（冶金工程专业论文）锌浸出渣综合回收改造实践.pdf

t 、 ；。 1 l-1 一， l ad i s s e r t a t i o ni n m e t a l l u r g i c a le n g i n e e r i n g co m p r ehens i v er eco v e r yo fz i n cleach i n g r e s i d u er e f o r m i n gp r a c t i c e b yl is h a o y i s u p e r v i s o r ：l i uk u i r e n n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j u n e2 0 0 9 t 哪 ： l ， 一冀 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论 文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人 己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而 使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 ， 学位论文作者签名至_ 移小 日 期：捌伽 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使 用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送 交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北 大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 。 索、交流。 学位论文作者签名：每移两、 签字日期： 导师签名： 签字日期： 硒毋夥 j j 壅皇堡盘鲎王猩塑鲎焦途查垫璺 锌浸出渣综合回收改造实践 摘要 湿法炼锌已经成为锌冶炼的主导工艺，常规浸出法被广为采用。葫 芦岛锌厂电解锌厂产锌l3 万t ，采用国内成熟的两段浸出一锌浸出渣经 挥发窑处理回收氧化锌的传统工艺流程。 葫芦岛锌厂电解锌厂建成于l9 9 4 年，酸浸渣经过滤后经干燥后送挥 发窑处理得氧化锌再经中浸、酸性两段浸出、浓密、过滤，回收锌和铟 锗。受当时各种条件的制约，设计上存在缺陷，设备选型和工艺配置不 尽合理，某些工序设施和生产环节不够完善。 原设计的浸出渣过滤为莫尔过滤、圆盘真空过滤的两段过滤，由于 莫尔过滤操作环境差、劳动强度高，已经停用。真空过滤动力消耗较高， 渣含水高，水溶锌高，导致浸出渣干燥能耗高。本次改造改成可洗型增 强聚丙烯隔膜压滤机压滤浸出渣，用蒸汽冷凝水进行机内洗涤，用高压 水或压缩空气反向挤压隔膜，以降低渣含水、水溶锌，进以降低能耗。 原设计的挥发窑收尘采用袋滤收尘器，均采用回转反吹风清灰方式， 其使用投运初期情况尚可，但不久就都不同程度地出现了许多问题。最 为突出的就是收尘器运行阻损普遍高于设计值，直接影响了系统的排烟 效果。本次改造改成低压快速强力脉冲袋滤收尘器，除其本身具备足够 的收尘效率，较强的清灰能力，从而有较高的过滤负荷和较低的设备阻 力。 经过本次改造后，葫芦岛锌厂电解锌厂浸出渣渣含水、水溶锌得以 降低，能耗降低；低压快速强力脉冲袋滤收尘器收尘效果好、滤袋消耗 低运行费用低，取得了较好的经济效益、环境效益和社会效益 关键词：锌冶金；湿法炼锌；浸出渣过滤；压滤；挥发窑 i i 1 c o m p r e h e n s i v er e c o v e r yo f z i n cl e a c h i n g r e s i d u er e f o r m i n gp r a c t i c e a bs t r a c t t h ez i n cl e a c h i n gh a sb e c o m et h el e a d i n gt e c h n o l o g y ，z i n cs m e l t i n g w o r l da l w a y sz i n cp r o d u c t i o no fm o r et h a n8 0 l e a c h i n gp r o c e s si s w e t z i n cl e a e h i n gp r o c e s s ，a c c o r d i n gt ot h em a i nm e t h o do fz i n cl e a c h i n gw e t a n dc a nb ec l a s s i f i e di n t or e g u l a rl e a c h i n gm e t h o d ，h o ta c i dl e a c h i n gy e l l o w p o t a s s i u m ，i r o nv a n a d i u mt h e r m a la c i dl e a c h i n gg o e t h i t e ，h o ta c i dl e a c h i n g h e m a t i t em e t h o d a m o n gt h e m ，r e g u l a rl e a c h i n gm e t h o di sw i d e l yu s e d t h e e l e e t r o l y t i ez i n ch u l u d a oz i n ci n l3m i l l i o ntt h ez i n c ，a d o p t i n gd o m e s t l c m a t u r et w o z i n cl e a c h i n g r e s i d u ev o l a t i l i z a t i o n k i l n p r o c e s sb y t h e t r a