conditions, and a series of other relevant information of the factory. Comprehensive and reasonable considering above the problems of design, the design gives in process, reliable, and reasonable in economy, materials widely zinc smelting process for production.

Keywords: Zinc smelting, equipment, electric calculation,

workshop design

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目 录

年产32000T粗锌电炉熔炼车间设计 .............................................................................................................................. 0 1前言 ................................................................................................................................................................................. 4 2绪论 ................................................................................................................................................................................. 5 2.1 锌的性质及用途 ...................................................................................................................................................... 5 2.1.1.锌的物理性质 ................................................................................................................................................... 5 2.1.2 锌的化学性质 ..................................................................................................................................................... 5 2.1.3 锌的主要用途 .................................................................................................................................................. 5 2.2 炼锌原料 .................................................................................................................................................................. 6 2.2.1 锌的主要化合物的性质 .................................................................................................................................. 6 2.2.2 锌矿物的种类 .................................................................................................................................................. 6 2.2.3 锌精矿的成分 ................................................................................................................................................ 6 3电炉炼锌生产和技术...................................................................................................................................................... 8 3.1 锌的生产方法 .......................................................................................................................................................... 8 3.1.1火法炼锌工艺 ................................................................................................................................................... 8 3.1.2湿法炼锌工艺 ................................................................................................................................................... 8 3.2硫化锌精矿的焙烧 .................................................................................................................................................. 8 3.2.1. 焙烧目的 ......................................................................................................................................................... 8 3.2.2焙烧时硫化锌精矿中各成分的行为 ................................................................................................................ 9 3.2.3硫化锌精矿焙烧动力学 ................................................................................................................................... 9 3.2.4焙烧生产实践 ................................................................................................................................................. 10 3.3火法炼锌的基础理论............................................................................................................................................. 11 3.3.1火法炼锌概述 ................................................................................................................................................. 11 3.3.2 火法炼锌的基本原理 .................................................................................................................................... 11 3.3.3火法炼锌的生产实践 ..................................................................................................................................... 15 3.4炼锌电炉的基础理论............................................................................................................................................. 18 3.4.1电热转化与分配 ............................................................................................................................................. 18 3.4.2熔池温度场和熔渣的运动 ............................................................................................................................. 18 3.4.3熔池内的热交换 ............................................................................................................................................. 19 3.5电炉炼锌工艺流程 ................................................................................................................................................ 19 3.5.1炉料的准备系统 ............................................................................................................................................. 19 3.5.2电炉本体系统 ................................................................................................................................................. 20 3.5.3电极系统 ......................................................................................................................................................... 20 3.5.4渣系统 ............................................................................................................................................................. 21 3.5.5冷却循环系统 ................................................................................................................................................. 21 4电炉锌的精炼 ............................................................................................................................................................... 22 4.1概述 ........................................................................................................................................................................ 22 4.2熔析法精炼 ............................................................................................................................................................ 23 4.3精馏法精炼 ............................................................................................................................................................ 24 4.3.1 精馏法的基础理论 ........................................................................................................................................ 24 4.3.2精馏法的工艺 ................................................................................................................................................. 24 4.3.3技术经济指标 ................................................................................................................................................. 25

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4.3.4电炉锌精炼的发展动向 ................................................................................................................................. 26 4.4我国电炉炼锌工艺的技术进步 ............................................................................................................................. 27 4.4.1炼锌电炉大型化和结构合理化： .................................................................................................................. 27 4.4.2 飞溅式锌雨冷凝器由二级一冷改进为三级一冷： ..................................................................................... 28 4.4.3 二冷洗涤器由二喷二文改进三喷三文 ： ................................................................................................. 28 4.4.4 短网系统 ........................................................................................................................................................ 29 4.4.5 工艺技术条件更加合理、更加成熟 ............................................................................................................. 29 4.4.6 主要技术经济指标的提高 .......................................................................................................................... 30 4.4.7电炉锌质量有很大提高： ............................................................................................................................. 30 4.4.8 炉龄大大延长： ............................................................................................................................................ 31 4.4.9炉底积铁有所减缓： ..................................................................................................................................... 31 4.5电炉炼锌的特点 .................................................................................................................................................... 31 4.5.1 工艺流程简单 ................................................................................................................................................ 31 4.5.2我国电炉炼锌尚存在的问题：...................................................................................................................... 32 4.5.3电炉炼锌的发展前景 ..................................................................................................................................... 33 5厂址的选择与论证........................................................................................................................................................ 34 5.1工厂设计的原则 .................................................................................................................................................... 34 5.2厂址选择 ................................................................................................................................................................ 35 6冶金计算 ....................................................................................................................................................................... 38 6.1电炉炼锌的工艺计算............................................................................................................................................. 38 6.1.1炉料计算 ......................................................................................................................................................... 38 6.1.2电炉熔炼过程冶金计算 ................................................................................................................................. 41 6.2电炉选型与结构计算............................................................................................................................................. 47 6.2.1电炉主要电气参数的选择 ............................................................................................................................. 47 6.2.2电极直径的确定 ............................................................................................................................................. 50 6.2.3电炉主要尺寸的确定 ..................................................................................................................................... 52 7电炉作业正常生产管理 ................................................................................................................................................ 54 7.1开炉准备 ................................................................................................................................................................ 54 7.2烘炉 ........................................................................................................................................................................ 54 7.3电炉的开炉与停炉 ................................................................................................................................................ 55 7.3.1开炉 ................................................................................................................................................................. 55 7.3.2停炉 ................................................................................................................................................................. 55 7.4电炉的正常操作与控制 ......................................................................................................................................... 56 7.4.1配料 ................................................................................................................................................................. 56 7.4.2电炉熔炼操作 ................................................................................................................................................. 56 7.4.3锌蒸汽的冷凝与出锌操作 ............................................................................................................................. 56 7.5电炉炼锌的常见故障及其处理 ............................................................................................................................. 57 7.5.1判断炉况的依据 ............................................................................................................................................. 57 7.5.2电极断落故障 ................................................................................................................................................. 57 7.5.3高压停电 ......................................................................................................................................................... 58 7.5.4低压停电 ......................................................................................................................................................... 58 7.5.5高低压同时停电 ............................................................................................................................................. 58 7.5.6跳闸 ................................................................................................................................................................. 58 7.5.7泡沫渣 ............................................................................................................................................................. 58

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7.5.8黏渣 ................................................................................................................................................................. 59 7.5.9二水封结疤 ..................................................................................................................................................... 59 7.5.10二水封底部蓝粉堵死 ................................................................................................................................... 59 7.5.11二冷放炮 ....................................................................................................................................................... 60 7.5.12转子断轴或转子叶轮磨损 ........................................................................................................................... 60 7.5.13 U形管漏水 ................................................................................................................................................... 60 7.5.14炉壳烧红 ....................................................................................................................................................... 61 7.6安全与环保 ............................................................................................................................................................ 61 主要参考文献资料........................................................................................................................................................... 62 总结与体会 ...................................................................................................................................................................... 63 谢词： .............................................................................................................................................................................. 64

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1前言

电炉炼锌技术在国外进行了较长时间的研究，直到十九世纪末，拉瓦尔发明的炼锌电炉奠定了当今电炉炼锌的基础。随着科技的不断进步，特别是飞溅式冷凝器的研制成功，更加促进了电炉炼锌事业的发展。目前世界上一些中小规模的电炉炼锌厂多数被大型湿法炼锌厂所取代。但仍有一些国家采用电炉炼锌工艺进行中小规模的生产。

我国电炉炼锌起步较晚，约在二十世纪六十年代末广西某厂建造了一座小型冶炼锌粉的电炉，容量为500KVA。直到九十年代初，出现了天水等地的几家电炉炼锌厂，由于技术还不成熟，电耗高（7518kwh/t）、直收率低（60%）、炉龄短、效益差，在此期间电炉炼锌的发展仍然缓慢。1994年天水秦川冶炼厂（天水鑫能电冶炼厂的前身）对1250KVA电炉进行了技术改造，如加大电炉直径，改进渣线部位的耐火材料，改进电工制度等，使炉日产量由原来的1~3t/d提高至3~5t/d，电耗由原来的7500kwh/t降至5000~5500kwh/t。1998年天水鑫能电冶炼厂建成国内首台2000KVA炼锌电炉投产成功，炉日产量、电耗、炉衬寿命均创造了当时的较好水平，在国内引起了强烈反响。1999年10月由天水鑫能电冶炼厂主持召开的全国首届电炉炼锌技术研讨会，极大地推动了我国电炉事业的发展。1998年前，全国仅有电炉炼锌厂几家，如天水鑫能电冶炼厂、云南昭通铅锌矿等，总容量不到1.0万KVA，生产也很不正常。经过近十年的发展，据2006年初不完全统计，全国共有电炉炼锌厂61家，拥有炼锌电炉111座，装机容量为23.4万KVA，年产能为40万t，约占全国锌产能的15~17%。此外在工艺装备、主要技术经济指标都有重大突破。但由于电力供应不足、原料供应紧张以及电价、锌原料价格急剧上涨等种种原因，不少厂家的电炉未开或未开足，而实际产量不足25万t，约占全国锌产量的8~10%。目前电炉炼锌厂主要分布在水力资源和锌资源丰富的四川、云南、贵州、陕西、宁夏等地，尤以四川的汉源、荥径、石棉等地为多。

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2绪论

2.1 锌的性质及用途

2.1.1.锌的物理性质

（1）金属锌是银白色略带蓝灰色的金属，断面有金属光泽。密度为7.14kg/m3，熔点为419.5℃，沸点906℃ 。

（2）锌在熔点附近的蒸汽压很小，液体锌蒸汽压随温度的升高极具增大， 这是火法炼锌的基础。

（3）在室温下，性较脆；100～150℃时，变软，延展性很好，可压成0.05mm的薄片，或拉成细丝。超过200℃后，又变脆。 （4）锌是良好很导热体和导电体

2.1.2 锌的化学性质

（1）锌在干燥空气或氧气中很稳定，但在潮湿空气中形成碱式碳酸锌(ZnCO3·3Zn(OH)2)，这样可以保护锌进一步地被腐蚀。

（2）熔融的锌能与铁形成化合物，可使钢铁免受腐蚀，镀锌工业利用了锌的这一特点。 （3）纯锌不溶于纯硫酸或盐酸，但锌中若有少量杂质存在则会被酸所溶解。因此，一般的商品锌极易被酸所溶解，亦可溶于碱中。

（4）锌的主要化合物有硫化锌，氧化锌，硫酸锌和氯化锌。 2.1.3 锌的主要用途

锌的用途很广，在国民经济发展中有重要的作用。世界锌的产量与销售量均大于一半消费在镀锌方面，作为包覆物以保护钢材和钢铁制品，以免受大气腐蚀。

锌易与很多有色金属形成合金，如黄铜（铜、锌合金），青铜（铜、锡、锌合金）以及铜、锌、铅、锡、砷形成抗磨合金和抗蚀合金。在近代，利用锌压铸技术制造铸件并完全地充满模型所有细小弯曲部分。锌压铸技术广泛用于汽车与航空工业及机械、电力等工业部门。

由于锌抗蚀性好，锌被用来制成锌板屋顶盖、火药箱、家具、贮存器及 电装置的零件。锌在化学工业中可供制造颜料。氧化锌作为橡胶工业的硫化促进剂、助促进剂、涂料工业的填料、玻璃工业的澄清剂、增强剂、润滑油的添加剂以及陶瓷、搪瓷的辅助配料。氯化锌浸渍木材等可起保护作用。锌在冶金工业中用来从氰化物溶液中置换金，在湿法中利用锌粉净夜除去铜、镉等杂质。

（1）用作防腐蚀的镀层(如镀锌板)，广泛用于汽车、建筑、船舶、轻工等行业，约占锌用量的46%。

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（2）制造铜合金材(如黄铜) 用于汽车制造和机械行业，约占15%。 （3）用于铸造锌合金 主要为压铸件，用于汽车、轻工等行业，约占15%。

（4）用于制造氧化锌 广泛用于橡胶、涂料、搪瓷、医药、印刷、纤维等工业，约占11%。 （5）用于制造干电池，以锌饼、锌板形式，约占13%。

2.2 炼锌原料

2.2.1 锌的主要化合物的性质

（1）ZnS

ZnS是炼锌的主要原料，在自然界中以闪锌矿的形态存在。在空气中753K下缓慢氧化，在873K以上时剧烈氧化。

ZnS + 3/2O2 = ZnO + SO2

在1373K下，与CaO反应生成CaS和ZnO

ZnS + CaO = CaS + ZnO

硫化锌在酸中可氧化分解，目前利用这一点已研究开发了高压氧酸浸法处理硫化锌精矿的新工艺。 （2） ZnO

无天然矿物。ZnO可被C、CO和H2还原，其中被CO还原的反应在1073K下十分激烈：

ZnO + CO = Zn(g) + CO2

在823K以上，与Fe2O3形成铁酸锌。 （3）ZnSO4

无天然矿物。易溶于水，比重为3.474，受热分解，在1123K左右温度下分解压达到10132.5Pa，

ZnSO4 = ZnO + SO2 + 1/2O2

在973K以上温度时，易与Fe2O3生成铁酸锌，所以加速上述分解反应的进行。 2.2.2 锌矿物的种类

（1）锌矿石按其所含的矿物种类的不同可分为硫化矿和氧化矿。硫化矿主要包括闪锌矿(ZnS)；磁闪锌矿(nZnS·mFeS)；氧化矿主要包括菱锌矿(ZnCO3)；硅锌矿(Zn2SiO4)；异极矿 (ZnSiO4·H2O)等。

