毕业论文范文——日处理750吨锌精矿流态化焙烧炉的设计

济源职业技术学院济源职业技术学院 毕 业 设 计（论 文）毕 业 设 计（论 文） (冶金化工系冶金化工系) 题 目 题 目 日处理 日处理 750 吨锌精矿流态化焙烧炉的设计 吨锌精矿流态化焙烧炉的设计 专 业 专 业 冶金技术 冶金技术 班 级 班 级 济源职业技术学院毕业设计（论文） 姓 名 姓 名 焦 焦 * 学 号 学 号 0813* 指导教师 指导教师 王 王 * 完成日期 完成日期 - 2 - 济源职业技术学院毕业设计（论文） 目 录目 录 摘要摘要1 第一章第一章 绪论绪论2 1.1 锌的性质及用途2 1.2 锌的主要矿物资源与炼锌原料2 1.3 锌冶金工艺技术的发展3 1.4 流态化焙烧的发展5 第二章第二章 工艺流程的选择与论证工艺流程的选择与论证6 2.1 原料组成及特点6 2.2 焙烧工艺的选择6 2.3 硫化锌精矿焙烧工艺的基本原理7 2.4 硫化锌精矿流态化焙烧的工艺组成7 2.4.1 炉料准备及加料系统7 2.4.2 流态化焙烧炉本体8 2.4.3 烟气冷却及收尘系统8 2.4.4 排料系统8 第三章第三章 技术经济指标选择与论证技术经济指标选择与论证10 3.1 主要操作条件的选择10 3.1.1 鼓风量与过剩空气系数10 3.1.2 空气直线速度10 3.1.3 温度10 3.1.4 炉底与炉顶压力11 3.1.5 流态化床高度与烟气在炉内的停留时间11 3.2 技术经济指标的选择11 3.2.1 焙烧炉床能率12 3.2.2 可溶锌率12 3.2.3 锌精矿焙烧脱硫率12 3.2.4 焙烧产出率及烟尘率12 3.2.5 锌回收率12 3.2.6 炉子开动周期12 第四章第四章 锌精矿流态化冶金计算锌精矿流态化冶金计算13 4.1 锌精矿物相组成计算13 4.2 烟尘产出率及其化学和物相组成计算14 4.3 焙砂产出率及其化学和物相组成计算17 - I - 济源职业技术学院毕业设计（论文） 4.4 焙烧需要的空气量及产出烟气量与组成计算21 4.4.1 焙烧矿脱硫率计算21 4.4.2 出炉烟气计算21 4.5 流态化焙烧物料平衡22 4.6 热平衡计算23 4.6.1 热收入23 4.6.2 热支出25 第五章第五章 设备的选择及其计算设备的选择及其计算28 5.1 主体设备的选择与计算28 5.1.1 炉型的选择28 5.1.2 炉床面积的确定28 5.1.3 炉床直径的确定29 5.1.4 炉膛面积和炉膛直径的确定29 5.1.5 炉腹角29 5.1.6 流态化床的高度29 5.1.7 炉膛高度29 5.2 辅助设备的选择与计算30 5.2.1气体分布板和风帽30 5.2.2 流态化床层排热装置31 5.2.3 排料口32 5.2.4 烟气出口32 第六章第六章 结论结论33 致谢致谢34 参考文献参考文献35 - II - 济源职业技术学院毕业设计（论文） 摘要 根据设计任务书的要求，本文对日处理 750 吨锌精矿的流态化焙烧炉进行了精 心的设计，在参阅大量文献的基础上，结合生产实践，对锌精矿流态化焙烧工艺和 技术经济指标进行了论证与选择，对烟尘与焙砂成分的产出率、 焙烧需要的空气量与 烟气量、 烟气的成分等进行了物料平衡和热平衡计算，对主要设备和辅助设备进行了 精心选择、设计及尺寸计算。绘制了流态化焙烧的设备连接图和鲁奇扩大型焙烧炉的 炉体总图。 关键词：锌精矿 平衡计算 流态化焙烧炉 设计 - 1 - 济源职业技术学院毕业设计（论文） 第一章 绪论 1.1 锌的性质及用途锌的性质及用途 锌是一种白色略带蓝灰色金属，断面具有金属光泽，在自然界中多以硫化物状 态存在，在室温下呈脆性，但在 100150下其延展性良好。 金属锌，化学符号 Zn，属化学元素周期表第 II 族副族元素。锌属于重金属，原 子序数为 30，原子量为 65.4，20时的密度为 7.13g/cm3，熔点 419.6，其六面体 晶体结构稳定性极强，无法改变，但可以加强。锌较软，仅比铅和锡硬，展性比铅、 铜和锡小，比铁大。 由于锌的熔点低，液态流动性好，在压力浇注时能充满模内很精 细的地方，所以它常作为精密铸件的原料。 液态金属锌的沸点比较低，为907。液态锌的蒸汽压随温度升高而迅速增加。 表1-1 在不同温度下锌的蒸汽压 温度/491.6500700907950 蒸汽压/Pa19.51697982101325156347 在火法炼锌中，氧化锌用碳还原的反应必须在 1000以上的温度进行，冶炼生 成挥发的锌蒸汽只有通过冷凝才能得到金属锌。 锌在 420时开始与硫发生反应，而与氧反应在 225时便开始了。锌对氧的亲 和力比较大，硫化锌在空气中加热氧化生成稳定的氧化锌。 氧化锌既能在高温下被碳 还原，又能很好地溶解与稀硫酸溶液中，因此硫化锌的氧化焙烧对于火法炼锌和湿 法炼锌都是重要的冶炼前预处理过程。 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。 锌是比较活泼的重金属，室温下在干燥的空气中不起变化，但在潮湿而含有 CO2的大气中，锌表面会逐渐氧化生成灰白色致密的碱式碳酸锌薄膜层，阻止锌继 续氧化。