锌冶金学第二章

火法炼锌原则工艺流程传统湿法炼锌原则工艺流程引言1.5.3锌的生产方法第2章硫化锌精矿的焙烧与烧结

2.1概述—焙烧目的和要求2.2硫化锌精矿焙烧时各成分的行为2.3硫化锌精矿的沸腾焙烧2.4硫化锌精矿的烧结焙烧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。主流湿法炼锌的主要原料有氧化矿和硫化矿两大类。锌的氧化矿多属菱锌矿（ZnCO3）和异极矿（ZnO·SiO2），锌的硫化矿主要有闪锌矿和铁闪锌矿。

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脱硫的过程：2ZnS+3O2=2ZnO+2SO2焙烧的目的和要求取决于下一步的生产流程。2.1概述—焙烧目的和要求2.1概述有三种情况：（1）火法炼锌(蒸馏法)

：是在焙烧时实行死焙烧(氧化焙烧)，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。产出浓度足够大的SO2烟气以供生产硫酸。含镉与铅多的烟尘作为炼镉原料。2.1概述（2）鼓风炉炼锌：通过烧结机进行烧结焙烧，既要脱硫、结块，还要控制铅的挥发。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。2.1概述（3）湿法炼锌：

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%MeSO4)，实行部分硫酸盐化焙烧，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。因此，主要进行氧化焙烧和部分硫酸化焙烧。硫化锌焙烧的一般规律

:硫化锌焙烧反应可以分为以下几大类：(1)硫化锌氧化生成氧化锌：

2ZnS+3O2=2ZnO+2SO2

(2)硫酸锌和SO3的生成与分解：

2ZnS+2SO2+O2=2ZnSO4

2SO2+O2=2SO3

(3)ZnO与Fe2O3形成铁酸锌：

ZnO+Fe2O3=ZnO·Fe2O32.2硫化锌精矿焙烧时各成分的行为2.2硫化锌精矿焙烧时各成分的行为2.2.1硫化锌

(P101)

硫化锌以闪锌矿或铁闪锌矿(nZnS·mFeS)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)2.2硫化锌精矿焙烧时各成分的行为2.2.2二氧化硅(SiO2)

硫化锌精矿中往往含有2~8％SiO2，多以石英矿物形态存在，在焙烧过程中易与金属氧化物生成可溶性硅酸盐，在浸出时溶解进入溶液，形成硅酸胶体。铅的存在能促使硅酸盐生成，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。2.2硫化锌精矿焙烧时各成分的行为2.2.3硫化铅(PbS)