（2）自然界中较多的为硫化矿。锌的单金属硫化物非常少见，多与铜铅共生。其中最常见的有铅锌矿，其次为锌铜矿和铜铅锌矿。

（3）除了矿物之外，冶金工业中产生的含锌烟灰、熔铸锌时产出的浮渣和一些氧化锌，也可作为炼锌原料。 2.2.3 锌精矿的成分

硫化矿含锌约为8.8%~17%，氧化矿含锌约为10%。而冶炼要求锌精矿含锌大于45%~55%，

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因此一般采用优先浮选法对锌矿物进行选矿，选矿后的硫化锌精矿含锌为38~62%，Zn、Fe、S总和为90~95%。锌精矿中还含有SiO2、Al2O3、CaCO3和MgCO3以及Co、In、Ga、Ge、Tl等稀有金属。因此处理锌精矿提炼锌时，必须充分回收其中的有价金属。

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3电炉炼锌生产和技术

3.1 锌的生产方法

现代炼锌方法分为火法炼锌和湿法炼锌。以湿法冶金为主。 3.1.1火法炼锌工艺

包括焙烧、还原蒸馏和精炼三个主要过程。主要工艺有平罐炼锌、竖罐炼锌、密闭鼓风炉炼锌及电热法炼锌。

平罐炼锌和竖罐炼锌都是间接加热，存在能耗高、对原料适应性差等缺点，已基本被淘汰。

电热法炼锌虽为直接加热但不产生燃烧气体，生产能力小、能耗高、锌的直收率低，仅适用于电力资源丰富地区。

密闭鼓风炉炼锌能处理铅锌复合精矿及含锌氧化物料，在鼓风炉内可同时生产铅、锌，采用燃料直接加热，能量利用率高，是目前主要的火法冶炼方法，产锌量占锌总产量的10%。 3.1.2湿法炼锌工艺

湿法炼锌工艺包括传统的湿法炼锌和全湿法炼锌两种工艺。

湿法炼锌工艺资源综合利用好，单位能耗较低，污染小，是锌冶炼的主流工艺，产锌量占锌总产量的80%。

传统的湿法炼锌工艺是火法-湿法联合流程。包括焙烧、浸出、净化、电积和熔铸五个主要工序。新建的锌冶炼厂多采用此工艺。

全湿法炼锌是指在硫化锌精矿直接加压浸出技术基础上形成的，该工艺省却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。

3.2硫化锌精矿的焙烧

硫化矿的焙烧是火法炼锌和湿法炼锌工艺的第一步冶金过程。硫化锌精矿的焙烧过程是在高温下借助空气中的氧进行的氧化脱硫过程，以改变其成分以适应下一步冶金处理的要求。 3.2.1. 焙烧目的

（1）火法炼锌工艺的焙烧目的完全脱硫，得到金属氧化物组成的焙烧矿（焙砂），从而可使蒸馏得到的锌较纯，避免蒸馏过程锌成为硫化锌而造成的锌的损失

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（2）湿法炼锌工艺的焙烧目的不完全脱硫，焙烧时要保留少量的硫酸盐，以补偿浸出和电解过程中损失的硫酸。同时尽可能少生成铁酸锌。 3.2.2焙烧时硫化锌精矿中各成分的行为

（1）硫化锌（ZnS）：

硫化锌以闪锌矿（nZnS·mFeS）的形式存在于精矿中。焙烧开始时进行反应（1）和反应（2）：

ZnS + 2O2 = ZnSO4 (1) 2ZnS + 3O2 = 2ZnO +2SO2 (2)

生成SO2后，在有氧的条件下发生可逆反应（3）

2SO2 + O2 = 2SO3 (3)

生成SO3后，发生可逆反应（4）

ZnO +SO3 = ZnSO4 (4)

锌精矿焙烧过程中，就是通过控制焙烧温度和气相组成来控制焙烧产物中锌的存在形态。生产中通过控制供风量(空气过剩系数)来调节气相组成。 （2）硫化铁（FeS2）：

硫化铁统称为黄铁矿，是锌精矿中常见成分。焙烧时在较低的温度下即发生 热分解：

2eS2 = 2eS + S2

也按下列反应生成氧化物：

4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2

3FeS +5O2 = Fe3O4 + 3SO2

得到Fe2O3和Fe3O4。 （3）铁酸锌的生成：

873K以上焙烧生成的ZnO与Fe2O3反应：

ZnO+Fe2O3=ZnO.Fe2O3（铁酸锌）

湿法浸出时，铁酸锌不溶于稀硫酸，留在残渣中造成 Zn损失。因此，湿法浸出时要 求在焙烧中避免铁酸锌的生成。传统湿法炼锌工艺要求精矿含铁5%~6%。

（4）硅酸盐：

锌精矿中含有SiO2（2%~8%），SiO2易与ZnO生成硅酸锌（2ZnO.SiO2），SiO2还易与PbO 生成低熔点的硅酸铅（2PbO. SiO2 ），熔融状态的硅酸铅能与其他金属氧化物或硅酸盐形成复杂的硅酸盐。

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。 3.2.3硫化锌精矿焙烧动力学

决定硫化锌精矿氧化焙烧速度的控制环节:

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(1) 氧通过颗粒周围的气膜向其表面扩散(外扩散)；

(2) 氧通过颗粒表面的氧化物层向反应界面扩散(内扩散)；

(3) 在反应界面上进行化学反应；

(4) 反应的产物SO2向着与氧相反方向的扩散。反应速度是由以上四个环节中最慢的环节来决定。硫化锌矿氧化生成的氧化锌层比较疏松，对氧和SO2的扩散阻力不大，因此决定反应速度的环节是气膜中氧的扩散和界面反应。在830℃以下，界面反应的阻力占主要地位，880℃以上，气膜传质的阻力占绝对优势。颗粒粒度的减小有利于界面反应，也有利于扩散过程，但不能过小，否则增加烟尘率。 3.2.4焙烧生产实践

3.2.4.1 焙烧设备

硫化锌精矿的焙烧采用沸腾炉焙烧。

在焙烧过程中使空气自下而上地吹过固体炉料层，使精矿悬浮于炉气中进行焙烧，悬浮粒子不停地翻动，形如水的沸腾。

3.2.4.2 沸腾焙烧炉构造

沸腾焙烧炉可分为带前室的直形炉、道尔型湿法加料直形炉和鲁奇上部扩大型炉， 目前多采鲁奇上部扩大型炉。炉体结构包括炉身、空气分布板、钢壳送风箱、炉顶、炉气出口、加料装置和焙砂溢流排料口。 3.2.4.3 沸腾焙烧方式

沸腾焙烧包括高温氧化焙烧和低温部分硫酸化焙烧 3.2.4.4 高温氧化焙烧 （1）工艺目的

主要是为了获得适合火法炼锌工艺的还原蒸馏过程的焙砂。除了把精矿含硫脱除至最低限度外，还要把精矿中的铅、镉等主要杂质脱除大部分，以得到较好的还原指标。

（2）工艺原理

主要是利用铅、镉的氧化物和硫化物的挥发性大，以及硫酸锌高温氧化分解的特性除去杂质。焙烧温度升高有利于杂质的脱除，但焙烧温度过高，会使精矿颗粒烧结成块，因此高温氧化焙烧时采用1343~1373K温度为适宜。 3.2.4.5 低温部分硫酸化焙烧

工艺目的：得到适合传统湿法炼锌工艺浸出用的焙砂。焙砂要求含一定数量的硫酸盐形态的硫（2%~4%），焙烧温度要低于高温氧化焙烧，焙烧温度一般采用1123~1173K。低温焙烧有利于保存部分以硫酸盐形式存在的硫，但也会增加以硫化物形态存在的硫（不溶硫）。

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3.3火法炼锌的基础理论

3.3.1火法炼锌概述

火法炼锌是将含ZnO的死焙烧矿用碳质还原剂还原得到金属锌的过程。由于ZnO较难还原，所以火法炼锌必须在强还原和高于锌沸点的温度下进行。还原出来的锌蒸气经冷凝后得到液体锌。

还原蒸馏法主要包括竖罐炼锌、平罐炼锌和电炉炼锌。竖罐和平罐炼锌是间接加热，电炉炼锌为直接加热。共同特点是：产生的炉气中锌蒸气浓度大，而且CO2含量少，容易冷凝得到液体锌。

20世纪50年代开发，60年代投入工业生产的密闭鼓风炉炼锌(简称ISP)法是一种适合于冶炼铅锌混合矿的炼锌方法。它的特点是采用铅雨冷凝法从含CO2含量高而锌含量低的炉气中冷凝锌，产出铅和锌两种产品。 3.3.2 火法炼锌的基本原理

3.3.2.1氧化锌的碳热还原反应基础-CO还原

在生产实践中，用碳质还原剂还原ZnO时，起还原作用的主要还原剂是CO，则主要还原反应为:

ZnO(s) + CO(s) = Zn(g) + CO2(g) ΔGT0=178020-111.67T(J) 该反应PCO2=PZn ;PT=PCO+PCO2+PZn

-lgK=lg(PT-2PZn) /PZn2；设PT=105Pa，可以求出不同温度下格组分的分压

上式反应在不同温度下的个平衡分压值（MPa）

项 目 PCO2=PZn PCO PZn 973K 0.00166 0.09688 0.0047 1173K 0.01145 0.0771 0.059 1373K 0.0327 0.0344 0.341 1573K 0.0460 0.0077 1.2361 该表说明：

(1)CO还原氧化锌产出锌蒸汽，也必须降温到PZn<平衡分压才能冷凝得到锌液； (2)平衡气相中CO2/CO的比例随温度提高而增大，在1000～1100℃条件下，该比 例接近1；但温度降低时，该比例降低很大，因此冷凝时锌蒸汽易于被CO2氧化。

(3)在还原生产过程中，可以依靠过量的碳利用布多尔反应维持较高的CO分压，促进ZnO还原反应的进行。

3.3.2.2氧化锌的碳热还原反应基础-还原历程 CO还原：

(1) ZnO(s) + CO(g) = Zn(g) + CO2 (g)

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lgK(1)=-9740/T+6.12→ lgPCO2/PCO=-9740/T+6.12-lgPZn

(2) ZnO(s) + CO(g) = Zn(l) + CO2 (g) lgK(2)=-3650/T+0.88 → lgPCO2/PCO=-3650/T+0.88-lgaZn

CO再生

(3) C(s) + CO2(g) = 2CO(g)

ZnO被碳还原的过程如下：

lgK(3)=-8916/T+9.113T → lgPCO2/PCO=8916/T-9.113+lgPCO

由以上3个反应看，还原产出的锌蒸汽分压与lgPCO2/PCO和T有关；还原产出锌 液活度也与lgPCO2/PCO和T有关；而布多尔反应PCO和lgPCO2/PCO与T有关。因此 PZn 、 aZn和PCO 均可在lgPCO2/PCO～T图中表示出来，用以阐述还原生产过程。 当 PZn =10132、50662、101325、1013250Pa时，可分别求出反应（1）（CO还原产生 锌蒸汽）的lgPCO2/PCO~T关系；

当aZn=1和0.1时，分别求出反应（2）（CO还原产生锌液）的lgPCO2/PCO~T关系； 当 PCO =101325、50662、10132时，分别求出反应（3）的lgPCO2/PCO~T关系； 当 PZn =10132、50662、101325、1013250Pa时的lgPCO2/PCO~T关系曲线，表示还 原得到不同锌蒸汽分压所需的PCO2/PCO比例与温度的关系； 同理

当aZn=1和0.1时的lgPCO2/PCO~T关系曲线；表示还原得到不同活度锌液所需的 PCO2/PCO比例与温度的关系；

而PCO =101325、50662、10132时的lgPCO2/PCO~T关系；表示保持不同CO分压所 需的PCO2/PCO比例与温度的关系；

图3—1

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（1）PZn =50662Pa的p线与aZn=1的Q线相交于B点（826℃），此时Zn的气液两相共存 ；

（2）温度大于826℃生成锌蒸汽，低于826℃生成液态锌。但低温还原要求PCO2/ PCO ≈10-3± ，且PCO 分压很低，难于实现；因此还原产出液态锌在工程上是不可行的。

（3）PZn=50662Pa的p线PCO=50662Pa的R线相交于A点（920℃），这是总压1atm时ZnO与Zn(g)共存点；

（4）总压1atm时，温度大于920℃， Zn(g)稳定；温度小于920℃， ZnO稳定； （5）相同的PCO下，提高温度可获得更高锌蒸汽压；

为了获得同等压力的锌蒸汽，提高温度所需的PCO变小（结合 PT=PCO+PZn+PCO2；看纵轴），

在实际ZnO被碳质还原的生产过程中，由于原料中的铁的化合物对火法炼锌特别 是鼓风炉法炼锌的影响较大，所以有必要研究铁在炼锌过程中的行为。

氧化锌还原过程的气相－温度曲线如图3-18所示。与图3-20相比，横坐标由1/TK 换成K，纵坐标由lgPCO2/PCO换成PCO2/PCO，因此原来的直线会变成曲线 3.3.2.3火法炼锌过程分析

图3—2火法炼锌分析

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(a)蒸馏炼锌区 （b）鼓风炉炼锌区 （C）铁还原区 （d）液锌稳定区 (1)CO2还原氧化锌曲线 aZnO PZn(Atm) 1.0 0.06 1.0 0.45 0.1 0.06 0.005 0.06 0.01 0.06 I II III IV V (2)A、B曲线：C + CO2 = 2CO (3)i: ZnO(s) + CO(q) = Zn(l) +CO2(q) Ii:Zn(l) = Zn(q) A PCO2+PCO 0.2Atm 0.6 Atm B a(4) Fe3O4(s) Fe(r) B Fe3O4(s) FeO(s) C FeO(s) Fe(r) d FeO(l) Fe(r) 图中各曲线分别是下列反应在不同条件下平衡的PCO2/PCO－T的关系曲线。 ① ZnO(s) + CO(g) = Zn(g) + CO2

图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ这5条曲线为反应①在以下5种设定条件下的曲线。 曲线 aZnO PZn(Atm) I 1.0 0.06 II 1.0 0.45 III 0.1 0.06 IV 0.005 0.06 V 0.01 0.06 ② C(s) + CO2(g) = 2CO(g)