d i t i o n a lz i n cp r o c e s s t h ee l e c t r o l y t i cz i n ch u l u d a oz i n cf a c t o r yw a se s t a b l i s h e d i n19 9 4 ， a c i dl e a c h i n gr e s i d u ea f t e rd r y i n ga f t e rf i l t r a t i o nb ys e n d i n gv o l a t i l i z a t i o n k i l np r o c e s sb yz i n cl e a c h i n g ，a c i di nt w o ，d e n s e ，f i l t e r ，t h er e c o v e r y0 t i n d i u m a n dz i n cg e u n d e rv a r i o u s c o n d i t i o n sw a sr e s t r i c t e d ，d e s i g n ， e q u i p m e n ts e l e c t i o na n dd e f e c t so ft h ei r r a t i o n a l a l l o c a t i o np r o c e s s s o m e p r o c e s sf a c i l i t i e sa n dp r o d u c t i o nl i n k si m p e r f e c t t h eo r i g i n a ld e s i g no ft h el e a c h i n gr e s i d u ef i l t e r f o rm o o r ef i l t e r i n g ， d i s kf i l t e r b e c a u s et h et w of i l t e r s f i l t e ro p e r a t i n ge n v i r o n m e n t ，m o o r e ， l a b o ri n t e n s i t yi sh i g h ，h a ss t o p p e d t h ev a c u u mf i l t e rp o w e re o n s u m p t l o n i sh i g h e r ，s l a g ，w e l dh i g hw a t e rc u ti nh i g h ，z i n cl e a c h i n gr e s i d u ed r yh i g h e n e r g yc o n s u m p t i o n t h i s t r a n s f o r m a t i o n c a nb ew a s h e di n t ot y p e r e i n f o r c e d p o l y p r o p y l e n e f i l t e r d i a p h r a g mp r e s s u r e f i l t r a t i o nl e a c h i n g r e s i d u e u s i n g s t e a mc o n d e n s a t i o n w a t e rf o rw a s h i n gm a c h i n e ，w l t h h ig h p r e s s u r ew a t e ro rc o m p r e s s e da i rb a c k w a r de x t r u s i o nd i a p h r a g m i n o r d e rt or e d u c e m o l t e n s l a gw a t e r ，w a t e r ，z i n c t or e d u c ee n e r g y c o n s u m p t i o n t h eo r i g i n a ld e s i g no ft h ev o l a t i l ek i l nd u s tf i l t e rb a gd u s tc o l l e c t e db y t h er o t a r yr e v e r s eje t ，t h eu s eo ft h ee a r l yp o s t - c o m m u n i s to p e r a t i o n , b u t s o o nt h ev a r y i n gd e g r e ea p p e a r e dal o to fp r o b l e m s t h em o s to u t s t a n d i n g i s d u s tc o l l e c t o ro p e r a t i o nr e s i s t a n c el o s s o fg e n e r a lp r e pa b o v e , d i r e c t l y i i i a f f e c t st h ed e s i g nv a l u es y s t e m0 fs m o k e t h i st r a n s f o r m a t i o ni n t ol o w p o w e rp u l s eb a gf i l t e rq u i c k l y ，d u s tc o l l e c t o ri t s e l fh a se n o u g hd u s t c o l l e c t i n ge f f i c i e n c y ，s t r o n ga b i l i t yt oc l e a n ，w h i c hh a v eh i g h e ra s hf i l t e r l o a da n dl o we q u i p m e n tr e s i s t a n c e a