所以锌被大量用于镀覆钢铁材料以防腐蚀。随着汽车工业和建筑业对镀锌钢 材的需求不断增加，镀锌材料已经成为锌的一项主要消费。 1.2 锌的主要矿物资源与炼锌原料锌的主要矿物资源与炼锌原料 锌在自然界多以硫化物状态存在，主要矿物是闪锌矿（ZnS），但这种硫化物 的形成过程中有 FeS 固溶时，称为铁闪锌矿（nZnSmFeS）。含铁高的闪锌矿会使提 取冶金过程复杂化。硫化矿床的地表部位还常有一部分被氧化的氧化矿，如菱锌矿、 硅锌矿等。 我国是铅锌资源较丰富的国家之一，已探明的铅锌储量1.1亿吨，约占目前全 世界已探明的铅锌储量的四分之一，居世界首位，其中铅储量3300万吨，锌储量 - 2 - 济源职业技术学院毕业设计（论文） 8400 万吨，铅锌平均品位4%，锌铅比2.4:1。 1.3 锌冶金工艺技术的发展锌冶金工艺技术的发展 近 10年来我国锌产量迅速增长，1995年为107.67 万吨，2000年195.7万吨， 2005 年达到271.1万吨。1995 至 2005年，年均递增9.7%；2000至2005 年，年均递 增 6.7%。随锌产量基数增大，年均递增率已逐年递减。从2002年起，我国锌产量， 消费量均居世界第一，是名符其实的锌的生产和消费大国。 由此锌冶金工艺技术的发展是显而易见的，我国主要以湿法冶炼为主，火法冶 炼其次。 湿法冶炼工艺的标准流程是锌精矿焙烧浸出净液电积电锌产品。 其中因 浸出作业的条件不同又分工协作为低温常规浸出和高温高酸浸出两种，我国常规浸 出工艺以株冶较为典型，浸出渣多用回转窑挥发其残锌。 高温高酸浸出渣则直接送渣 场堆存，或视铅、 银含量送铅厂处理，其浸出液除铁在我国又有四种不同工艺，如白 银西北铅锌冶炼厂等采用的黄钾铁矾法、 赤峰库博红烨锌厂等采用的氨矾铁渣法，由 于铁渣中锌含量低，又称为低污染黄钾铁矾法、 云南祥云飞龙实业有限公司等采用针 铁矿法、 温州和池州冶炼厂等采用喷淋去除铁、 称为仲针铁矿法。 基于这些区别，使湿 法炼锌工艺流程呈现出多样性。 上世纪 90年代随着单系列10万 t/a 电锌冶炼厂的建设，采用和研制了109m2的 大型流态化焙烧炉、 大型单通道模式壁余热锅炉、 溢流密封螺旋排灰装置、 焙砂流态化 冷却器、 高效冷却筒、 150m3高效节能搅拌槽、 高效浓密机、 自动板框压滤机、 1.6m2极 板、 全塑大型电解槽、 机械化剥锌片机、 40t大型低频熔锌感应电炉、 自动浇铸码垛 打包机等先进设备和锑盐三段深度净液等技术。 分别在白银、 株冶、 曲靖、 济源、 巴彦淖 尔等地建成投产，五个锌厂其装备和自控水平已进入世界先进行列。 下面是我国锌冶炼技术进展的一些实例： (1) 云南冶金集团和昆明理工大学，联合开发了高铁锌精矿铁自动催化加压浸出 新工艺，处理含 Zn42.17%、 Fe14.38%、 S29.25%的精矿，工业性连续试验指标达到： 锌浸出率 98.05%，铁浸出率仅29.22%，元素硫转化率92.2%。该技术已建成投产了 10000t/a 电锌的生产线，和20000t/a 的试生产线，进入了产业化阶段。 (2) 高硅氧化锌矿的处理，有突破性进展，云南祥云飞龙实业有限公司，将高硅 氧化锌矿与硫化矿焙砂中温和酸浸出渣，按适当配比混合，再经高温高酸浸出，用 针铁矿法沉铁、 脱硅、 净液、 电解生产电锌，已取得国家专利。 该厂采用上述工艺已生 产多年，锌的总回收率达 94%。2005年该厂电锌产量已突破5万 t/a，证明该工艺成 熟可靠。 该厂同时用硫酸浸出处理Zn78%的低品位氧化矿，浸出率达70%80%并 - 3 - 济源职业技术学院毕业设计（论文） 用酸洗萃取、 电积工艺回收过去堆答的锌浸出渣，产能已达10000t/a电锌，这些技术 为我国难处理的高硅氧化锌矿经济有效地利用开创了新途径。 (3) 由于铟价持续攀高，锌矿中伴生金属铟的有效回收引起锌冶炼同行的高度重 视，株冶采用环隙式离心萃取器代替混合澄清槽，直接从氧化锌酸浸上清液中萃取 回收铟、锗、剔除了铟、锗富集和两次富集渣酸浸等工序，铟的总回收率提高了 20.25%，锗的总回收率提高了 31.9%。 (4) 湿法炼锌除前面提到的设备大型化外，曲靖、 株冶等厂家的焙烧、 浸出、 净液、 电解、 制酸均实现了在线检测，智能优化模型控制。 提高了产品质量，降低了能耗。 熔 锌工频感应电炉，采用新型绝缘干式填料和柔性耐火浇铸材料，解决了感应器熔锌 沟锌液流动时剧烈膨胀、热应力变化给感应器造成的龟裂漏锌及一、二次线圈间的漏 锌问题，实现了感应电炉可不停炉检修、不需再配备用炉。云南驰宏锌锗股份有限公 司，将锌浸出渣加入烟化炉强化挥发熔炼，回收其中残留的Zn、 Pb、 Ge、 Ag 等有价金 属，炉型有重大改进，达到了锌浸渣综合利用的目的。 目前，即将开发年产锌 15-16 万t/a 的 145m2焙烧炉及其配套措施，锌液深度净 化装置和林极板自动剥锌装置，以及研发锌渣和铅锌中矿无害化处理工业化装置。 (5) ISP 工艺中，烧结机点火炉改进成高效节能炉型，带状火焰燃烧直接点火， 节能 25%。 密闭鼓风炉增大了炉身和风口区面积，改进了锌雨冷凝和电热前床结构， 优化工艺条件，送风时率达 93.3%。