图中绘出A、B两条线，其设定的条件为：

A线：PCO +PCO2 = 20265Pa（0.2atm） B线： PCO +PCO2 = 60795Pa（0.6atm） ③ 铁氧化物的还原

曲线a: Fe3O4(s) + 4CO(g) = 3Fe(γ) + 4CO2(g) 曲线b: Fe3O4(s) + CO(g) = 3FeO(s) + CO2(g) 曲线c: FeO(s) + CO(g) = Fe(γ) + CO2(g) 曲线d: FeO(l) + CO(g) = Fe(γ) + CO2(g)

④ Zn(l)的稳定范围

曲线(i): ZnO(s) + CO(g) = Zn(l) + CO2(g) 曲线(ⅱ): Zn(l) = Zn(g) 1.间接加热时锌的还原挥发

间接加热方式将燃料燃烧产生的气体与ZnO还原产生的含锌气体用罐体分开，从而进行火法炼锌过程。所以罐体内ZnO的还原产生的炉气中含锌45%左右，含CO2只有1%，其余为CO。

在正常的冶炼条件下，蒸馏法炼锌区域为图3-18中的曲线II和曲线B的右侧打点区域。 从图中可以看到，即使PCO2/PCO大，ZnO仍能被还原。

要在大气压下进行还原，温度至少需要1170K(曲线II和曲线B的交点)。

由于罐内气体组成PCO2/PCO低于曲线C所示的FeO还原反应的平衡组成，FeO被还原成金属铁，分散在蒸馏残渣中。

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2.直接加热时锌的还原挥发

鼓风炉炼锌与蒸馏法炼锌不同，大量的燃烧气体和还原产出的锌蒸气混在一起，从而气相中Zn蒸气的浓度比较低，通常只有5~7%。平衡炉气成分在图3-18中曲线I与曲线A所包围的区域

鼓风炉炼锌时，锌的还原挥发与残留在炉渣中的ZnO活度有关。

鼓风炉炼锌产出的是液态炉渣，而从液态炉渣中还原ZnO比较困难，要求较强的还原气氛和较高的温度，如图3-18中的Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ线所示。

随着渣中ZnO活度的降低，要求PCO2/PCO越来越小，温度越来越高。

在鼓风炉炼锌时，不希望渣中的FeO还原成Fe，因为Fe的存在会给操作带来困难。 通常鼓风炉渣中FeO的活度为0.4左右，此时FeO还原的平衡反应曲线为图3-18中的d线。只有炉内气相组成在d线以下时，渣中FeO才不被还原。因此炉内气氛应控制在I线和d线所包围的区域内。由于采取低还原性气氛，所以渣含锌比较高，这是鼓风炉炼锌不可避免的缺点。

3. 锌蒸气的冷凝

ZnO + CO = Zn(g) + CO2 为吸热反应，所以当炉气中温度下降时，CO2将使产出的锌蒸气再氧化成ZnO，并包裹在锌液滴的表面，形成蓝粉，降低冷凝效率。为了防止氧化反应的发生，尽可能在高温下直接将锌蒸气导入冷凝器内，使之急冷。如图3-18中的左上部所示。

鼓风炉炼锌得到的炉气组成与蒸馏法大不相同，产出的炉气CO和Zn蒸气浓度低，CO2浓度高。此时用蒸馏法采用的锌雨冷凝法冷却，得不到液态锌。因此生产中采用高温密闭炉顶和铅雨冷凝的方法。利用铅雨冷凝时，利用锌在液体铅中有一定的溶解度，降低冷凝下来的锌的活度，从而保护锌不被炉气中的CO2所氧化。 3.3.3火法炼锌的生产实践

由硫化锌矿直接炼锌虽有可能，如：

ZnS + Fe = Zn + FeS

但在工业上还没有应用，因为还原硫化锌实际上在1200~1300℃才开始，而此时精矿已熔化。氧化锌则较易还原，为此硫化矿精矿首先焙烧成氧化锌。焙烧矿与碳质还原剂混合装入密闭器皿加热到1100℃左右时，锌被还原出来，然后引入到冷凝器内冷凝为液体锌。 火法炼锌有鼓风炉、竖罐、平罐和电炉炼锌等方法。 3.3.3.1平罐炼锌

图3-3 平罐炼锌装置

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平罐炼锌是20世纪初采用的主要的炼锌方法。其装置如图3-19所示。

平罐炼锌时一座蒸馏炉约有300个罐，生产周期为24小时，每罐一周期生产20~30kg， 残渣中含锌约5~10%，锌回收率只有80~90%。

平罐炼锌的生产过程简单，基建投资少，但由于罐体容积少，生产能力低，难以实现 连续化和机械化生产。而且燃料及耐火材料的消耗大，锌的回收率还很低，所以目前已基本淘汰。

3.3.3.2 竖罐炼锌

竖罐炼锌的原料是从罐顶加入，残渣从罐底排出，还原产出的炉气与炉料逆向运动，从上沿部进入冷凝器。

离开炉子上沿部的炉气的组分为Zn40%、CO45%、H28%、N27%、几乎不含CO2。 在冷凝器内，锌蒸气被锌雨急剧冷却成为液态锌，冷凝器冷凝效率为95%左右。

工艺流程如图6-4所示

图3-4 竖罐炼锌工艺流

3.3.3.3竖罐炼锌

竖罐炼锌是20世纪30年代应用于工业生产，经历了70多年，已基本淘汰，但目前在我国的锌生产仍占一定的地位。

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它的生产过程包括焙烧、制团、焦结、蒸馏和冷凝5个部分。

竖罐炼锌具有连续性作业，生产率、金属回收率、机械化程度都很高的优点，但存在制团过程复杂、消耗昂贵的碳化硅耐火材料等不足。 3.3.3.4电炉炼锌

电炉炼锌的特点是直接加热炉料的方法，得到锌蒸气和熔体产物，如冰铜、熔铅和熔渣等。

此法可处理多金属锌精矿、锌的回收率约为90%;电耗为3000~3600KW·h/t(Zn)

电炉炼心所的为粗锌，一般为5号或4号锌，由于本身工艺的工艺特点，电炉炼锌对锌精矿要求如下：

（1）含锌品位高，要求锌精矿含锌品位在50%以上，如果品位太低，相对地其他杂质含量就会高，将会影响冶金熔炼过程中的技术条件的掌握和各项技术经济指标的实现。 （2）杂质铅、铁、砷、氟等含量要低，在电炉炼锌的第一步工序（即焙烧）虽然能够比较有效地脱除铅、镉等杂质，但毕竟有一定的限度。砷、氟的含量过高势必增加了制酸系统的正常运行，铁的含量过高一方面降低了锌品位，另一方面在还原熔炼过程中，大量的铁被还原，造成炉底沉铁，而且往往由于熔体铁含量过高，熔体导电性强，操作电流难以控制，造成熔炼困难。

（3）水分。锌精矿水分含量不能过高，否则，不但给运输及沸腾焙烧工艺炉料准备系统造成了很大的麻烦。而且会影响焙烧温度的稳定。造成 焙烧矿质量下降，一般要求在夏季水分不大于10%、在冬季不大于8%。在实践操作中一般控制在7%左右为宜。 3.3.3.5密闭鼓风炉炼锌

铅锌密闭鼓风炉熔炼法-又称帝国熔炼法 (ISP法) 炼锌的工艺流程如图3-5所示。

图3-5为ISP法设备流程图。

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昆明冶金高等专科学校 09届 毕业设计 温度 Zn(%) 400 1.43 450 2.17 500 3.07 540 4.0 560 4.6 600 5.9 650 8.3 铅液入440℃，Zn2.02%；出560~570℃，Zn2.26%； 循环铅量QPb，产锌量QZn， QPb /QZn =417倍 铅雨冷凝法的特点:

铅的熔点低，在操作温度下（550℃）蒸气压低 ； 铅对锌的溶解度随温度变化大； 铅的热容量大，便于急冷。

鼓风炉炼锌对物料适应性大，可处理成份复杂的铅锌矿以及各种铅锌氧化物残渣和中间物料，而且热效率高，生产成本低。但存在SO2、铅蒸气和粉尘对环境污染问题

3.4炼锌电炉的基础理论

3.4.1电热转化与分配

电能通过炉用变压器，经电极输入炼锌电炉，电极插在熔融炉渣中。电能以下列两种方式转化成热能。 3.4.1.1电弧方式

电弧方式就是由电极与熔渣交界面上形成微电弧放电而转换成人能的方式，该方式是依靠插入熔渣中的电极发射的热电子冲击电极周围的炉渣，电子动能转化为机械能。而且在电子压的作用下，将熔融炉渣拍开，于是在电极与熔渣接触面之间形成许多分散的气隙，电流通过气隙形成众多的微电弧放电，而使部分电能转化为人能。 3.4.1.2电阻方式

电阻方式就是电流通过熔渣时，因熔渣本身电阻的作用，使分电能转化成热能。其数量关系服从焦耳-楞次定律

电能在电弧部分和渣层电阻部分的分配、通常随电极插入熔池的深度而异。故通常用改变电极插入熔池深度来调节。在其他条件相同时电能分配到电弧部分的比例，随电极插入熔池深度的增加而降低，分配到渣层电阻部分的比例则电极插入熔池的深度的增加而加大。

电极插入深度应适当。如果电极插的过深会引起炉渣激烈翻腾，再遇上冷料或含水分较高的炉料时，冷炉料和过热渣混在一起，使得反应的气体产物不易排除，容易产生泡沫渣。而且电流增高。反之。若电极插的过浅会使电弧拉长，造成渣面温度和烟气温度升高、熔池底部温度降低，给放渣造成困难。对造作不利，热效率降低，电耗增加。对炼锌电炉，通常电极插入的深度约为渣层厚度的1/3—2/5. 3.4.2熔池温度场和熔渣的运动

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图3—6熔池的温度场（带数字曲线是渣层内的等温曲线）

由于电场的不均匀性，电热功率密度的差异带来熔池内温度分布的不均匀性。熔池内电极附近的温度最高。离电极越远，温度越低。使接近电极表面的炉渣强烈过热，炉渣密度降低，从而上浮至熔池表面，并沿熔池表面的上层向西周流动。在流动过程中当与料堆下部相遇时，便将部分热量传递给炉料，使之溶化，此时形成熔体温度较低，密度较大，于是下沉在炉渣下层向电极方向移动，回流电极周围，又重新被过热而上浮。

对于炼锌电炉，熔炼的性质是还原挥发熔炼，还原出来的锌呈气态熔融体的激烈移动有利于锌蒸汽的扩散和逸出。再则，炼锌的原料问锌焙烧矿或锌氧化矿其中硫含量很少，一般不会形成金属硫化物的冰铜层，炼锌原料含铅很低，在还原熔炼过程中绝大部分铅也呈气态进入产品和蓝粉，很少的铅进入渣中。 3.4.3熔池内的热交换

高温熔融炉渣在流动过程中与浮于渣层的固体料坡相遇时，熔融炉渣以对流换热方式将热能传给料坡表面的固体炉料，使之熔化并过热，发生还原反应形成还原熔融产物和新的炉渣。在熔池垂直方向上，炉渣上层对下层的传热方式对于铜镍熔炼炉而言，主要是传导。锍层上部到底部的传热，由于锍层处于相当平静的状态，因此几乎的单一的传导方式。

对于炼锌还原挥发熔炼电炉来睡，由于熔池中熔体的垂直方向运动较为激烈，其传热方式主要是对流，这样可避免或减少金属铁的沉积。至于底部的金属铁层与其上部渣层之间的垂直方向运动毕竟不甚激烈。其间的传热方式既有对流又有传导。其传导热仍符合上式的描述。

3.5电炉炼锌工艺流程

电炉炼锌工艺包括炉料准备和配料、电炉本体，电极系统，一冷、二冷及出渣系统。 3.5.1炉料的准备系统

3.5.1.1工艺简述

由本厂焙烧车间产出的合格焙砂，按级堆放在焙砂酷内，取样做全分析，供配料使用。准备好冶金焦炭和溶剂石灰，将准备好的原料和辅助材料按照一定的配比经计算配料及混料均匀，并由提升装置运送至炉上部炉料料仓，由下部螺旋给料机供电炉加料之用，本工序的基本任务就是为电炉提供化学成分合理、稳定、粒度合格、水分为0.5%—1.0%的炉料。 3.5.1.2原料及辅助材料的要求

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3.5.1.3主要设备

（1）干燥设备。电炉对炉料的水分要求比较严格。一般情况下，在产出，运输，贮存过程中各种原料和辅助材料带人水分是必然的，因此需要干燥。石灰和石英砂只要把好运输和贮存关，也可以不需干燥。但是焦炭是人造固体燃料，其空隙率可达45%左右，炽热的焦炭是通过喷水直接冷却的，所以焦炭的水含量较高。一般水含量在5%—10%，有时竟达20%以上，因此焦炭必须经过干燥才能用。

（2）混料设备。混料多采用人工方法，也有的采用回转式搅拌机

（3）破碎及过筛设备。石灰、石英、块状焦炭均需专用设备破碎过筛，是粒度符合要求

（4）提升设备。准备好的炉料装入料车，有提升装置提至炉顶料仓，供电炉用。 此外，还有计量设备、通风防尘设备等。 3.5.2电炉本体系统

电炉本体系统主要由炉体、炉墩，加料等系统组成 3.5.2.1工艺简述

准备好的炉料储存在锥部没有螺旋给料机的料仓内，有 螺旋机将炉料送入炉内，还原出来的锌蒸汽随炉气一气经炉气出口进入冷凝系统。熔渣由放渣口定时放出。电炉的炉型有圆形和矩形两种，圆形炉其电极排列在同心圆周上呈等边三角形。矩形炉的电极呈直线排列。炉料均从炉顶的周边或四边的装料口装入。 3.5.2.2主要设备