铅在硫化锌精矿中存在的矿物形式，称为方铅矿。硫化铅在空气中焙烧时铅可被氧化为PbSO4和PbO。

硫化铅和氧化铅在高温时具有大的蒸气压，能够挥发进入烟尘，因此可采用高温焙烧来气化脱铅。铅的各种化合物熔点较低，容易使焙砂发生粘结，影响正常的沸腾焙烧作业的进行。2.2.4硫化化铁铁锌精精矿矿中中主主要要的的硫化化铁铁矿矿有有黄黄铁铁矿矿（（FeS2）、、磁磁硫硫铁铁矿矿(FenSn+1)和复复杂杂硫硫化化铁铁矿矿，如如铁铁闪闪锌锌矿矿(nZnS··mFeS)、黄黄铜铜矿矿(FeCuS2)，砷砷硫硫铁铁矿矿(FeAsS)等。。焙烧烧结结果果是是得得到到Fe2O3与Fe3O4。由由于于FeO在焙焙烧烧条条件件下下继继续续被被氧氧化化以以及及硫硫酸酸铁铁很很容容易易分分解解，，故故可可以以认认为为焙焙烧烧产产物物中中没没有有或或极极少少有有FeO与FeSO4存在在。。2.2硫化化锌锌精精矿矿焙焙烧烧时时各各成成分分的的行行为为2.2硫化化锌锌精精矿矿焙焙烧烧时时各各成成分分的的行行为为2.2.5铁酸酸锌锌的的生生成成、、危危害害与与防防治治(P102)：当温温度度在在600℃℃以上上时时，，ZnO与Fe2O3按以以下下反反应应形形成成铁铁酸酸锌锌：：ZnO+Fe2O3=ZnO··Fe2O3对于于湿湿法法炼炼锌锌厂厂来来说说，，由由于于其其不不溶溶解解于于稀稀硫硫酸酸力求求在在焙焙烧烧中中避避免免铁铁酸酸锌锌的的生生成成。。其其方方法法：：(1)加速速焙焙烧烧作业业，，缩缩短短反反应应时时间间；；(2)增大大炉炉料料的的粒粒度度，以以减减小小ZnO与Fe2O3颗粒粒的的接接触触的的表表面面；；(3)升高高焙烧烧温温度度并并对对焙焙砂砂进进行行快速速冷冷却却；(4)将锌锌焙焙砂砂进进行行还还原原沸沸腾腾焙焙烧烧(采用用双双室室沸沸腾腾炉炉)，用CO还原原铁铁酸酸锌锌，破破坏坏铁铁酸酸锌锌的的结结构构而而将将ZnO析出出。。其其反反应应：：3(ZnO··Fe2O3)+CO=3ZnO+2Fe3O4+CO22.2硫化化锌锌精精矿矿焙焙烧烧时时各各成成分分的的行行为为2.2.6铜的的硫硫化化物物铜在在锌锌精精矿矿中中存存在在的的形形式式有有辉辉铜铜矿矿(CuS)、黄黄铜铜矿矿(CuFeS2)、铜铜蓝蓝(Cu2S)等。。在在高高温温下下焙焙烧烧时时铜铜主要要以以自自由由状状态态的的Cu2O存在在，，部部分分为为结结合合状状态态的的氧氧化化铜铜(Cu2O··Fe2O3)及自自由由状状态态或或结结合合状状态态的的氧氧化化铜铜。2.2.7硫化化镉镉镉在在锌锌精精矿矿中中常常以以硫硫化化镉镉的的形形式式存存在在，，在在焙焙烧烧时时被被氧氧化化生生成成CdO和和CdSO4。CdSO4在高高温温下下分分解解生生成成CdO，，与与CdS挥发发进进入入烟烟尘尘，成成为为提提镉镉原原料料。。2.2硫化化锌锌精精矿矿焙焙烧烧时时各各成成分分的的行行为为2.2.8砷与与锑锑的的化化台台物物在锌锌精精矿矿中中存存在在的的砷砷、、锑锑化化合合物物有有硫硫砷砷铁铁矿矿(即毒毒砂砂FeAsS)、硫硫化化砷砷(As2S3)、辉辉锑锑矿矿(Sb2S3)，在在焙焙烧烧过过程程中中生生成成As2S3、Sb2O3以及及砷砷酸酸盐盐和和锑锑酸酸盐盐。。As2S3、Sb2S3、As2O3、Sb2O3容易易挥挥发发进进入入烟烟尘尘，，砷砷酸酸盐盐和和锑锑酸酸盐盐是是稳稳定定化化合合物物残残留留于于焙焙砂砂中中。。2.2.9Bi、Au、Ag、In、Ge、Ga等的的硫硫化化物物Bi、In、Ge、Ga等的的硫硫化化物物在在焙焙烧烧过过程程中中生生成成氧化化物物，以以氧氧化化物物的的状状态态存存在在于于焙焙烧烧产产物物中中，，Au和Ag主要要以以金金属属状态态存存在在于于焙焙烧烧产产物物中中。。2.3硫化锌锌精矿矿的沸沸腾焙焙烧其状态态如同同水的的沸腾腾，因因此称称为沸腾焙焙烧。。2.3硫化锌锌精矿矿沸腾腾焙烧烧2.3.1沸腾焙焙烧的的工艺艺沸腾焙焙烧的的工艺艺过程程一般般包括括炉料准准备及及加料料系统统、炉炉本体体系统统、收收尘及及气体体处理理系统统和排排料系系统四个部部分。。炉料准准备包包括配配料、、干燥燥、破破碎与与筛分分。2.3硫化锌精矿矿沸腾焙烧烧2.3.2锌精矿的配配料不同锌精矿矿成分不同同，在焙烧烧之前，需需要进行严严格的配料料。2.3硫化锌精矿矿沸腾焙烧烧配料方法通常采用圆盘配料及及堆式配料料两种方法。。圆盘配料圆盘配料就就是采用圆圆盘给料机机，根据确确定的配料料比例调节节圆盘给料料机的出口口闸门，实实现所要求求的配料比比例。