鼓风炉炉瘤清除，通过多种技术措施，冷凝器周 清理延长至 11 天，炉子大修周期延长到3年，单炉产量达到 13万t 铅锌/a。 在火法与湿法的对比下，火法炼锌得到的产品纯度太低，杂质含量过高，不能 达到用户要求，需要进一步的精炼，而湿法炼锌得到的产品纯度很高，完全能够满 足用户的要求。 湿法炼锌的主金属总回收率略高，渣含锌量少，金属的综合利用率高， 综合能耗低。 湿法炼锌的劳动强度小，劳动环境好，有利于生产的连续化，自动化和 大型化。 火法炼锌需消耗大量的煤，是一种污染型能源，而湿法炼锌消耗的主要是电 力和水，干净清洁。 1.4 流态化焙烧的发展流态化焙烧的发展 流态化焙烧（沸腾焙烧）是湿法炼锌过程中的重要环节，当今世界随着湿法炼 锌技术的不断发展,生产规模的不断大型化，要求流态化焙烧炉的技术也不断发展， 流态化焙烧炉也愈趋大型化。 用流态化焙烧炉焙烧锌精矿，炉内热容量大且均匀，温 差小，料粒与空气接触表面积大，反应速度快，强度高，传热传质效率高，这些因 素均使焙烧过程大大强化。 流态化焙烧 1944 年开始用于硫铁矿的焙烧，1952 年引入湿法炼锌工业，1957 年末我国有色金属工业第一台流态化焙烧炉在辽宁葫芦岛锌厂建成投产，以后为多 - 4 - 济源职业技术学院毕业设计（论文） 个炼锌厂所采用。现在我国湿法炼锌技术已得到了很大的发展，1992 年西北冶炼厂 引进一台世界第二、 亚洲第一的109m2流态化焙烧炉，此流态化焙烧炉的投产运行， 标志着我国流态化焙烧技术跨入世界先进行列。 在消化此项引进技术基础上，第二台 109m2流态化焙烧炉子 1996 年 4 月 22 日在株洲冶炼厂(以下简称株冶)正式投料运行 现已进入正常生产。 特别是鲁奇式流态化焙烧炉增加了扩大段，使得烟气流速和烟尘 率降低，延长了烟气在炉内的停留时间，烟气中的烟尘得到充分焙烧。 使烟尘中的含 硫量达到合格要求，提高了烟尘质量；另外，低的烟尘率可提高焙砂产出率，减少 收尘负担。 我国引进流态化焙烧炉的关键是炉型的选择，在技术经济指标差别不大的情况 下，应以焙烧炉生产可靠性和稳定性作为重要依据，设计指标是以正常生产为前提， 最先进的指标在稳定性差的焙烧炉上难以实现，而且实际生产指标有可能大幅度偏 离设计指标，稳定性差的焙烧炉有可能造成较大的经济损失流态化焙烧炉是一内部 空腔为圆形或矩形炉子，下部为风箱，风箱与炉膛间隔一个分布板，板上安有一定 数量的风帽。 锌精矿的发展方向应以湿法冶炼为主，设备向大型化、 自动化发展，解决湿法处 理浸出渣最后产出的铁渣出路问题，有条件地发展高压浸出直接处理锌精矿，对于 二次锌的回收（特别是镀锌钢材中锌的回收）也要引起重视。 综上所述，设计日处理 750吨锌精矿的鲁奇扩大型流态化焙烧炉，无论是从经 济的角度还是从社会的角度来考虑，都具有十分重要的意义。 - 5 - 济源职业技术学院毕业设计（论文） 第二章 工艺流程的选择与论证 2.1 原料组成及特点原料组成及特点 本次设计处理的原料锌精矿成分如表2-1 所示。 表 2-1锌精矿的化学成分 化学成分ZnCdPbCuFeSCaOMgOSiO2其他 wB(%)52.030.820.850.358.6632.520.910.431.222.21 由该表可知，该矿含硫、铁较高。 2.2 焙烧工艺的选择焙烧工艺的选择 金属锌的生产，无论是用火法还是湿法，90%以上都是以硫化锌精矿为原料。 硫 化锌不能被廉价的、 最容易获得的碳质还原剂还原，也不容易被廉价的，并且在浸出 电积湿法炼锌生产流程中可以再生的硫酸稀溶液（废电解液）所浸出，因此对硫 化锌精矿氧化焙烧使之转变成氧化锌是很有必要的。 焙烧就是通常采用的完成化合物 形态转变的化学过程，是冶炼前对矿石或精矿进行预处理的一种高温作业。 硫化物的焙烧过程是一个发生气固反应的过程，将大量的空气（或富氧空气） 通入硫化矿物料层，在高温下发生反应，氧与硫化物中的硫化合产生气体 SO2，有价 金属则变成为氧化物或硫酸盐。同时去掉砷、锑等杂质，硫生成二氧化硫进入烟气， 作为制硫酸的原料。焙烧过程得到的固体产物就被称为焙砂或焙烧矿。 焙烧一般有烧结焙烧与流态化焙烧两种，其中烧结焙烧用于焙烧铅锌矿，得到 的焙烧矿适用于鼓风炉，在炼铅的同时得到锌。故本设计不能采用此法。 流态化焙烧又称为沸腾焙烧。 焙烧时空气从炉底风帽自下而上通过固体炉料层， 达到固体炉料颗粒被风吹动，松散并不停地运动。 只要风速不超过一定限度，固体粒 子就在一定高度范围内处于悬浮状态。 由于精矿粒子长时间处于不断运动的悬浮状态， 有利于硫化锌精矿氧化过程的进行，它是一种强化气-固之间进行的传质传热和化学 反应过程的火法工艺。 经干燥并破碎的锌精矿，用加料机连续送入焙烧炉内，在经炉 底鼓入的空气的激烈搅动，在炉床上呈流态化状态，并迅速完成脱硫反应。 焙砂经溢 流口排出，夹带大量烟尘的 SO2烟气经收尘系统净化后，送去制造硫酸。 在一定的气 流速度下，焙烧炉内炽热的炉料中较粗颗粒在炉床上形成浓相，宏观看去似水流态 化，而炉气所携带的较细颗粒形成稀相，充满炉膛空间类似水蒸气，因而习惯称为 流态化焙烧。 