设备主要由炼锌电炉、旋转加料机等 3.5.3电极系统

电极通过短网将电炉同外部电源连接起来。电源系统要承担电极的升降，电极夹持装置、电极中心的调整等。

电极系统包括立柱平台、立柱、立柱连接架及钢丝绳滑轮组、滑车架、电极升降臂、电极升降传动装置、夹紧气动装置等。电极升降臂的上下限位由上下两个行程开关控制，确保电极行程为1.2—1.4m。立柱上装有导轨，供滑车上下滑动。达到电极升降之目的，立柱可以转动，供调整电极中心位置。滑车架上的走轮由一个偏心轴天调整它与导轨之间的间隙。

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图3—7电极升降原理示意图

3.5.4渣系统

电炉内的熔渣由放渣口放出（每日放一次），经两段高温渣槽后，流至水淬渣槽。熔渣经水淬渣池。水淬渣池分为沉降池和循环池两种。水淬后的渣睡混合物首先流至沉降池，渣在池中沉降下来，上清水流至循环池后由循环水泵送至水淬渣槽，沉降池的沉渣由人工铲出运至渣场。

根据冶炼情况，决定是否更换底渣，或者停炉时放底渣，底渣放至由河沙铺成厚度为400—500mm的底渣池。放出后可向渣面喷洒水降温，便于打开便于装运。 3.5.5冷却循环系统

除上述的冲渣水，洗涤水闭路循环外，炼锌电炉还有及处用冷却水： （1） 飞溅式冷却器（一冷）冷却锌液的U形管冷却用水。 （2） 一冷的底侧、端部冷却水套用水。 （3） 转子轴承座冷却水套用水。 （4） 电极系统的到点管冷却水。

图3—8冷却水循环流程图

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4电炉锌的精炼

4.1概述

电炉炼锌产出的粗锌，一般为五号锌，其纯度为98.7%，当然焙砂质量好，电炉锌也可达四号锌（Zn99.5%）其杂志主要有铅、镉、铁、砷、锑等。这些杂质含量依据焙砂中杂质含量和操作过程的情况而异。锌中含有较多的杂质，就严重的影响锌的质量，使粗锌在某些工业上不能获得应用。比如，铅和其他杂质含量较高时，就不适合于制造进行热压加工的黄铜；锡含量超过0.01%时，忽悠不要能用于压片，镉含量超过0.02%时，使间接法生产的氧化锌颜色白度变差，且不适用于医疗和化妆用品，作为镀锌用的锌，为了提高镀锌件的抗蚀性，对其中杂质的含量也有一定的要求。因此，为了满足某些工业对心质量的要求，不适用的锌必须进一步进行精炼。

精炼的方法有：熔析法、重蒸馏法、真空蒸馏法和精馏法，目前多用精馏法，而熔析法仅用作精馏法的辅助过程。

精馏法的特点：

（1） 可制的锌含量为99.99%—99.998%的高纯锌。

（2） 可富集原料中的铅、镉、铟、锗等金属，有利于综合回收。 （3） 可用于生产规模为1000—100000t/a的工厂。 （4） 对原料适应性大。

（5） 需要用一些高级耐火材料（碳化硅制品）。 （6） 塔体设备结构复杂，筑炉和生产操作要求较严。

精馏法大约是与竖罐炼锌同一时期发展起来的。由美国泽西公司首创，因此又称为新 泽西精馏法。20世纪30年代后来，世界各国凡有火法炼锌工厂的国家，几乎先后都建立了这种装置。我国的精馏法技术是葫芦岛锌厂于1957年由波兰引进的以后多家炼锌厂相继推广应用。

表4—1火法炼锌产出锌的化学成分（%）

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表4—2工业阴锌牌号及去组成

4.2熔析法精炼

在熔融状态下，铅锌能相互部分溶解，熔体分层，上层为含少量铅的锌，下层为含少量锌的铅。

从图中可以看到，随着温度的降低，锌和铅的分离比较完全。在418℃，锌含铅0.9%，铅含锌2%。

当含铁的粗锌冷却时，化合物FeZn7进行结晶。析出的FeZn7结晶因为较重，沉于锌熔池下面，形成糊状结晶，称作硬锌。

熔析法精炼锌可得含锌约99%的精炼锌。锌的回收率仅为90%。熔析法仅能除去锌中的铅和铁。

图6-6为Pb－Zn系和Fe－Zn系状态图

熔析精炼在反射炉或榕析锅内进行，一般周期24~48h，控制温度在430~450℃；除了表面少量浮渣外，熔池分上、中、下3层，

上层：熔析精炼锌，Zn99%,Pb0.9~1%，Fe0.02~0.03%； 中层：由铁和锌化合物组成；

下层：铅锌合金熔体，含Zn5~6%；

FeZn7 23

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4.3精馏法精炼

为了较完全地除去锌中的杂质，获得很纯的锌，最好采用精馏法精炼锌。精馏设备是 连续作业的精馏塔，包括铅塔和镉塔。铅塔是用来分离沸点较高的Pb、Cu、Fe等杂质，镉塔是利用金属沸点和蒸气压的差异，分离锌和镉，两种精馏过程类似，只是铅塔的

温度比镉塔高。此法除了能得到很纯的锌之外，还可得到很多副产物，如镉灰、含铟的铅、含锡的铅等，从这些副产物中可制得镉、铟和焊锡等，从而可以大大降低精馏法的成本。 4.3.1 精馏法的基础理论

精馏法又称为连续分布精炼法或分流法，该法大约是与竖罐蒸馏法同一时期发展起来的。

为了较彻底地除去粗锌中的杂质，获得很纯的锌，异满足现代技术对纯金属日益增长的需要。一般都采用精馏法。

精馏法的理论基础是基于锌于杂质元素沸点不同，采用不同的温度精馏的原理，在两种不同塔型中蒸馏、分凝回流，使锌与其他杂质金属分离，而得到高纯度锌。

锌及一些杂质的沸点是：镉767℃，锌907℃、铅1525℃、铜2360℃、铁3.35℃；当加热到1000℃时，锌于镉沸腾，以蒸汽状态蒸发、而铅、铁、铜等杂质以液体状态留下。当1000℃时，铅的蒸汽压为133.42Pa，而铜与铁的蒸汽压则极小，分别为0.01于0.0001Pa。因此，粗锌经蒸馏后，除铅稍有蒸发外，可基本上把高沸点杂质除去，蒸汽所得锌蒸汽经过冷凝就可得较高纯度的含镉锌，锌与镉的沸点很接近，用蒸馏法很难把他们分开。因此采用分馏的方法把锌与镉分开，为了得到很纯的锌，使用两个精馏塔，一个除去高沸点杂质及铅，另一个塔除去低沸点杂质镉，在塔内进行分馏过程。

精馏法精炼锌除得到纯的锌之外，还可以得到很多副产物，如镉灰、含铟的铅、含锡的铅。从这些副产物中可制的金属镉、铟、焊锡、因而可大大降低精馏法的成本。

锌中的主要杂质含有铅、镉、铁、铜、锡等。因为铁、铜、锡的沸点非常高，精馏时可以认为铁、铜、锡不参与精馏过程，仅当夹入的杂质看待。故参与精馏过程的元素在实际上可以睡是铅、锌、镉三种。铅是比锌沸点高的金属。镉是比锌沸点低的金属，为把铅、镉分离出去，要在两个精馏塔内分别进行分馏。由于铅与镉在锌中的含量都很少，股可以认为铅对镉的影响于镉对锌的影响都很小。在生产实践中他们之间的影响可以忽略 4.3.2精馏法的工艺

精馏法过程分为两个阶段。第一个阶段是将粗锌加入一座特殊结构的铅塔中脱除高沸 点的金属杂质铁、铅、铜和锡等。第二阶段是将含镉锌在另一座镉塔中脱除低沸点金属杂质镉。精馏法的工艺流程包括粗锌熔化。液体合金分馏、残余液体金属熔析和产品铸锭四个部分。

精馏工艺简述：

粗锌先在熔化炉内加热熔化，熔化的粗锌经密封的加料器自动流入铅塔，在一定温度

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下，大部分锌及其中所含有全部镉呈蒸汽状态挥发。而铅及其他高沸点杂质，则几乎全部以液体合金挥发排出，进入熔析炉（精炼炉）。经熔析精炼得到B号锌，硬锌和粗锌。 被蒸发的锌镉蒸汽与少量铅蒸汽上升至铅塔回流段，由于温度较低、铅和部分锌蒸汽被冷凝回流，并与上升锌蒸汽发生交替分馏作用，进一步除去残留铅等高沸点杂质，较纯的锌和镉蒸汽逸出塔体，进入铅塔冷凝器，成为液体的含镉锌。

铅塔产出的含镉锌用流槽引入镉塔加料器至镉塔，进行锌镉分离。纯心液由下部进入纯锌槽，即得到精馏锌。富镉锌蒸汽也经回流分馏，由上部经大冷凝器进入小冷凝器而副产高镉锌，供提镉的原料。

铅塔产出的B号锌（又称无镉锌）一般即时返回铅塔处理或由专设的B号锌可直接得到精馏锌，硬锌可送到蒸馏炉处理或用作生产锌白、锌粉；有的硬锌含有锗、可同时提取锗；粗铅可精炼得商品铅；当粗铅中富集有锗时，即为提取锗的原料。 4.3.3技术经济指标 4.3.3.1生产能力

A塔壁工作厚度

塔壁工作强度是指单一塔体有效受热闹面积成产强度，可按下式计算：

aPb——铅塔塔壁工作强度，以含镉锌量计。

aCd——镉塔塔壁工作强度，以精锌量计。t/(m2*d)

式中：

P——每座铅塔日加入锌量。 t/d

φ1——铅塔下部排出无镉锌系数，与原料含铅铁有关。

φ2———镉塔高镉锌或镉灰产出系数，与原料含镉有关。

塔壁工作强度主要根据原料杂质含量，生产精锌纯度及冶炼条件，参考同类型精馏炉实际生产指标确定或计算得出。铅塔塔壁工作强度一般为0.9—1.23t/(m2*d).镉塔塔壁工作强度为1.8—2.4 t/(m2*d)但大型塔一般还增大10%—15%

B精馏塔的生产能力

精馏炉能力一般是指以塔组每日生产的精锌量表示，但也有用生产出精锌和B号锌的总量表示的。三塔型的生产能力可以用下式表示：

式中：——为三塔型塔组生产能里，单位 t/d C塔龄和运转率

（1）塔龄一般是指两次大修之间的生产时间，但精炼炉常以两次塔盘拆修（称为中修）之间的时间为塔龄，因为实际大修时间都超过10年以上。一代塔龄，一般铅塔为18—24

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个月，大型塔应在2年以上，镉塔塔龄稍长，B号锌塔最短、约10-12个月，但也有的工厂铅塔龄为10-12个月，B号锌塔龄为5-7个月。

（2）精馏炉运转率是指扣除检修和停开车的时间的实际年生产天数与日历天数之比，一般为88%-91%。设计时，年工作日可去330天 4.3.3.2产出率

在精馏过程中，精锌直接产出率随粗锌杂质含量、精锌品级和塔壁工作强度的不同而变化。表4—3、4—4分别为精锌直接产出率和其他精馏产物产出率实例。

表4—3精锌直接产出率

表4—4其他精馏产物产出率

4.3.3.3金属回收率

精馏过程的操作和管理是影响回收率的主要因素。

（1） 精馏塔塔盘裂漏、锌液或蒸汽漏入燃烧室金属被烧损。 （2） 熔化炉和熔析炉温度控制不当，引起锌的氧化蒸发损失。 （3） 锌渣搬运损失。锌回收率一般为99%-99.3%；铅回收率问98%-99.9%；镉为98%-99%。 4.3.4电炉锌精炼的发展动向

今年来精馏法已有很大发展。我国已成功的利用精馏法进行粗镉提纯和锌粉制造，创造

了单体分馏塔和双塔双塔盘精馏炉，实现了液体锌运输遥控，燃烧室煤气遥控、锌锭自动码垛。捞硬锌和出铅机械化。研究成功了加铝除铁新工艺，取得了较好的经济效果进行了产品深度加工，除生产精锌外，还生产高级氧化锌，锌粉和锌基合金等，在国外，精馏技术的发展是强化工艺流程，延长塔体寿命，提高热利用率和实现电子计算机控制。 4.3.4.1塔盘大型化 扩大塔体尺寸，改变塔体结构与组合，提高生产能力。

国外已普遍使用了大塔盘，增加塔体高度。塔盘扩大到1373mm*762mm，塔高为12m，生

产能力提高了一倍多。改变塔盘几何图形，强化传热过程，也是值得重视的动向。在塔体结构上，出现了一室双塔一室三塔。还有一塔同时生产两种不同规格的精锌等。 4.3.4.2延长塔体寿命

塔体寿命的长短是多种因素综合作用的结果。国外非常重视，有的国家已把塔体寿命延

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长到三年，为了延长塔体寿命，国外采取了下述4项措施。

(1)降低精锌直接产出率。增加B号锌铅塔处理能力，合并扩大熔析炉。精锌和B号 锌产量几乎个半，在经济上是合理的，合并扩大熔析炉，不但可以提高熔析除铅、铁效率，还可以节省燃料。

(2)改进升温方法，缩小各点温度差，使各部位温差控制在5℃范围内。除此以外， 还改进了回流塔的升温方法，改善了回流塔的状况。

(3)提高粗锌质量，加料连续均衡准确、稳定塔内气体压力，降低粗锌中的铁、铜等 杂质含量，可以延长塔体寿命。国外使用1.5t大锭，随着接触熔池部分的锌锭表面匀速熔化，大锭以同样的速度匀速下降，可以使加料连续均衡准确，为了稳定塔内气体压力，防止过压放炮，在塔上安装了精确压力计，直接和调压设备相连。