2.3硫化锌精矿矿沸腾焙烧烧配料方法堆式配料法法根据配料比比例，用行行车抓斗将将各种矿以以抓数为单单位按比例例抓入配料料仓内，将将品位高低低不同的精精矿一层层层地撒开在在配料仓内内，一直将将料仓堆满满为止。使用时由一一个方向从从上到下切切割料层到到底，并以以抓斗进行行多次混合合，以达到到均匀稳定定。2.3.3锌精矿的干干燥干燥的目的的与方法：：1、干燥的目目的硫酸化焙烧烧的炉料含含水在8%左右最为适适宜。当进进厂锌精矿矿水分超过过8%以上时就要要进行干燥燥。2、干燥方法法（1）自然干燥燥法（2）铁板干燥燥法（3）气流干燥燥法（4）回转窑干干燥法2.3硫化锌精矿矿沸腾焙烧烧2.3硫化锌精矿矿沸腾焙烧烧2.3.4沸腾焙烧的的设备各种炉型(P102)硫化锌精矿矿的焙烧可可采用反射炉、多多膛炉、复复式炉（多多膛炉与反反射炉的结结合）和沸沸腾焙烧炉炉。目前采用的的沸腾焙烧烧炉有带前前室的直形炉、道尔型湿法加料直直型炉和鲁奇扩大型型炉三种类型型，多采用用扩大型的的鲁奇炉（Lurgi炉，又称为为VM炉）。2.3.4硫化锌精矿矿沸腾焙烧烧的工艺和和设备2.3.4硫化锌精矿矿沸腾焙烧烧的工艺和和设备2.3.4硫化锌精矿矿沸腾焙烧烧的工艺和和设备2.3.4硫化锌精矿矿沸腾焙烧烧的工艺和和设备2.3.5沸腾焙烧的的工艺及技技术经济指指标精矿加入炉炉内后，在在沸腾层高高温作用下下进行焙烧烧。焙烧所所得烧矿经经溢流口自自动排出炉炉外。焙烧烧所得炉气气携带矿尘尘从炉上部部的炉气出出口导入冷冷却及收尘尘系统。根据湿法炼锌或或还原蒸馏馏法炼锌对焙砂的要要求不同，，沸腾焙烧烧分别采用用高温氧化焙焙烧和低温温部分硫酸酸化焙烧两种不同的的操作。2.3.5.1高温氧化焙焙烧高温氧化焙焙烧又称为为“死焙烧烧”，是为为了获得适适于还原蒸蒸馏的焙砂砂以满足蒸蒸馏需要。。除了脱硫硫外，还要要把精矿中中铅、镉等等主要杂质质脱除大部部分。高温沸腾焙焙烧的温度度一般为1070~1100℃。在沸腾层中中硫、铅、、镉的脱除除主要决定定于焙烧温度。随沸腾腾层温度的的升高，焙焙烧矿中S、Pb、、Cd的含含量降低。。过剩空气量量对脱铅与脱脱镉有影响响，对脱铅铅影响更为为显著。2.3.5沸腾焙烧的的工艺及技技术经济指指标2.3.5沸腾焙烧的的工艺及技技术经济指指标2.3.5沸腾焙烧工工艺及技术术经济指标标高温氧化焙焙烧的矿尘率较低低温焙烧为为少（10~30%）。。在一定温度度与一定的的过剩空气气量的条件件下，增大沸腾层层的直线速速度可增大大生产能力力，但矿尘率率也会相应应的增大。。过高的提提高生产能能力必然会会产生较大大的矿尘率率。2.3.5沸腾焙烧工工艺及技术术经济指标标2.3.5.2低温部分硫硫酸化焙烧烧这种焙烧主主要是为了了得到适合传统湿湿法炼锌浸浸出用的焙焙砂。这种焙砂砂要求含一定数量量的硫酸盐盐形态的硫硫(2~4％)(又称可溶性性硫)，为了保证证在脱除大大部分硫的的同时又能能获得一定定数量的硫硫酸盐形态态的硫，沸沸腾层焙烧烧温度不能能像高温焙焙饶那样高高，沸腾层层焙烧温度度一般采用用1123~1173K。温度对焙焙砂质量的的影响如表表5~6所示。2.3.5沸腾焙烧工工艺及技术术经济指标标可见，低温温焙烧对于于保存一些硫硫酸盐形态态的硫是有利的，，但这时焙焙砂含硫化物形态态的硫(又称不溶硫硫)也增加了。。硫酸盐形态态的硫硫化物形态态的硫2.3.5沸腾焙烧工工艺及技术术经济指标标2.3.6硫化锌精矿矿沸腾焙烧烧的余热利利用硫化锌精矿矿含硫30%左右，锌精矿焙烧烧的主要放放热反应为：2ZnS+3O2=2ZnO+SO2△H=-464kJ/mol其次是黄铁矿的氧氧化。焙烧lkg硫化锌精矿矿约可放出出4200kJ的热能，lkg硫铁矿氧化化可放热6700～7100kJ。利用烟气余余热可生产产高压蒸汽汽。焙烧1吨硫化锌精精矿一般可可产生3030~6060kPa的蒸汽1吨左右，即即生产1吨锌约可产产生2吨蒸汽。湿湿法炼锌厂厂生产1吨锌约消耗耗1吨蒸汽，多多余的1吨蒸汽可用用于发电。。火法炼锌锌厂则可完完全用于发发电。2.3.7硫化锌精矿矿沸腾焙烧烧的发展P1041、高温沸腾腾焙烧锌精矿沸腾腾焙烧的温温度，已从从1123k提高到1223k左右，大多多数工厂为为1183～1253k。温度提高高后，可提提高炉子生生产率与脱脱硫程度。。2.3.7硫化锌精矿矿沸腾焙烧烧的发展2.3.7硫化锌精矿矿沸腾焙烧烧的发展2、锌精矿富富氧空气沸沸腾焙烧富氧鼓风沸沸腾焙烧是强化措施施之一。前前苏联一工工厂首先在在沸腾炉采采用27～29%O2的富氧鼓风风，使生产产率提高了了60～70%，达到8.4～8.8吨/(米2·日)，烟气量减减少，SO2浓度提高到到13～15%，还降低了了烟尘率与与提高了产产品质量。。2.3.7硫化锌精矿矿沸腾焙烧烧的发展