流态化层内传质传热速率快，改善了固相与气相的接触，使矿粒表面充 分暴露于氧化性气流中，硫化物氧化速度大为加快，因此生产效率高，同时因氧化 速度快，单位时间内放出的热量多，不仅不需要外加燃料，还能利用部分反应热来 - 6 - 济源职业技术学院毕业设计（论文） 生产蒸汽。此外，流态化焙烧还具有炉内温度均匀分布和易于调控的优点。 工业生产常用的锌精矿流态化焙烧炉有道尔式流态化炉和鲁奇式流态化炉两类。 鲁奇式上部结构采用扩大段，造成烟气流速减慢和烟尘率降低，延长了烟气的 停留时间，烟气中的烟尘得到充分的焙烧，从而使烟尘中的含硫量达到要求，烟尘 质量得到保证，焙砂质量较高、 生产率高、 热能回收好。 低的烟尘率相应提高了焙砂部 分的产出率，减小了收尘系统的负担，因此新建的流态化焙烧炉多采用鲁奇型炉。 2.3 硫化锌精矿焙烧工艺的基本原理硫化锌精矿焙烧工艺的基本原理 该工艺就是将硫化锌精矿在流态化焙烧炉内进行氧化焙烧，使大部分 ZnS 氧化 成 ZnO，而硫氧化成SO2进入烟气制酸。 剩下的一小部分 ZnS 氧化为ZnSO4作为系统 中损失硫的补充，伴生在硫化锌精矿中的有价金属，在焙烧过程中同时被氧化成金 属氧化物。其主要反应方程式如下： 2ZnS+3O2=2ZnO+2SO2 ZnS+2O2=ZnSO4 2SO2+O2=2SO3 2.4 硫化锌精矿流态化焙烧的工艺组成硫化锌精矿流态化焙烧的工艺组成 流态化焙烧工艺流程一般分为四部分，即炉料准备及加料系统、炉本体系统、烟 气及收尘系统和排料系统。 2.4.1 炉料准备及加料系统炉料准备及加料系统 炉料准备及加料系统主要为流态化焙烧炉提供合格的炉料，以保证流态化焙烧 炉的稳定性、 连续性。 加料方式分为干式和湿式。 湿式加料缺点多，国内多采用干式加 料。 干式加料是将矿仓内储存的精矿经配料后用皮带运输机运至干燥窑或送至破碎 机处理。圆筒干燥窑是一种最简单的机械干燥设备。干式加料又有抛料机散式加料和 前室管点式加料两种。 抛料机散式加料是依靠胶带1520m/s 的高速，是炉料均匀散 布于炉内，有助于炉膛气流速度及成分均匀一致，特别适合于大型流态化焙烧炉。 前室管点式加料是干燥精矿由特定的加料装置运送并经一个料管加入前室流态 化床，借助床层良好的流动性很快向炉床层散开。设备简单、方便，只是炉料从一点 加入，炉内气体浓度会不均匀，前室分布板杂物沉积和结疤频率也较高。 本设计采用抛料机散式加料。 2.4.2 流态化焙烧炉本体流态化焙烧炉本体 流态化炉是流态化焙烧的主体设备。流态化焙烧炉按床断面形状可分为圆形、矩 形。 圆形断面的炉子，炉体结构强度较大，材料较省，散热较小，空气分布均匀，因 - 7 - 济源职业技术学院毕业设计（论文） 此得到广泛应用。流态化焙烧炉按炉膛形状又可以分为扩大型（鲁奇型）和直筒型 （道尔型）两种。 为提高操作气流速度，较小烟尘率和延长烟尘在炉膛内的停留时间 以保证烟尘质量，目前新建焙烧炉多采用扩大型（鲁奇炉）炉。 流态化焙烧炉炉体主要由炉底、 炉墙、 炉顶、 加料口、 水套、 烟气出口、 排料口等部 分组成。 2.4.3 烟气冷却及收尘系统烟气冷却及收尘系统 常见的烟气冷却方式分直接冷却和间接冷却两类。 直接冷却主要采用直接向烟气 喷水冷却。 因水的汽化热很大，所以冷却效率较高，但这样既增加了烟气体积又增加 了烟气的含水量，制酸系统要有相应的设备，切热量无法回收，故很少用。 间接冷却 采用的设备中，余热锅炉是目前最理想的冷却方式。 2.4.4 排料系统排料系统 湿法炼锌的流态化焙烧炉焙砂的输送方式有湿法和干法两种。 干法输送方式：出炉热焙砂先经圆筒冷却机冷却，再借助提升、 运输设备送往大 贮仓；初收尘器及电收尘器收集的烟尘用气力输送装置送至贮仓。 流态化焙烧炉因没 有备用，采用干法方式输送焙砂时，应建立大容积的贮仓，其容量应能供给 12 15d 的焙烧矿量。 湿法输送方式：出炉热焙砂直接落入冲矿溜槽，初收尘器手机的烟尘汇集在矿 斗中用螺旋输送机给入冲矿溜槽，以矿浆形态送往浸出系统。 电收尘器收集的烟尘可 用吸送式气力输送装置送往浆化槽，然后泵往浸出系统。 湿法输送焙砂简化了设备，利用了焙砂的显热，但焙烧和浸出车间无缓冲余地， 也无法计量焙砂。本设计选择干法输送方式。 综上所述，本设计选择工艺流程如图2-1 所示。 图 2-1 锌精矿流态化焙烧工艺流程 1抓斗起重机； 2料仓；3圆盘给料机；4带式输送机；5斗式提升机；6鼠笼破碎机； 7振动筛； 8料斗；9-带式输送机；10料仓； 11带式给料机； 12流态化焙烧炉； 13废热锅炉；14旋风收尘器； 15高温风机；16电收尘器；17油罐；18油泵； - 8 - 济源职业技术学院毕业设计（论文） 19风机；20冷却圆筒；2l螺旋输送机； 22脉冲输送装置 - 9 - 济源职业技术学院毕业设计（论文） 第三章 技术经济指标选择与论证 3.1 主要操作条件的选择主要操作条件的选择 3.1.1 鼓风量与过剩空气系数鼓风量与过剩空气系数 理论鼓风量可以按照精矿中硫化物氧化反应来计算。 锌精矿焙烧系一氧化过程， 可认为硫化物都转变为相应的氧化物。 但是由于焙烧过程本身特点以及后续工艺的要 求，氧化过程也会生成少部分硫酸盐。 