(4)提高塔盘制作质量。推广塔盘成坯烧成技术、规范化，严格质量管理 4.3.4.3提高热利用率

降低低温热源温度，减少炉壁热损失。为此，出现了各种锌工艺、新设备。其中之一是利用铅塔燃烧室燃烧的废气加热和其紧密相连的小镉塔。为此，回收铅、镉塔冷凝器的散失热也是成功的例证。

4.3.4.4扩大精馏法的应用范围

发明了用小型精馏塔同时生产普通锌粉和超细锌粉的装置。用大小不同的精馏塔，生产高级氧化锌等。

4.3.4.5提高自动化程度

对提高精馏法生产过程中的机械化和自动化程度给予充分重视。目前已初步实现了锌液运输、加料、燃烧室温度控制、精锌铸锭、锌锭码垛及捆扎带机械化和自动化。不少厂家实现了电子计算机控制。

4.4我国电炉炼锌工艺的技术进步

4.4.1炼锌电炉大型化和结构合理化：

4.4.1.1炼锌电炉趋向大型化：

自1998年天水鑫能电冶炼厂建成我国首座2000KVA炼锌电炉且顺利投产以来，炼锌电炉向大型化发展很快。2002年山西关铝铜锌分厂在2 座2000KVA炼锌电炉的基础上又增建了2座2500KVA炼锌电炉； 2003年陕西宝恒锌业公司建造了3150KVA炼锌电炉；2004年云南会泽、陕西天力恒有色公司、山西襄汾、宁夏石咀山等建成了6座2500~3500KVA炼锌电炉；进入2005年云南师宗、宣威、四川荥经、汉源、石棉、贵州六盘水等正在建设和建成投产多台2500~4000KVA炼锌电炉； 4.4.1.2炼锌电炉的结构趋向合理化：

经过长期实践，炼锌电炉的结构逐步趋向合理。

（1）炉型多为圆形炉。炉子结构受力均匀，不易变形；有利于熔渣的运动；熔渣温度分布均匀；渣线砖受侵蚀均匀；

（2）电炉炉底由原来的反拱炉底改为平底，可避免或减缓了炉底积铁给操作带来一系

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列的麻烦；

（3）炉顶金属圈梁（即拱脚梁）改为高密度拱脚砖所代替，避免了由于金属材料与高铝砖的热膨胀系数不同而造成的炉顶变形；

（4）炉体渣线部位的炉衬即熔池的工作环境极其恶劣，通过电炉炼锌工作者和耐火材料工作者的长期研究和探索，终于找到了高耐火度、高密度、高强度、耐冲刷、良好抗渣性的耐火材料—铬渣砖，从而使炉龄由不到2个月延长至8~10个月，甚至更长；

（5）熔池渣线部位铬渣砖的厚度由原来的760mm减至460mm；炉底厚度由1160mm减至900mm，炉龄不但没有缩短，反而可延长至10个月以上。对于2500KVA电炉来说，由于此项设计改进，可节省铬渣砖与铬铝质捣打料65t，节约资金15万元； （6）熔池渣线部位外部增设喷淋水装置，以延长其使用寿命；

（7）为使炉料在炉内分布得更加均匀，在炉顶上部设置四台密闭加料机，有利于炉料化学反应和电炉的安全运行；

（8）电炉的容量与炉体高度、熔池的直径、上渣口的高度等的关系更趋合理；

（9）在炉顶和斜坡处增设了防爆装置和控制仪表增设报警系统，增大了电炉炼锌的安全系数；

4.4.2 飞溅式锌雨冷凝器由二级一冷改进为三级一冷：

飞溅式锌雨冷凝器简称一冷，是影响电炉炼锌直收率的关键设备，其基本原理是利用机械力传动的转子在冷凝器内将锌液扬起形成锌雨屏幕，对锌蒸气进行快速冷凝。近年来对一冷进行了一系列的重大改进。

（1） 锌液的循环方式由内循环式改进为内、外复式循环；

（2） 一冷的四壁和底部均设计为水套，一可吸收锌蒸气冷凝为液态锌而放出相变热即冷凝热；二可防止壳体变形而影响冷凝效率或造成漏锌事故；

（3） 一冷锌液池和冷凝室为高铝质浇注料和铬渣砖砌筑而成；

（4）三级一冷的研制和应用：由于炼锌电炉的容量不断增大，一冷的能力显得不够，2001年推出了二级转子，2004年又推出了三级转子，很快在电炉炼锌行业中推广应用； 4.4.3 二冷洗涤器由二喷二文改进三喷三文 ：

二冷洗涤器的作用：一是将炉气中经一冷没有冷凝下来的锌蒸气和很微小的细锌粒洗涤下来，二是为炉气系统造成抽力，将炉气送入尾气烟囱；二冷原为二级喷淋、二级文氏管的水洗涤设备。随着炼锌电炉的容量增大，产生的烟气量就增大，原二冷的抽力就显然不够，有时会造成冲炉发生安全事故，为增大抽力实现安全生产和进一步回收炉气中的锌，以提高金属实收率，采取了下列措施：一、增大洗涤用泵；二、改进文氏管的喉径和喷头；三、将二冷的洗涤流程由二级喷淋和二级文氏管改为三级喷淋和三级文氏管以增加抽气量和增强抽力，提高洗涤效果；

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4.4.4 短网系统

短网又称为大电流线路，系指从电炉变压器低压端至电极之间各种形式导体的总和。短网的特点是电流大、长度短、结构复杂、工作环境恶劣。实践证明，我国电炉炼锌的短网采用开启式、电参数的设计也是合理的，压降损失在0.5~3V范围内。

我国电炉炼锌变压器低压线圈在短网上的封口点大多在电极上接成三角形。这样组成的“双线制”短网接线，可实现磁通补偿，减少短网导体的感抗。如果当两相电极同炉料发生短路时，短路电流将分配到所有的三相线圈上可以减少线圈所承受的机械力和降低线圈的发热程度。

4.4.5 工艺技术条件更加合理、更加成熟

4.4.5.1 采用低还原度或负还原度的配料理论，在实践上得到了很好的应用，对于延长

炉

龄和减缓炉底积铁起到良好的作用；

4.4.5.2 渣型控制为碱度值R=0.95~0.98 ， 硅酸度值K=1.0~1.2 ，并适当配成低温

渣

型，ΔAl2O3(实际含量与理论含量的差值)≤2~3个百分点比较合适；

4.4.5.3 2005年技术人员研制出新的电炉炼锌配料软件对控制渣型、延长炉龄、提高各项技术经济指标起到了很好的作用；可以又快又准确地计算出你满意的渣型、R值、K值、高低还原度的配料单，使用简单方便，易于掌握。

我国电炉炼锌的典型渣型见下表4—5

表4—5 我国电炉炼锌典型渣型 序号 1 2 3 4 5 6 化学成分/% Zn 6.13 5.39 6.86 5.52 5.54 4.68 CaO 25.85 31.56 25.16 27.56 28.59 27.61 MgO 5.12 2.59 4.52 3.08 3.30 2.84 SiO2 30.96 35.95 29.68 31.58 32.54 31.39 FeO 21.09 25.04 21.74 20.73 21.42 23.92 Al2O3 5.60 4.43 6.49 4.53 5.12 4.10 R 0.98 0.96 0.97 0.97 0.98 0.98 K 1.17 1.23 1.14 1.23 1.22 1.17 4.4.5.4 采用大电流大料量、不足还原度、合理调整二次电压、设计合理的渣层深度、 定期排渣及控制原料中的铁含量等措施较好地解决或减缓了炉底积铁。

4.4.5.5 低温、低压操作，即炉顶温度不超过1200℃，最适宜温度为1050~1150℃。炉

顶

压力可在100~250Pa波动，不允许长期在300~400Pa范围内运行； 4.4.5.6 二次电压由过去90年代的80~130V提高到150~190V；

4.4.5.7 根据长期生产实践，认真总结出的炼锌电炉的技术操作经验，归纳为“一把关”、“二准确”、“三平衡”、“四稳定”、“五防止”。现分别简述如下：

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（1）“一把关”：严格把住入厂的原料、辅助材料的质量关； （2）“二准确”：准确配料计算，推广应用电脑配料；准确配料操作并及时地做好各项原始记录； （3）“三平衡”：三相电流平衡；电料平衡；投入产出平衡； （4）“四稳定”：投料量稳定；操作电流稳定；炉顶温度稳定；炉顶和立管压力稳定； （5）“五防止”：防止炉料在炉内堆积；防止泡沫渣的产生；防止炉底积铁；防止突发性的电流急剧升高；防止压力突然剧增； 4.4.6 主要技术经济指标的提高 4.4.6.1 锌直收率大大提高：

直收率由90年代初期的68.05%到90年代末期的78~82%，目前已能达到90~95%；国内某厂2000KVA、2500KVA电炉的直收率为90~95%，详见表2、表3、表4。总收率均能达到97.5~98%；与湿法炼锌相比，直收率要高出5~10个百分点，总收率要高出2~3个百分点； 4.4.6.2电耗大幅下降： 电炉炼锌的电耗由90年代初7518kwh/t，1993年的6600kwh/t，2000年的4000~4500kwh/t，2002年的3800~4200 kwh/t ，目前为3500~4000kwh/t。云南师宗2500KVA、四川眉山2000KVA电炉的电耗在3300~3500kwh/t，此指标比湿法炼锌要低700~1000kwh/t。随着电炉容量的增大，电热效率的提高，电耗仍有较大的下降空间，对电炉炼锌行业定为高耗能行业的结论值得商榷；详见表4—6。

表4—6 四川某厂1#电炉2006年一季度技术经济指标统计表

投入/t 焙砂 975.612 电炉锌直收率焙砂Zn 产量/t /% 640.573 617.833 95.20 主要技术经济指标 石灰电耗焦耗/kwh/t /kg/t 耗/kg/t 3354 243 7.7 平均日产/t/d 开炉电转子日数 极耗耗/kg/t 12 0.94 9.807 63 4.4.6.3 炉日产量大幅增加：

以国内某厂的1250KVA电炉平均炉日产量,1993年为2.443t/d，2004年达7.0~8.0t/d。2000KVA炼锌电炉平均炉日产量1998年为6.7t/d，2000年为8.05 t/d， 2004年为10.00 t/d，2005年一季度为10.773 t/d，最高日产14.411 t/d。详见表5、表6。年均日产量10~12t/d。云南师宗2500KVA电炉的日产量已能稳定在15~16t/d，最高日产达21t/d。 4.4.7电炉锌质量有很大提高：

我国电炉炼锌所采用的原料皆为硫化锌精矿经高温氧化焙烧获得的锌焙烧矿，电炉锌的质量主要取决于锌焙烧矿的质量。采用高温氧化不足空气焙烧，脱铅率95%；脱镉率97%；脱硫率~99%，则锌焙烧矿中Pb可降至0.1%左右； Cd 0.01%以下； S 0.5~0.8%；电炉锌品位可稳定在99.5~99.7%。国内某厂电炉锌的质量见表4—7

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分析结果/% Cd Cu 0.015 0.0071 0.093 0.0074 0.082 0.0078 0.060 0.0058 0.083 0.0079 0.036 0.0072 0.0096 0.0068 0.0070 0.0069 0.0084 0.011 0.0065 0.0062 0.0055 0.030 0.0082 0.019 0.0056 0.0085 0.0040 0.0087 0.0048 0.0095 0.0082 0.0091 0.0037 0.0088 0.0034 0.0085 日期 98.10.28 98.10.29 99.10.17 99.10.19 00.5.14 00.5.15 01.6.10 01.6.11 02.6.27 02.6.29 03.3.23 03.3.24 04..6.15 04.6.16 04.6.17 05.4.17 05.4.18 05.4.19 4.4.8 炉龄大大延长：

Zn 96.42 97.88 98.87 98.77 98.43 98.72 99.29 99.36 99.12 99.57 99.55 99.62 99.65 99.70 99.72 99.71 99.76 99.75 Pb 3.42 1.90 0.86 1.05 1.34 1.11 0.63 0.57 0.70 0.29 0.21 0.22 0.20 0.14 0.15 0.11 0.10 0.10 Fe 0.144 0.13 0.18 0.11 0.14 0.13 0.063 0.058 0.16 0.13 0.20 0.13 0.13 0.12 0.11 0.16 0.13 0.13 备注 炼锌电炉的炉衬渣线砖由于处在物理侵蚀和化学侵蚀的双重作用下，工作条件极其恶劣，经过长期实践，通过优化设计、严格配料控制渣型、选择优质铬渣砖、采用“凝固衬原理”实现炉衬挂渣、执行合理的技术工艺条件，使炉龄由93年的不到二个月至目前的10个月。熔池渣线砖的消耗由原来的250kg/t降到目前的5~8kg/t以下。 4.4.9炉底积铁有所减缓：

炉底积铁是电炉炼锌普遍遇到的最头疼的问题。在实践中摸索到了一些解决方法，如采用不足还原度、适当控制R值、大电流大料量操作、熔渣深度的合理设计、控制原料中的铁含量、适时地放渣等，取得了较好的延缓炉底积铁的效果。

4.5电炉炼锌的特点

4.5.1 工艺流程简单

冷料直接入炉，这样可使电炉炼锌的工艺流程中的炉料准备系统大大缩短，既简化了工艺、节省了生产费用和投资，又减少了金属物料的飞扬损失和车间内的污染；

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锌焙烧矿在炉内与焦炭发生还原反应，产生的锌呈气态随炉气进入一冷，被冷凝为液态锌，浇铸为产品锌，炉气再经二冷洗涤后由尾气烟囱排空。工艺流程简单，设备也不复杂。

4.5.1.2 炼锌电炉的炉型多为圆型。有利于熔渣在炉内的运动，和熔池中温度分布均匀，渣线部位铬渣砖受到的侵蚀也比较均匀； 4.5.1.3 环境保护好：

电炉炼锌工艺中，三个系统的用水——冷却水、冲渣水、二冷洗涤水均采用闭路循环，无污水产生；烟气经三级喷淋三级文氏管洗涤后，烟气中仅含有CO、CO2、H2O和微量锌，而且烟气量少；经炉内高温达1250~1500℃的冶炼渣为无害渣，主要成分为：SiO2、CaO、MgO、FeO、Al2O3、Zn等；

4.5.1.4 主要技术经济指标均有重大突破，如总收率、直收率、电耗、炉龄等； 4.5.2我国电炉炼锌尚存在的问题： 4.5.2.1 有些工厂的电耗仍然偏高

我国目前所拥有的炼锌电炉大多为容量在2000KVA以下，经过十几年的实践，电耗比九十年代初期有了很大的进步，由7518kwh/t降至3500~3800kwh/t，有些工厂由于技术的提升，电耗已能降至3300~3500kwh，但不少工厂由于管理和技术问题，电耗仍在4000~4200kwh/t左右徘徊，依然偏高。由于国家对电价不断调高，电费在电炉锌冶炼加工费中的比重不断增加，目前不少企业正在加强生产和技术管理，引进先进技术，增大电炉容量，提高热利用率，降低电耗，已收到较好的效果。因此降低电耗乃是电炉炼锌工作者的重要任务。

4.5.2.2 不少厂家的炉龄仍有待延长

炼锌电炉的熔池铬渣砖由于处在物理侵蚀和化学侵蚀的双重作用下，工作条件极其恶劣，不少工厂经过优化设计、采用电脑配料、严格控制渣型、选择优质铬渣砖、采用“凝固衬原理”实现炉衬挂渣、执行合理的技术工艺条件，使炉龄延长目前的10~12个月。但国内仍有些工厂还达不到这个水平，仅为4~6个月。总的来说，炉龄还有待进一步延长； 4.5.2.3 炉底积铁：

炉底积铁问题。虽然在实践中摸索到了一些解决方法，如采用不足还原度、适当控制R值、大电流大料量操作、熔渣深度的合理设计、控制原料中的铁含量、适时地放渣等，虽然取得了较好的延缓炉底积铁的效果，但并没有从根本上解决炉底积铁的难关。炉底积铁仍困扰着不少厂家。

4.5.2.4 石墨转子使用寿命短：

由于采取了提高石墨质强度、改进联轴节、加强堵芯密封槽的密封、叶轮涂抗氧化涂膜防止粘结等，石墨转子的使用寿命由原来的2~4天延长到现在的6~10天。但由于电炉锌液杂质多、锌灰多、易粘结等原因，相对竖罐炼锌所使用的转子寿命15~20天还是短得多。 4.5.2.5我国炼锌电炉容量小，产能低：

炼锌电炉单台容量多在2000KVA以下，在四川汉源、石棉等地以1000KVA的电炉为多。单台2000KVA电炉年产能为2800~3000t，近年来陆续出现了2500KVA、3000KVA、3500KVA、4000KVA的炼锌电炉，这是可喜的。为了降低消耗、提高各项技术经济指标、增强电炉炼锌

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的生命力，笔者认为，应在此基础上开发5000~6000KVA更大容量的炼锌电炉，单台电炉产能要达1万t/a以上。 4.5.3电炉炼锌的发展前景

电炉炼锌由于具有一系列的优点，随着不断探索和实践，近年来，我国电炉炼锌技术有了重大突破；工艺技术不断完善；工艺装备不断改进；技术经济指标不断提高；产能不断增加；容量不断增大； 2500KVA电炉日产为15~18t/d，3200KVA电炉日产达20~22t/d；设计、技术操作不断优化；采用电脑配料；主要技术经济指标如总收率达97.5~98%；直收率达90~95%，电耗达到3300~3500kwh/t；均大大超过了湿法炼锌的指标水平；经过十多年的发展，该项技术日趋完善与成熟，逐步形成了具有我国特色的电炉炼锌技术。 随着我国电炉炼锌技术进步的不断加快，实收率和直收率等项技术经济指标将有很大提高，电耗将会降至3000kwh/t 以下，再加上工艺流程简单、设备不复杂、无环境污染、投资省、上马快等特点，很适合中小企业。目前四川、云南、贵州出现的电炉炼锌前所未有的发展态势已充分说明了其潜力和前景。

随着我国电炉炼锌不断向着大型化、自动化、各项指标优化的方向发展和飞溅式冷凝器技术的进步，可以断言，在我国电力资源和锌资源丰富的地区有着较大的发展潜力和良好的发展前景。

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5厂址的选择与论证

5.1工厂设计的原则

（1）客观性：

设计所选用的技术方案和指标都要有客观的数据为依据，做出的设计应该经得起客观的评审，能够成功地付诸实施 （2）经济性：

在厂址、产品、工艺流程、设备选择上选择最经济的方案。选择能够保证单位产品投资最低、产品成本最低及经济效益最好的方案。

（3）先进性：

设计应反映出最近在该领域的成就和发展趋势，要求在建设完成和投产后，建设项目与现在的先进工厂相当或更先进。

平均先进性：在技术经济指标的选择、先进设备的采用上必须遵循平均先进的原则，应该保证设计的工厂在建成投产一年内达到设计的技术经济指标。采用的新工艺、新技术及新设备应该是经过实践考验的、能够长期稳定工作的。

对于钢铁冶金企业，由于规模大，工程寿命长，投资巨大，设计时通常都采用平均先进性原则。

例如：

炼铁高炉通常日产生铁2000～10000吨，寿命达6～20年； 高炉热风炉寿命10～20年； 转炉日产2000～10000吨 （4）综合性：

设计的各种设备应该综合匹配，使用寿命应该一致，或是整倍数。设计的各部分应该配套成龙，局部方案与总体方案一致，各专业的设计应该服从主题工艺方案。 （5）安全环保：

设计应该保证各领域和各岗位都能够安全生产，防止有害物污染环境，达到环保的各项要求。

（6）定型化：

尽可能采用各种定型设计，包括定型的设备、部件、建筑物和构筑物以及定型的基建和工艺装备等。采用定型设计可以减少设计工作，缩短建设周期，降低建设成本和提高劳动生产率。 （7）发展性：

要考虑到将来发展的可能性，生产强化及增产的可能性，适当保留车间发展所需的土地、交通线和服务设施。

例如：高炉通常设计利用系数2.0～2.2，现在最高可以达到2.5～4.0t/m3.d。转炉原先二吹一或三吹二，现在2吹1.8或3吹2.5，往往多装，50吨的装70吨等。 （8）美学

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设计中应该注意遵循工业美学（技术美学）的原则，在设备布置、工厂布局方面做到排列美观、色彩鲜明、安全宜人。使工厂和工作环境有良好的布局和较佳的心理、生理学劳动条件。

5.2厂址选择

考虑到上述选厂的原则：我的厂址选择在云南省马关县夹寒箐镇达号工业园区。选择该厂址的原因主要有以下几个方面：

（1）自然气候：

马关县位于云南省低纬高原东南前沿，属亚热带东部型季风气候。由于地形复杂多样，对光、温、水三大气象要素起着再分配的作用因而气候的垂直差异大于水平差异：低坝河谷炎热，半山浅丘温暧，高山寒凉，其特点是：冬无严寒，夏无酷热，无冬无夏，春秋相连；干冷同季，雨热同步，干湿季分明；“一山分四季，十里不同天”的立体气候明显；气候灾害以春旱为主，低温、洪涝、冰雹次之。 海拔在123~2579米之间，历年平均气温16.9℃，总积温6169℃，7月最热，平均21.7℃，1月最冷，平均9.7℃，年温差12.0℃；历年极端最高气温32.3℃（1971年7月23日），极端最低气温一4℃（1975年12月23日），平均冬温10.6℃；春温18.2℃；夏温21.5℃；秋温17℃。

县境地处南海高压东南气流和孟加拉湾低压西南气流的十字路口，两支气流的早迟决定着雨季的早晚，两支气流的先后决定着春夏的旱象。降雨年内分配不均，在冬季风来临的11月至次年4月，各地降雨量只有年雨量的19%，而夏季风的5~10月占81%左右。在雨季各各月中的降水也有差异，雨量最少是12、1、2三个月，各占年雨量的2%；最多是7月，占年雨20%。雨季开始平均日期5月15日，结束平均日期是10月22日。

历年平均相对湿度都大于或等于80%以上，年均蒸发量1414毫米，与年降雨量基本持平，全县湿度可分为五个类型：即12、1、2、3四个月为干旱，4月为半干旱，5、6、9三个月为湿润，10、11两月为半湿润，7、8两月为潮湿。

马关县地处北回归线南侧，太阳高度角比昆明大2度，能获直射的机会多，又属低纬高原南端，空气清新，紫外线多，光照强，光质好。全年日照时数1803.5小时，占可照时数的41%；年内各月分配均匀，并大于120小时。 全年太阳辐射总量为122.6千卡/平方厘米，一年中分配较均，最强是5月，为13.7千卡/平方厘米；最弱是12月，为7.6千卡/平方厘米。

县境常年无霜期平均为327天；350天以上无霜年分占三分之一。

全年多为西南风。随季节变化风向也有改变，冬春两季多为西南风，约占83%；夏秋两季多为东南风，约占6.796。风速也随季节变化，冬、春平均风速分别为2.0米/秒和2.4米/秒，夏秋平均风速分别为1.6米/秒和1.7米/秒；3月和4月是全年风速最大月，为2.4米/秒，8月是全年风速最小月，为1.4米/秒，全年平均风速为1.9米/秒。

（2）水系：

属红河流域泸江水系。地表水主要是天然河道、水库、坝塘；共有水面9223商，占全县面积的0.16%，其中静水面积2945.5亩〔包括中型水库1件，小（I）型水库2件，小（E ）型水库12件〕，占水面面积31.9%；动水面积6277.5亩（包括县境内较大的10条天然河

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段，总长237.9公里），占水面面积68.1%。地下水主要是龙潭泉水。

境内有大、小河流42条，其中主要的有8条，总长1468.8公里，年径流量为185802万立方米，河网密度平均每平方公里0.55公里。盘龙河、那么果河为过境河；响水河、小白河、南浦河、大南溪河、南北河、南江河、大保者河、咪湖河为内流河。县境东北部水流大部汇入盘龙河，西部和西北部水流多汇入那么果河，中部和南部水流又多汇入响水河。 地下水年总径流量为63570万立方米，占河川径流量的26.02%，其中落却河流域地下水径流较大，其次是大南溪河、大保者河的地下暗河都有较丰富的岩溶水，但动态变化大，以垂直向补给为主，侧向次之，难于利用，南部和西部地区的地下水以裂隙水为主，埋藏浅，水力坡度大，畅排，呈垂直向补给，转 化不明显，有\山高水高\的特点，便于利用。全县龙潭、泉水共577处。 （3）地质、地貌： 马关县属华南台块西部的滇桂台向斜构造，位于黔桂地台之南端，处于隆起部位，主要出露地质有寒武系（距今6~5亿年）、奥陶系（距今5~4亿年）、泥盆系（距今4~3亿年）、第三系（距今2500万年）、第四系（距今200万年）、缺失石炭系、二迭系和中生代地层；印支~燕山期花岗岩发育，变质岩分布广泛，构造以北东向断裂和榴皱为主。岩浆岩较为发育，有酸性岩和基性岩两种。马关县地处滇东南岩溶高原南部边缘，为石灰岩山地与峡谷相间地貌，在石山起伏较为平缓地区，有高大的石峰林与深沉的溶蚀洼地、溶蚀盆地，无较大坝子，山地和窄型谷地面积约占全县面积的87.7%，丘陵盆地占123%，全县大致可分为中切割低山峡谷区、中山缓坡区、中山温凉山区、岩溶山区、丘陵盆地区5种地貌单元。

（4）山脉： 属云岭山脉六诏山系，来自红河州蒙自县的菊花山，经文山县西南进入县境，因受大、 小河流长期切割，形成走向不同的五条主要山脉：

一条从县境西北边缘的马鹿塘起，向南延伸，抵南溪河，整条山脉有海拔1700米以上山峰22座；

一条由浪桥乡八围树村公所与大栗树乡的那衣龙村公所交界处的大黑篝经八寨镇的老尖山、犁铮山向东直抵清水河。整条山脉有海拔1700米以上的山峰29座； 一条由浪桥乡老马店村公所新发寨后山起，整条山脉长约41公里，横贯县境北部缘边，多为裸露岩溶石山，有海拔1700米以上的山峰11座；

一条由大栗树乡大保者村公所南面的松子坡起，向东抵南山河。主脉全长24公里，山脉有海拔1700米以上的山峰4座；

一条由坡脚乡的大汛坡起，向东绵延，直抵黑河，整条山脉有海拔1700米以上的山峰34座；

除5条主要山脉外，西北边缘与文山、屏边两县交界的浪桥 乡境内尚有孤独群山，称阳文山。约20个山头，最高点海拔1885米。

（5） 土壤

主要有砖红壤、赤红壤、红壤、黄壤、黄棕壤、棕壤、暗棕壤、石灰岩土、水稻土共9 个土类、14个亚类、24个土属、27个土种。

其中砖红壤和赤红壤共8个土属，多分布在海拔123~1000米地区。士体疏松，土层，有机磷含量低，粮食作物一年三熟，利于发展热带经济林术；

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红壤和黄壤共11个土属11个土种，多分布在海拔1000~2020米地区。土体疏松，土层厚，结构多为粒状和小块状，酸性强，作物一年二熟，利于发展林、粮、药、果等多种作物；

黄棕壤、棕壤、暗棕壤共4个土属，多分布在海拔1800~2579米地区，全为自然土壤。 石灰岩土属非地带性土壤，共2个亚类、2个土属、2个土种，多分布在山车、坡脚等石灰岩岩溶地区。土层较浅，质地疏松，结构良好，但保水力差；