因此，鼓风量则须根据各厂的具体情况来决定。 实际生产中，为了加速反应的进行，提高设备的生产率，鼓风量一般都比理论鼓风 量大。每吨料需风量一般为18002000m3。株洲冶炼厂的炉膛风量为1808m3/t料，葫 芦岛锌厂约为 1940m3/t 料。 为保证焙烧过程中硫化物的氧化反应完全，需要一定的过剩空气。 硫酸盐的生成 需要较多的过剩空气。过剩空气系数 1.11.3(一般火法炼锌取下限值而湿法炼锌取上 限值)。株洲冶炼厂的过剩空气系数取1.201.30，葫芦岛锌厂取1.251.30。 3.1.2 空气直线速度空气直线速度 空气直线速度是造成稳定流态化床的重要条件，它与物料的流态化性质和工艺 条件有关，一般是根据对入炉物料进行实验测定，或参照同类物料流态化焙烧的实 践数据选取。目前，锌精矿焙烧的直线速度一般为 0.40.7m/s，前室干式加料的锌精 矿焙烧炉的空气直线速度一般为 0.420.65m/s(株洲冶炼厂为 0.420.55m/s)，葫芦岛 锌厂扩大型圆形炉子的直线速度为0.550.6m/s，西北铅锌冶炼厂鲁奇炉为0.7m/s。 3.1.3 温度温度 (1) 焙烧温度 焙烧产物的质量很大程度取决于焙烧温度。如表3-1 所示： 表3-1 株洲冶炼厂实测焙烧温度对焙砂质量的影响 温度，830850850870870890900920 可溶锌，%93.809591.7591.57 可溶铁，%4.584.563.213.20 可溶硅，%1.101.522.332.70 焙砂含硫，%3.112.882.191,94 各冶炼厂采用的焙烧温度一般为 850950，以下是焙烧温度的一些实例如表 3-2 所示： 表 3-2锌精矿硫态化焙烧温度实例 株洲冶炼厂850870 葫芦岛锌厂880920 - 10 - 济源职业技术学院毕业设计（论文） 西北铅锌冶炼厂950 近年来许多工厂采用高温焙烧，最高温度可达1150。新建湿法炼锌大都采用 鲁奇式流态化焙烧炉，焙烧温度大多为910980。提高焙烧温度有利于提高脱硫率， 并使可溶锌率提高 2%3%，同时床能率也有提高。 (2) 炉顶温度 炉顶温度一般接近流态化床温度。 株洲冶炼厂和葫芦岛锌厂的焙烧炉炉顶温度分 别为 930980和 900940。 3.1.4 炉底与炉顶压力炉底与炉顶压力 炉底压力包括空气分布板阻力和流态化床压力降的总和。炉底压力一般为 915kPa 或更高些，有前室时，前室压力较炉床压力约高 1000Pa，以防止炉料在前 室内沉积，使炉料易于输送到炉内。炉底压力实例见表3-3。 表3-3炉底压力实例，KPa 厂别炉底压力前室压力 株洲冶炼厂12.515.513.516.5 葫芦岛锌厂8111114 神岗厂（鲁奇炉）19 3.1.5 流态化床高度与烟气在炉内的停留时间流态化床高度与烟气在炉内的停留时间 确定流态化床的高度，主要应考虑物料在炉内有充分的停留时间，因为后者是 保证流态化稳定和产品质量的必要条件。 株洲冶炼厂的流态化床高度为 1.051.15m， 葫芦岛锌厂为 1m，国内流态化焙烧炉的流态化床高度一般为0.81.5m 一般情况下，物料在炉内停留时间为57h，烟气在炉内的停留时间取1427s。 本设计选择操作条件如表 3-4 所示。 表3-4 本设计所选操作条件 焙烧温度，930 流态化高度，m1.2 过剩空气系数1.25 烟尘在炉内停留时间，s23 3.2 技术经济指标的选择技术经济指标的选择 3.2.1 焙烧炉床能率焙烧炉床能率 焙烧炉床能率是指单位炉床面积每昼夜处理的干精矿量，一般为 5.57.0t/ (m2d)，采用高温焙烧时为6.58.0 t/(m2d)。 本设计的焙烧炉床能率为：7.0 t/(m2d)。 3.2.2 可溶锌率可溶锌率 - 11 - 济源职业技术学院毕业设计（论文） 焙烧矿中可溶于稀硫酸的锌量与总锌量的比称为锌的可溶率。 焙烧矿中可溶率一般为 8894%。株洲冶炼厂焙砂和烟尘中锌的可溶率一般分别 为 9193%和9094%。 3.2.3 锌精矿焙烧脱硫率锌精矿焙烧脱硫率 焙烧脱硫率是指精矿在焙烧过程中氧化脱除进入烟气的硫量与精矿中硫量的比 例百分数，一般为 86%95%，温度升高脱硫率也有所升高。如葫芦岛锌厂高温焙烧 的实际脱硫率为 95%98%。 3.2.4 焙烧产出率及烟尘率焙烧产出率及烟尘率 焙烧产出率及烟尘率分别为 30%55%和40%60%（占处理量）。葫芦岛锌厂的 高温焙烧溢流焙砂产出率（直产率）一般为 64%68%，最高达 70%；烟尘率为 16%25%；焙烧矿烧成率（焙烧产物总量与加入干精矿量之比率）为85%90%。 3.2.5 锌回收率锌回收率 一般情况下，收尘设备比较完善，生产操作正常时，焙烧工序锌的回收率大于 99%。 3.2.6 炉子开动周期炉子开动周期 流态化焙烧炉在开动一定时间后因大颗粒沉积、 风帽堵塞或损坏等原因须定期清 理。 一般开动周期为510 个月，最长可连续开动1年。 采用高温焙烧时因操作温度接 近炉料熔点，炉内易粘结，故开动周期略短，一般为38 个月。 根据国内外生产实践，结合本设计的任务及原料特点，本设计选择主要技术经 济指标如表 3-5 所示。 