水稻土有3个亚类、4个土属、7个土种，亦属非地带性土壤，全县均有分布。

（6） 交通条件

文山州州府文山县城距昆明335公里，与外部的交通主要是公路。323国道东可以去广西，西达滇中南。文山县汽车站每天都有班车发往文山州各地及昆明、广西南宁、玉林、百色、贵州兴义、红河州开远、个旧、蒙自、屏边、河口等地。 文山县城是旅游者前往中越边境旅游的主要集中地之一。

（7） 矿产

马关县境内矿产资源丰富，品种多，储量大。位于县城东南部的都龙锡矿是一个超大型多金属矿床，铟储量居全国第一位，锡储量居全国第三位、全省第二位。都龙锡锌多金属矿被列为云南省的第二锡锌工业基地。全县累计探明的固体矿产种类30种，矿床（点）及矿化（点）达200余处，矿产地质储量1000多万吨 ，潜在经济价值400亿元以上。全县保有储量及资源量（333级以上）为：铁364.1万吨，锡33.7万吨，锌297.3万吨，铜16.4万吨，铅3.0万吨，钨1.5万吨，硫493.5万吨，砷15.3万吨，煤268万吨，硅石40万吨，另有铸、铅、铜、鸽、锦、铝、硫、石申、协、银、钮、错、镣、铺、金、银、铁、锤、银、石英、水晶、冰洲石、金晶石、镶铝锚石、滑石、石灰石、粘土、煤等多种矿物质。

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6冶金计算

6.1电炉炼锌的工艺计算

6.1.1炉料计算

6.1.1.1原始数据

电炉炼锌的锌焙砂的化学成分详见表6—1

表6—1 锌碚砂成分（%） 成分 Pb As Fe S Cu Sb Zn Ag O2 含量% 0.0649 0.429 18.070 0.540 0.897 0.0075 55.580 0.0025 15.39 成分 In F Cd Cl SiO2 CaO MgO Al2O3 其他 含量% 0.0450 0.047 0.0875 0.318 3.16 1.05 0.53 0.78 3.05 辅助材料 1、焦炭化学成分见表6—2

表6—2 焦炭化学成分 项目 固定炭 灰分 挥发S P 水分 发热量（kJ/kg） 分 % 77.73 20.63 1.64 0.5 0.1 <1.0 2000 2、焦炭灰分分析见表6—3 表6—3 焦碳灰分 项目 SiO2 CaO MgO Al2O3 Fe2O3 其它 % 52.54 4.23 0.74 19.76 5.06 17.67 3、熔剂—石灰的化学成分见表6—4 表6—4 石灰的化学成分 项目 SiO2 CaO MgO Al2O3 FeO 其它 % 0.487 87 0.21 - 0.06 12.243 4、熔剂—石英石化学成分见表6—5 表6—5 石英石化学成分 项目 SiO2 Fe MgO CaO % 98.54 0.42 0.34 0.46 6.1.1.2炉料计算

以100Kg焙砂为基础进行计算

焙砂的化学成分及物相组成在还原过程中除ZnS未被还原外，ZnO(包括SO3,Fe2O3,SiO2 结合的ZnO)全部被还原，Pb,Cd,Cu的氧化物全部被还原，Fe的氧化物全部被还原成FeO,其中30%被继续还原成金属Fe. A还原剂焦炭的需要量

(1)还原ZnO所需的C量X1:

ZnO中Zn量：55.85（Kg） 55.85/67.73*100=82.06（Kg） ZnO + C = Zn + CO X1 = 15.062（Kg） (2)还原PbO所需的C量:X2

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0.0649/67.73*100=0.098（Kg）

PbO + C = Pb + CO X2=5.55（Kg）

（3）还原CdO所需C量：X3 被还原的Cd量：0.0875（Kg）

CdO + C = Cd + CO X3 = 9.342（Kg） （4）还原CuO所需C量：X4 被还原的Cu量：0.897（Kg）

CuO + C = Cu + CO X4 = 0.169（Kg） （5）还原Fe2O3为FeO所需C量：X5

被还原的Fe2O3中之Fe量：从表中查的为0.714/67.73=1.054%即每100Kg焙砂中Fe量为1.054kg

Fe2O3 + 3C = 2FeO + CO X5 = 0.113（Kg） (6)还原Fe2O3为FeO所需C量X6：

被还原的Fe2O3的Fe量：从表中查的为5.026 Kg，故100Kg焙砂其Fe量为： 5.026/67.73*100=7.421（Kg）

Fe3O4 + C = 3FeO + CO X6 = 0.532（Kg）

(7)还原FeO之Fe量：根据生产实践数据，电炉炼锌过程中，总Fe量的30%被还原成金属.

余Fe均呈FeO形态存在于渣中。所以Fe量为： 18.070 * 30% = 5.421 （Kg）

FeO + C = Fe + CO X7 = 1.165（Kg） 还原100Kg焙砂中的各组分所需要的理论碳量X0： X0 = X1 + X2 + ?? + X7 = 31.933 （Kg） （8）还原100Kg焙砂各组分所需焦炭量X： 所需固定碳量：31.933（Kg） 焦炭含固定碳C% = 77.73%

所需焦炭量 X = 31.933/77.735 = 41.082 （Kg）

在生产实践中，考虑焦炭的利用率，实际组分与理论组分的差别及分析上的误差等因素，实际配焦炭量比理论量过剩8%，所以实配焦炭量为： Xop = 41.082 * 108% = 44.369（Kg） （9）焦炭的组分计算

44.369（Kg）的焦炭其成分计算

C量：C = 44.369 * 77.73% = 34.488（Kg） 挥发分;W = 44.369 * 1.64% = 0.728（Kg） 硫：S = 44.369 * 0.5% = 0.222（Kg）

灰分：W’= 44.369 * 20.63% = 9.153 （Kg） 灰分中含有成分的计算：

CaO：9.153 * 4.23% = 0.387（Kg） SiO2:9.153 * 52.54% = 4.809（Kg） MgO：9.153 * 0.74% = 0.068（Kg）

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FeO:9.153 * 5.06% = 0.463（Kg） Al2O3:9.153 * 19.76% = 1.809（Kg）

其他：9.153 * 17.67% = 1.617（Kg） B溶剂用量的计算：

首先将100Kg焙砂与44.369Kg焦炭中的CaO、SiO2的含量计算出来: CaO：1.05 + 0.387 = 1.437（Kg） SiO2:3.16 + 4.809 = 7.969（Kg） CaO：SiO2 = 0.18（Kg）

根据炼锌电炉所使用的炉衬为铝铬内火砖，只适用于中性渣，即R=0.9—1.05，K=1.0—1.4.根据生产经验选取： CaO：SiO2 = 0.94

设加入CaO量为X1，CaO附加SiO2为0.1X1； 则 （1.437+X1）/(7.969+0.1X1)=0.94 X1 = 6.682 （Kg）

需加入石灰量为：X

X = X1/77.73% = 8.596（Kg） 石灰8.596Kg的组成计算：

CaO：8.596 * 87% = 7.749（Kg） MgO：8.596 * 0.21% = 0.018（Kg） SiO2：8.596 * 0.487% = 0.042（Kg） FeO：8.596 * 0.06% = 0.0052（Kg）

其他：8.596 * 12.243% = 1.052（Kg）

石英砂不加，此配料比为 100 : 44.369 : 8.596 C混合炉料各化学成分重量计算 Zn:55.85（Kg） Pb：0.0649（Kg） Cd：0.0875（Kg） Cu：0.897（Kg）

S：0.543 + 0.222 = 0.765（Kg）

Fe:18.070 + 0.463*55.84/71.84 + 0.0052*55.84/71.84 = 18.343（Kg） SiO2：3.16 + 4.809 + 0.042 = 8.011（Kg） CaO：1.05 + 0.387 + 7.479 = 8.916（Kg） MgO：0.53 + 0.068 + 0.018 = 0.616（Kg） Al2O3:0.78 + 1.809 + 0 = 2.589（Kg） O2:15.39 （Kg） C:34.488（Kg）

挥发物：0.728（Kg）

其他：3.05 + 1.617 + 1.052 = 5.719（Kg）

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6.1.2电炉熔炼过程冶金计算

6.1.2.1计算条件

（1）还原熔炼会发过程。ZnO、ZnO-SO3、ZnO-Fe2O3、ZnO-SiO2中的锌，PbSO4、PbO中的铅、CdO中的镉绝大部分被还原挥发至气相，CuO全部被还原极少挥发，Fe2O3、Fe3O4全部被还原成FeO，而全部的FeO的30%-60%被还原成金属铁，余为FeO。

（2）还原挥发熔炼过程中，锌的还原挥发率为98.5%；锌灰中含Zn85%、C1%‘蓝粉中含Zn875.锌灰中含Zn20%为ZnO，蓝粉中的锌量的30%为ZnO。其余金属均为氧化物形态。 （3） 还原挥发熔炼过程中主要金属和组分的分配情况见表6—6。

表6—6主要金属和组分的分配情况 名称 Zn 炉渣 锌锭 锌灰 蓝粉 损失 合计 还原挥发率 1.5 90.0 3.0 4.5 1.00 100.0 98.5 Pb 5.0 90.0 1.8 2.2 1.0 100.0 95.0 组分/% Cd 1.0 60.0 14.0 20.0 5 100.0 99.0 Cu 98.5 1.0 0.2 0.1 0.2 100.0 1.5 Fe 99.0 0.7 0.12 0.13 0.05 100.0 1.0 83 8 5 4 100.0 其他 6.1.2.2还原挥发熔炼产物成分计算

本计算按照焙砂：焦炭：石灰：石英砂 = 100:44.369:8.596:2.0配料，本计算以100Kg炉料作为基础进行计算。 A粗锌

Zn：36.04 * 90% = 32.436（Kg） Pb：0.42 * 90% = 0.378（Kg） Cd：0.056 * 60% = 0.0336（Kg） Cu:0.58 * 1.0% = 0.0058（Kg） Fe:11.9 * 0.7% = 0.0833（Kg） 合计：33.2343（Kg） 粗心成分列于表6—7

表6—7粗心成分表 成分 含量/Kg 比例/% Zn 32.436 97.6 Pb 0.378 1.14 Cd 0.0336 0.10 Cu 0.0058 0.017 Fe 0.0833 0.25 其他 0.2976 0.90 合计 33.2343 100.00 B锌灰

Zn：36.04 * 3.0% = 1.0812（Kg） Pb：0.42 * 1.8% = 0.00756（Kg） Cd：0.056 * 14.0% = 0.00784（Kg） Cu:0.58 * 0.2% = 0.0016（Kg）

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Fe:11.9 * 0.12% = 0.01428（Kg） 其他：3.72 * 5% = 0.186（Kg）

合计：1.2985（Kg）

锌灰中的Zn有20%呈ZnO，其余金属均为氧化态。锌灰中氧量的计算： 呈ZnO的氧量：1.0812 * 20% = 0.21624（Kg）

ZnO中的氧量：0.21624 * 16/65.38 = 0.0529（Kg） PbO中的氧量：0.00756 * 16/227.2 = 0.00053（Kg） CdO中的氧量：0.00784 * 16/112.4 = 0.0011（Kg） FeO中的氧量：0.01428 * 16/55.84 = 0.00409（Kg） CuO中的氧量：0.0016 * 16/63.54 = 0.000403（Kg） 合计氧量：0.059（Kg）

锌灰量：1.2985 + 0.059 = 1.3575（Kg）

锌灰中碳量:1.3575 + 0.013575 = 1.371075（Kg） 根据上述计算结果编制锌灰成分表6—8

表6—8锌灰成分 成分 重量/Kg 比例/% Zn 1.08 Pb 0.0076 Cd 0.0078 0.057 Cu 0.0016 0.012 Fe O C 其他 合计 0.01428 0.059 0.0136 1.04 4.3 0.186 1.3711 78.76 0.055 0.99 13.57 100.00 C蓝粉

主要金属含量计算如下：

Zn：36.04 * 4.5% = 1.6218（Kg） Pb：0.42 * 2.2% = 0.00924（Kg） Cd：0.056 * 20% = 0.0112（Kg） Cu：0.58 * 0.1% = 0.00058（Kg） Fe:11.9 * 0.13% = 0.01547（Kg） 其他：3.72 * 4% = 0.1488（Kg） 合计：1.80709（Kg）

蓝粉中氧含量的计算如下：

蓝粉中Zn以30%呈ZnO形态，其余金属均呈MeO形态存在。 呈ZnO形态的Zn量：1.6218 * 30% = 0.48654（Kg） 其中，ZnO中的氧量：0.48654 * 16/65.38 = 0.1191（Kg） PbO中的氧量：0.00924 * 16/227.2 = 0.00065（Kg） CdO中的氧量：0.0112 * 16/112.4 = 0.0016（Kg） CuO中的氧量：0.00058 * 16/63.54 = 0.00015（Kg） FeO中的氧量：0.01547 * 16/55.84 = 0.0044（Kg） 合计氧量：0.1259（Kg）

蓝粉总量：1.80709 + 0.1259 = 1.9330（Kg） 根据上述计算结果，将蓝粉成分列于表6—9

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表6—9蓝粉成分表 成分 比例/% Zn 83.90 Pb 0.48 Cd 0.58 Cu 0.03 Fe 0.8 O 6.51 其他 7.7 合计 100.00 重量/Kg 1.6218 0.00924 0.012 0.00058 0.01547 0.1259 0.1488 1.9330 D炉渣计算

（1） 炉渣中主要化学成分如下： Zn：36.04 * 1.5% = 0.5406（Kg） Pb：0.42 * 5% = 0.021（Kg） Cd：0.056 * 1% = 0.00056（Kg） Cu：0.58 * 98.55 = 0.5713（Kg） Fe:11.9 * 99% = 11.78（Kg） CaO：5.95（Kg） MgO：0.403（Kg） SiO2:6.44（Kg） Al2O3:1.67（Kg）

其他：3.72 -（0.2976 + 0.186 +0.1488）= 3.0876（Kg）

合计：0.5406 + 0.021 +0.00056 + 0.5713 + 11.78 + 5.95 + 0.403 + 6.44 + 1.67 + 3.0876 = 30.4641（Kg） （2） 炉渣中物相组成计算如下.

在渣中金属存在形态，Zn除呈ZnS外，其余全部呈ZnO。Pb量的80%呈金属态，20%呈氧化态。Cu、Cd全部呈金属状态。Fe量的40%呈金属状态，60%呈FeO形态。焙砂及焦炭中的硫除与Zn结合为ZnS形态外，其余都呈单质硫存在于渣中，焦炭带入的挥发分假设全部为CH4,还原熔炼过程中，全部挥发进入气相。 ①渣中氧含量的计算如下：

ZnS：在物相组成表中查的为：03259（Kg） ZnS中的Zn量：0.24（Kg） ZnS中的S量：0.119（Kg）

ZnO中的Zn量：0.5406 – 0.24 = 0.3006（Kg） ZnO中的氧量:0.3006 * 16/65.38 = 0.074（Kg） ZnO量：0.3006 + 0.074 = 0.3746（Kg） Pb量：0.021 * 80% = 0.0168（Kg）

PbO中的Pb量：0.021 – 0.0168 = 0.004（Kg） PbO中的氧量：0.0042 * 16/227.2 = 0.0003（Kg） PbO量：0.0042 + 0.0003 = 0.0045（Kg） Cd量:0.00056（Kg）

Fe量（呈金属态）11.78 * 40% = 4.712（Kg） 呈FeO中Fe量：11.78 – 4.712 = 7.068（Kg） 呈FeO中氧量：7.068 * 16/55.84 = 2.025（Kg） 单质S含量：0.49 – 0.119 = 0.374（Kg）

炉渣氧含量:0.074 + 0.0003 +2.025 = 2.0993（Kg）

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②金属氧化物还原耗碳量计算如下:

还原金属氧化物得到的氧气有98%生成CO，而2%生成CO2. 还原的氧量：9.78 – 2.0993 = 7.6807（Kg） 生成CO的氧量：7.6807 * 98% = 7.5271（Kg） 耗碳量：7.5271 * 12/16 = 5.6453（Kg） CO量：7.5271 + 5.6453 = 13.1724（Kg） 生成CO2氧量：7.6807 * 2% = 0.1536（Kg） C量：0.1536 * 12/32 = 0.0576（Kg） CO2量：0.1536 + 0.0576 = 0.212（Kg）

还原金属氧化物所需碳量：5.6453 + 0.0576 = 5.7029（Kg） ③炉渣碳含量计算如下：

100Kg混合料中碳含量:22.26（Kg）

炉渣中碳含量：22.26 - （5.7029 + 0.013575） = 16.5435（Kg）

④考虑焦炭中含有挥发物，含有CH4等碳质化合物为0.05Kg，取渣中碳含量为16.5935（Kg）

炉渣的物相组成，根据以上的计算结果列于表6—10。 渣锌含量为1.09%

表6—10炉渣的物相组成 组成 Zn Pb Cd Cu Fe S CaO MgO SiO2 Al2O3 O C 其他 量Kg 比例 % MgO 0.403 SiO2 6.44 Al2O3 1.67 C 16.5935 其他 3.0876 量 Kg 0.05406 0.021 0.00056 0.5713 11.78 0.49 5.95 0.403 6.44 1.67 2.0993 16.5935 3.0876 49.6469 比例 % 1.09 0.04 0.001 1.15 23.73 0.99 11.98 0.81 12.97 3.36 4.23 33.42 6.22 100.00 E炉气成分计算

（1） 炉气出口炉气成分计算如下。 ①还原金属氧化物生成CO：

在炉渣物相组成计算一节中已作了计算。 CO量：13.1724 （Kg）

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13.1727 * 22.4/28 = 10.5379 m3 CO中的碳量：5.6453（Kg） CO中的氧量:7.5271（Kg） ②还原金属氧化物生成CO2 CO2量：0.2112（Kg）

0.2112 * 22.4/44 = 0.1075 m3 CO2中的碳量：0.0293（Kg） CO2中的氧量：0.0782（Kg） ③CH4全部进入炉气 CH4：0.47（Kg）

0.47 * 22.4/16 = 0.658 m3 ④进入炉气中的锌量

Zn：36.04 * 98.5% = 35.4994（Kg） 35.4994 * 22.4/65.38 = 12.1625 m3 ⑤进入气象中的铅量：

Pb：0.42 * 95% = 0.399（Kg） 0.399 * 22.4/207.2 = 0.0431 m3 ⑥进入气相中的镉量:

Cd:0.056 * 99% = 0.05544（Kg） 0.05544 * 22.4/112.4 = 0.011 m3 ⑦炉料中的水分：

炉料中平均含水0.8%，则每100Kg炉料（干）含水分为： 100 * 0.8/（100 – 0.8）= 0.8065（Kg） ⑧Cu、Fe等金属进入气象的量忽略不计

根据上述计算结果，将炉气成分列于表6—11

表6—11炉气成分 成分 Zn Pb Cd CO CO2 CH4 H2O 合计 重量/Kg 35.4994 0.399 005544 13.1724 0.2112 0.47 0.8065 50.6139 体积/m3 12.1625 0.0431 0.011 10.5379 0.1075 0.658 1.0036 24.5236 体积比/% 49.60 0.18 0.04 43.12 0.44 2.68 4.09 100.00 F冷凝废气成分

设冷凝过程中锌灰。蓝粉中的氧全部由炉气的H2O提供。气反应式如下： Me + H2O = Me + H2 锌灰、蓝粉中的氧量为：

0.059 + 0.1259 = 0.1849（Kg）

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则消耗水中的氧量为0.1849（Kg）

产生的氢量：0.1849 * 2/16 = 0.0231（Kg）

消耗的水量：0.1849 + 0.0231 = 0.208（Kg） 产生的氢体积：0.0231 * 22.4/2 = 0.2587 m3 余下水量：0.8065 – 0.208 = 0.5985（Kg）

假设冷凝时，Zn、Pb、Cd等金属蒸汽在冷凝过程中全部冷凝为金属及部分损失掉，冷凝后的废气不再含有上述金属蒸汽。

根据上市计算结果，列出冷凝后废气成分表6—12

表6—12冷凝后废气成分 成分 CO CO2 CH4 H2O H2 合计 重量/Kg 13.1724 0.2112 0.47 0.5985 0.0231 14.4752 体积/m3 10.5379 0.1075 0.658 0.7448 0.2587 12.3069 体积比/% 85.63 16.34 5.35 6.05 2.1 100.00 6.1.2.3电炉还原熔炼物料平衡

根据以上冶金计算结果，编制电炉炼锌还原挥发过程的物料平衡表6—13

表6—13电炉炼锌还原挥发过程的物料平衡表 名称 成分 Zn Pb Cd Cu S Fe CaO MgO SiO2 Al2O3 O2 36.04 0.42 0.56 0.58 0.49 11.9 5.95 0.403 6.44 1.67 9.78 36.04 0.42 0.56 0.58 0.49 11.9 5.95 0.403 6.44 1.67 9.78 32.436 1.0812 0.378 0.00756 1.6218 0.00924 0.0112 0.00058 0.01574 0.5406 0.021 0.00056 0.5713 0.49 11.78 5.95 0.403 6.44 1.67 2.0993 0.3604 0.0042 0.0028 0.00072 0.00695 36.04 0.42 0.056 0.58 0.49 11.9 5.95 0.403 6.44 1.67 2.3248 加入量/Kg 混合炉料 合计 粗锌 锌灰 产出量/Kg 蓝粉 炉渣 烟气 损失 合计 0.0336 0.00784 0.0058 0.0016 0.0833 0.01428 0.059 0.1665 46

昆明冶金高等专科学校 09届 毕业设计 C 挥发分CH4 其他 H2O CO CO2 H2 22.26 0.47 3.72 0.8065 22.26 0.47 3.72 0.8065 2.976 0.0136 1.9736 16.5935 53.6069 14.4752 0.3751 16.6071 0.47 3.72 0.5895 13.1724 0.2113 0.231 100.8065 合计 100.8065 100.8065 33.2343 1.3711 6.2电炉选型与结构计算

6.2.1电炉主要电气参数的选择

（1） 炉用变压器额定功率的确定

炼锌电炉的炉用变压器额定功率按下式计算

式中 G——每台炉子的日处理料量，t/d

W——炼锌炉料的电能单耗，kW*h/t，根据热平衡计算或取经验数据，见下表

K1——变压器的功率利用系数，即变压器实际输出平均功率与额定功率的比值。与熔炼制度等因素有关，连续熔炼时，K1 = 0.9-1.0.间断作业时，K1 = 0.8-0.9.

K2——变压器的工作时利用系数，其值为K2 = 昼夜实际作业时数/24，连续生产的K2一半为0.9-0.95;

cosφ——炼锌电炉的功率因数，由于的阻性负载，炼锌电炉cosφ一般为0.9-0.98.在设计计算时常选cosφ = 0.95。

表6—14熔炼过程的电能单耗 物料种类 锌焙砂 锌焙砂 硫化铜精矿

入炉状况 焙砂 焙砂 制粒干燥 焙砂 热焙砂 47

产品名称 粗锌 锌粉 铜 铜 铜 吨炉料电能单耗/kw*h 1600—2000 1700—2000 400—450 370—400 320—340 昆明冶金高等专科学校 09届 毕业设计 铜氧化物精矿 铜镍硫化物精矿 铅氧化矿 铅硫化矿精矿 锡氧化精矿 焙砂 焙砂 块矿 烧结块 精矿 铜 铜、镍 铅 铅 锡 580 620—650 600 460—520 900—1100 计算实例：

某台炼锌电炉，炉床面积9.5m2，炉床能率为1.5炉料/m2*d，处理1t炉料生产统计的电能消耗W = 1600-2000Kw*h，选取1850Kw*h，据统计，日平均停电时间为60min。 炉日处理量：A = 9.5 * 1.35 = 12.825t K1选取0.95

K2 = 24h内作业时间/24 = （24-1.0）/24 = 0.96

cosφ = 0.95

P = 12.825 * 1850 /24 * 0.96 * 0.95 = 1141.04 kv*A 此炼锌电炉配用变压器功率为1250 kv*A （2）炉用变压器二次电压的确定

炉用变压器二次电压即电炉的工作电业。对此目前尚无精确的计算方法，一般根据工厂实践资料选取。也可按下式经验公式估算： 矿热电炉炉用变压器二次侧线电压V1：

nVL?KP极

式中 VL——炉用变压器二次侧线电压，V。

P极——分配到每根电极的额定功率，kV*A对三级电炉，P极 = P/3，对于六级电炉

P极 = P/6；

K、n——经验系数，见下表 熔炼性质 三级 锌焙砂还原挥发熔炼 熔炼成镍锍 熔炼成铜锍 由氧化镍矿石炼镍铁合金 锡精矿熔炼 氧化亚镍熔炼 钛渣熔炼 渣用电热前床 5.75 35 14 13.5 21 30 17 7.5 K 六级 40 19 15.5 19 8.4 0.52 0.272 0.35 0.33 0.325 0.216 0.256 0.41 N 根据上表中的K = 5.75，n = 0.52计算三级电炉1250kV*A炉用变压器二次电压为：

三级电炉2000kV*A炉用变压器二次电压为：

20000.52VL?5.75*()?169.08?170V

3

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上表中的数值只要适用于低工作电压，今年来有些国家和工厂趋向于采用高电压操作，获得了较好的技术经济指标，表中经验数据也相应提高，对铜镍精矿或矿石熔炼，n值可达0.29—0.32，对铜精矿熔炼，n值可达0.392.

此外，炉用变压器二次侧线的电压还可以按电极周围电阻系数或按每根电极的熔池电阻计算，但选取的二次电压必须与冶炼的性质以及冶炼所确定的渣型相适应。 （3）炉用变压器二次侧电压极

前面计算的二次侧线电压仅仅是某一特定条件下的合理工作电压，实际上，炉料成分与操作条件常处于变化之中，因此，要求二次电压具有一定的调节范围，但是炼锌电炉用变压器二次侧电压的变动范围和变动频率都不大，一般二次电压做成5级。

变压器额定功率时的调节范围为V1—V3 V1 = （1.1 — 1.2）V V2 = （0.8 — 0.9）V V3 = 0.5V

式中 V——根据计算所得的二次线电压额定值，V；

V1、V2——分别为炉用变压器在恒功率特性条件下，二次线电压的上限与下线值，见下图

V3——炉用遍野器在恒电流特性条件下（低功率运行期）的最低电压值，V。

炉用变压器特性

二次电压的极差，可参考下表选择、此外，还应考虑炉料来源的复杂成分的波动性及熔炼性质等因素，调压范围越大，级数愈多，则变压器价格愈贵。

表6—15炉用变压器二次电压的极差 变压器容量/kV*A 1000以下 1000—6000 6000以上 恒电流段的极差/V 5—10 10—15 15—20 恒功率段的极差/V 8—12 10—25 18—35 根据功率与极差的关系，炼锌电炉变压器二次电压常选取恒功率段极差10V，级数M1为： 对1250 kv*A炉：M1 = （1.15*130 – 0.85*130 ）/10 + 1 ≈ 5 对2000 kv*A炉：M1 = （1.15*170 – 0.85*170 ）/10 + 1 ≈ 6 恒电流段极差10V

级数M2 = （1.15*130 – 0.5*130）/10 = 4

电炉炼锌用变压器二次电压的极差一般选取10V，级数常选取5，而在实践中，如开炉初期的低负荷运行或需要提高炉底（渣层底部）的温度时或其他特殊操作时，需要低电压，大电流时，应采用调节二次电压等级来实现，但在生产实践中却很少应用。

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