表3-5 本设计选择主要技术经济指标 床能率，t/(m2d)7.0 可溶锌率，%92 锌回收率，%99.4 第四章 锌精矿流态化冶金计算 锌精矿流态化焙烧冶金计算包括：烟尘和焙砂成分产出率计算，焙烧需要空气 量和烟气量计算，烟气成分的计算，物料平衡和热平衡计算。 锌精矿的化学成分和有 关元素的原子量如表 4-1，表4-2： 表 4-1锌精矿的化学成分 化学成分ZnCdPbCuFeSCaOMgOSiO2其他 wB(%)52.030.820.850.358.6632.520.910.431.222.21 表 4-2有关元素的原子量 - 12 - 济源职业技术学院毕业设计（论文） ZnCdPbCuFeSCaMgSiCO 65.39112.40207.2063.5555.8532.0740.0824.3128.0912.0116.00 4.1 锌精矿物相组成计算锌精矿物相组成计算 根据精矿的物相分 析 ，精矿中 各元素在精矿中的存在 形态分 别为 ： Zn 、Cd、Pb、Cu、Fe 分别呈硫化物ZnS、CdS、PbS、CuFeS2、Fe7S8、FeS；脉石中的 Ca 、Mg、Si分别呈CaCO3、MgCO3、SiO2形态存在 。 以 100kg锌精矿（干量）进行计算： (1) ZnS 量： 39.65 46.9703.52 =77.55kg 其中：Zn：52.03kg S：25.52kg (2) CdS 量：05. 1 40.112 47.14482. 0 kg 其中：Cd：0.82kg S：0.23kg (3) PbS 量：98. 0 20.207 27.23985. 0 kg 其中：Pb：0.85kg S：0.13kg (4) CuFeS2量：01. 1 55.63 54.18335. 0 kg 其中：Cu：0.35kg Fe：0.31kg S：0.35kg (5) FeS2和 Fe7S8量： 除去 CuFeS2中含的Fe 量，余下Fe 量：8.66-0.31=8.35kg 除去 ZnS、CdS、PbS、CuFeS2中含的S， 余下 S 量：32.52-（25.52+0.23+0.13+0.35）=6.29kg 剩下的 S 分布于 FeS2和Fe7S8中， 设 FeS2中含Fe 为 xkg，S 为ykg，则可列出如下方程： 807.32 29. 6 785.55 35. 8 07.32285.55 yx yx 解方程组得：x1.65kg y1.89kg 即 FeS2中：Fe：1.65kg S：1.89kg 由此可知 Fe7S8中Fe：8.35-1.65=6.70kg S：6.29-1.89=4.40kg 故 Fe7S8量：6.70+4.40=11.1kg (1) CaCO3量：kg 62. 1 08.56 09.10091. 0 其中：CaO：0.91kg CO2：0.71kg - 13 - 济源职业技术学院毕业设计（论文） (2) MgCO3量：kg 90. 0 31.40 32.8443. 0 其中：MgO：0.43kg CO2：0.47kg 根据以上计算结果，编制锌精矿合理成份表，如表4-3 所示。 表4-3 混合锌精矿物相组成（单位：kg） 组成ZnCdPbCuFeSCaO Mg O CO2SiO2其他共计 ZnS 52.0 3 25.5 2 77.5 5 CdS0.820.231.05 PbS0.850.130.98 CuFeS20.350.310.351.01 FeS21.651.893.54 Fe7S86.704.40 11.1 0 CaCO30.910.711.62 MgCO30.430.470.90 SiO21.221.22 其他1.031.03 共计 52.0 3 0.820.85.0.359.73 32.5 2 0.910.431.181.221.03 100. 00 4.2 烟尘产出率及其化学和物相组成计算烟尘产出率及其化学和物相组成计算 硫酸化焙烧有关指标： 焙烧锌金属直接回收率 99.5% 脱铅率 50% 脱镉率 60% 空气过剩系数 1.25 烟尘产出率及其化学和物相组成的计算： 以 100kg 锌精矿计算，按工厂生产实践，同类型流态化床硫酸化焙烧精矿时， 硫酸盐形态存在的硫 SSO4占烟尘的 2.14%，以硫化物形态存在的硫 SS为 0.5%；精矿 中 Zn 有 45%进入烟尘，Cd60%进入烟尘，砷和锑为 65%铅为 50%其他的组分在烟 尘中的分配率按 45%计；为计算方便起见，设所有硫化物中的硫均与锌结合，PbO 与 SiO2结合成PbOSiO2，其它金属为氧化物形态存在。 设烟尘产出量为 xkg， 则各组分进入烟尘中的量为： - 14 - 济源职业技术学院毕业设计（论文） Zn： 52.0345%=23.41kg Fe： 8.6645%=3.90kg Cd： 0.8260%=0.49kg CaO：0.9145%=0.41kg Cu： 0.3545%=0.16kg MgO：0.4345%=0.19kg Pb： 0.8550%=0.43kg SiO2： 1.2245%=0.55kg SS： 0.005xkg SSO4： 0.0214xkg 其他：1.0345%=0.46kg (1) ZnS 量：kg 015. 0 07.32 46.97005. 0 x x 其中 Zn：0.01xkg S：0.005xkg (2) ZnSO4量：kg 1077. 0 07.32 46.1610214. 0 x x 其中 Zn：0.0436xkg S：0.0214xkg O：0.0427xkg (3) ZnOFe2O3量： 烟尘中 Fe 先生成Fe2O3，量为：kg 576. 5 7 .111 7 .15990. 3 Fe2O3有 3 1 与 ZnO 结合成ZnOFe2O3 其中的 Fe2O3量为：5.576 3 1 1.859kg 所以 ZnOFe2O3的量为kg 806. 2 70.159 09.241859. 1 其中含 Zn：0.761kg Fe：1.300kg O：0.745kg 余下的 Fe2O3的量为：5.576-1.859=3.708kg 其中含 Fe：2.594kg O：1.114kg (4) ZnO 量 Zn 量为：23.41-(0.01x+0.0436x+0.761)22.649-0.0536xkg 则 ZnO 量为：kg 067. 0191.28 39.65 39.81 )0536. 0649.22(xx (5) CdO 量：560kg. 0 4 .112 4 .128 49. 0 其中 Cd：0.490kg O：0.071kg (6) CuO 量：kg200. 0 55.63 55.7916. 0 其中 Cu：0.16kg O：0.04kg (7) PbOSiO2量： - 15 - 济源职业技术学院毕业设计（论文） PbO 量为：kg 463. 0 2 .207 2 .223 43. 0 其中 Pb：0.43kg O：0.033kg 与 PbO 结合的SiO2量为：kg125. 0 2 .223 09.60463. 0 故 PbOSiO2量为：0.463+0.125=0.588 kg 剩余的 SiO2量为：0.55-0.1250.425kg (8) CaO 量：0.41kg (9) MgO 量：0.19kg (10) 其它：0.46kg 综合以上各项得： x=0.015x+0.1077x+2.806+3.708+28.191-0.067x+0.56 +0.20+0.588+0.425+0.41+0.19+0.46 x=39.752 即烟尘产出率为焙烧干精矿得39.752%。 ZnS 量为：0.01539.752=0.596kg 其中 Zn：0.397 kg S：0.199kg ZnSO4量为：0.107739.752=4.281kg 其中 Zn：1.733kg S：0.851kg O：1.697kg ZnO 量为：28.191-0.06739.752=25.528kg 其中 Zn：20.518kg O：5.01kg 根据以上计算，编制锌烟尘的物料组成表，如表4-4 所示。 表4-4 烟尘的物相组成（单位：kg） 组 成ZnCdCuPbFeSsSSO4 Ca O Mg O SiO 2 O 其 它 共计 ZnS0.397 0.19 9 0.596 ZnSO41.733 0.85 1 1.69 7 4.281 ZnO 20.51 8 5.01 0 25.52 8 ZnOFe2O30.761 1.30 0 0.74 5 2.806 Fe2O3 2.59 4 1.11 4 3.708 CdO 0.49 0 0.07 0 0.560 CuO0.160.040.200 - 16 - 济源职业技术学院毕业设计（论文） 00 PbOSiO2 0.43 0 0.12 5 0.03 3 0.588 CaO 0.41 0 0.41 0 MgO 0.19 0 0.190 SiO2 0.42 5 0.425 其它 0.46 0 0.460 共计 23.40 9 0.49 0 0.16 0 0.43 0 3.89 4 0.19 9 0.85 1 0.41 0 0.19 0 0.55 0 8.70 9 0.46 0 39.75 2 %58.891.230.401.089.800.502.141.030.481.38 21.9 1 1.16 100.0 0 4.3 焙砂产出率及其化学和物相组成计算焙砂产出率及其化学和物相组成计算 根据生产实践，焙砂中各元素的比例与存在形态确定如下： 硫酸盐形态存在的硫 SSO4占烟尘的1.10%，以硫化物形态存在的硫SS为0.3%； 锌以 ZnO、 ZnS、 ZnSO4存在，全部残存的硫化物硫都与锌结合成ZnS，部分ZnO 与 Fe2O3结合成ZnOFe2O3 铅以 PbO 存在，并全部与SiO2结合成 PbOSiO2 镉以 CdO 存在 铜以 CuO 存在 铁以 Fe2O3存在，其中40%与ZnO 结合成 ZnOFe2O3 设每焙烧 100干精矿产出得焙砂为ykg 则各组分进入焙砂中的量为： Zn：52.03-23.409=28.621kg Fe： 8.66-3.894=4.766kg Cd：0.82-0.49=0.33kg CaO： 0.91-0.41=0.50kg Cu：0.35-0.16=0.19kg MgO：0.43-0.19=0.24kg Pb：0.85-0.43=0.42kg SiO2：1.22-0.55=0.67kg SS：0.003ykg SSO4：0.011ykg 其它：1.03-0.46=0.57kg 各组分化合物进入烟尘中的数量为： (1) ZnS 量：kg0091. 0 07.32 46.97003. 0 y y 其中：Zn：0.0061ykg S：0.003ykg - 17 - 济源职业技术学院毕业设计（论文） (2) ZnSO4量： kg0554. 0 07.32 46.161011. 0 y y 其中 Zn：0.0224ykg S：0.011ykg O：0.022ykg (3) ZnOFe2O3量： 烟尘中 Fe 先生成Fe2O3，量为：kg814. 6 7 .111 7 .159766. 4 Fe2O3有 40%与ZnO 结合成 ZnOFe2O3 其中的 Fe2O3量为：6.81440%=2.726kg 所以 ZnOFe2O3的量为：kg115. 4 7 .159 09.241726. 2 其中 Zn：1.116kg Fe：1.907kg O：1.092kg 余下的 Fe2O3的量为：6.814-2.726=4.088kg 其中 Fe：2.859kg O：1.229kg (4) ZnO 量 余 Zn 量为：28.621-(0.0224y+0.0061y+1.116)27.505-0.0285ykg 则 ZnO 量为：kg0355. 0235.34 39.65 39.81 )0285. 0505.27(yy (5) CdO 量：kg377. 0 4 .112 4 .128 33. 0 其中 Cd：0.330kg O：0.047kg (6) CuO 量：kg238. 0 55.63 55.7919. 0 其中 Cu：0.190kg O：0.048kg (7) PbOSiO2量： PbO 量为：kg452. 0 2 .207 2 .223 42. 0 其中 Pb：0.420 kg，O：0.032kg 与 PbO 结合的SiO2量为：kg122. 0 2 .223 09.60452. 0 故 PbOSiO2量为：0.452+0.122=0.574 kg 剩余的 SiO2量为：0.67-0.122=0.548kg (8) CaO 量：0.500kg (9) MgO 量：0.240kg (10) 其它：0.570kg 综合以上各项得： - 18 - 济源职业技术学院毕业设计（论文） y=0.0091y+0.0554y+4.115+4.088+(34.235-0.0355y) +0.377+0.238+0.574+0.548+0.500+0.240+0.570 y =46.843 即焙砂产出率为焙烧干精矿得46.843% ZnS 量为： 0.009146.843=0.426kg 其中：Zn：0.286kg S：0.140kg ZnSO4量为： 0.055446.843=2.595kg 其中：Zn：1.049kg S：0.515kg O：1.031kg ZnO 量为： 34.235-0.035546.843=32.572kg 其中：Zn：26.169kg O：6.403kg 根据以上计算，编制锌烟尘的物料组成表见表 4-5 所示；焙烧矿物相组成见表 4-6。 表4-5 焙砂的物相组成（单位：kg） 组 成ZnCdCuPbFeSsSSO4 Ca O Mg O SiO 2 O 其 它 共计 ZnS 0.28 6 0.14 0 0.42 6 ZnSO4 1.04 9 0.51 5 1.03 1 2.59 5 ZnO 26.1 69 6.40 3 32.5 72 ZnOFe2O3 1.11 6 1.90 7 1.90 2 4.11 5 Fe2O3 2.85 9 1.22 9 4.08 8 CdO 0.33 0 0.04 7 0.37 7 CuO 0.19 0 0.04 8 0.23 8 PbOSiO2 0.42 0 0.12 2 0.03 2 0.57 4 CaO 0.50 0 0.50 0 MgO0.240.24 - 19 - 济源职业技术学院毕业设计（论文） 00 SiO2 0.54 8 0.54 8 其它 0.57 0 0.57 0 共计 28.6 20 0.33 0 0.19 0 0.42 0 4.76 6 0.14 0 0.51 5 0.50 0 0.24 0 0.67 0 9.88 2 0.57 0 46.8 43 % 61. 10 0.700.410.90 10.1 7 0.301.101.070.511.43 21.1 0 1.22 100. 01 表 4-6焙烧矿的物相组成（单位：kg） 组 成ZnCdCuPbFeSsSSO4 Ca O M gO SiO 2 O 其 它 共计 ZnS0.683 0.33 9 1.022 ZnSO42.782 1.36 6 2.72 8 6.876 ZnO 46.68 7 11.4 13 58.10 0 ZnOFe2O31.877 3.20 7 1.83 7 6.921 Fe2O3 5.45 3 2.34 3 7.796 CdO 0.8 20 0