f t e rt h et r a n s f o r m a t i o n ，t h ee l e c t r o l y t i cz i n ch u l u d a oz i n cl e a c h i n g f a c t o r yz h a z h am e l tw a t e r ，w a t e r ，r e d u c ee n e r g yc o n s u m p t i o nt or e d u c ez i n c ， l o wp o w e rp u l s eb a gf i l t e rf a s td u s tc o l l e c t i n gd u s tc o l l e c t o rg o o de f f e c t ， l o w c o n s u m p t i o no ff i l t e rb a gl o wo p e r a t i n gc o s t ，a n da c h i e v e dg o o d e c o n o m i cb e n e f i t s ，s o c i a la n de n v i r o n m e n t a lb e n e f i t s k e yw o r d s ：z i n c ，m e t a l l u r g y ，t h ez i n cl e a c h i n g ，l e a c h i n gr e s i d u ef i l t e r i n g ， p r e s s u r ef i l t e r ，v o l a t i l i z a t i o nk i l n 目录 独创性声明i 摘要。i i abstra ct i l l 第1 章绪论1 1 1 锌冶炼的技术与生产l 1 1 1 锌的资源1 1 1 2 锌的用途和消费2 1 1 3 锌的生产方法4 1 1 4 湿法炼锌的技术和生产5 1 1 5 锌精矿的加压浸出10 1 2 湿法炼锌浸出渣处理工艺13 1 2 1 常规浸出法13 1 2 2 热酸浸出黄钾铁钒法l4 1 2 3 热酸浸出针铁矿法15 1 2 4 热酸浸出赤铁矿法16 1 3 葫芦岛锌厂锌浸出渣处理现状16 1 3 1 浸出渣过滤18 1 3 2 过滤渣的处理18 1 4 问题的提出和改进方案的确立19 第2 章锌浸出渣过滤系统的改进2 0 v 2 1 浸出矿浆的浓缩和过滤m 2 0 2 1 1 浓缩2 0 2 1 2 ：过滤2 2 2 2过滤所用主要设备2 4 2 2 1 板框压滤机2 4 2 2 2 自动厢式压滤机2 5 2 2 3 国内外过滤机机械制造厂简况2 8 2 3 葫芦岛锌厂过滤系统改造2 9 2 3 1 生产工艺流程及主要设备2 9 2 3 2 设备安装3 0 2 3 3 设备调试3 3 2 3 4 隔膜压滤机使用3 4 2 3 5 隔膜压滤机维护3 6 2 3 6 隔膜压滤机安全操作规程38 2 3 7 生产使用情况3 9 2 3 8 效益概算3 9 2 4 小结4 1 第3 章挥发窑系统的改进4 2 3 1 挥发窑系统的生产4 2 3 1 1 锌浸出渣的干燥4 2 3 1 2 回转窑( 挥发窑) 的结构与性能4 2 3 1 3 回转窑处理浸出渣过程简述4 4 v i 3 1 4 各组分在回转窑处理过程中的行为4 5 3 2 挥发窑收尘系统的改造4 7 3 2 1 生产工艺流程4 7 3 2 2 挥发窑收尘系统的改造4 9 3 2 3 存在的问题4 9 3 2 4 工艺改造5 0 3 2 5 改造效果5 3 3 3d 、结5 4 参考文献5 6 致谢5 6 v i i 东北大学工程硕士学位论文第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 锌冶炼的技术与生产 1 1 1 锌的资源 世界锌资源较为丰富。自然条件下并不存在单一的锌金属矿床，通 常情况锌与铅、铜、金等金属以共生矿的形式存在。据美国地质调查局 ( u s e s ) 公布的数据，0 4 年世界锌资源量有l9 亿t ，锌储量2 2 亿t ，储 量基础4 6 亿t ，按照目前世界锌矿山锌金属量10 0 0 万t a 计算，现有世 界锌储量和储量基础静态保证年限分别为2 2 年和4 6 年。中国是世界锌 储量最大的国家，2 0 0 4 年数据显示，中国锌储量在3 4 0 0 万t ，储量基础 在9 2 0 0 万t 。 锌主要以硫化物形态存在于自然界，氧化物形态其次。大部分锌与 铅共生。最常见的是铅锌硫化矿，除含锌、铅外，一般还有铜、镉、贵 金属和稀有金属。在本世纪3 0 年代，开采的锌铅原矿较富，含锌可达 7 8 ，铅2 5 ，但随着时间的推移，富矿越来越少，处理的贫矿和 复杂矿越来越多。锌矿含锌品位低，需要通过选矿得出含锌4 0 6 0 的 精矿才能送去冶炼。硫化铅锌矿主要通过优先浮选得出锌精矿和铅精矿， 有时还得到铜精矿和硫铁精矿。氧化矿含锌高时可直接进行冶炼，含锌 低时，应预先进行火法富集。约9 0 的锌是从硫化矿产出的，从氧化矿 产锌的数量不多，再生产的产量约占5 我国的锌资源分布相当广泛，几乎遍及全国各省、市、自治区。目 前全国已探明的锌矿床7 7 8 处，保有地质储量较多的省份有云南、广东、 湖南、甘肃、广西、内蒙古、四川和青海等地。我国锌资源的总体特征 是：富矿少，低品位矿多；大型矿少，中小型矿多；开采难度较大。 尽管我国锌矿的开采条件较差，但根据2 0 0 4 年全球前十位锌精矿生 产国产量的统计资料，我国2 0 0 5 年锌精矿产量达到2 7 1 万吨，约占全球 东北大学工程硕士学位论文第1 章绪论 锌精矿产量的2 6 5 ，是全球最大的锌矿产资源生产国，在全球锌矿产 资源的配制中占有极其重要地位。 硫化锌精矿是生产锌的主要原料，成分一般为：锌4 5 6 0 ，铁 5 l5 ，硫的含量变化不大，为3 0 3 3 。锌、铁、硫构成锌精矿的 主要成分，三者合计可达锌精矿总重的9 0 左右。从经济价值来考虑， 首先应回收锌和硫，因为二者加起来占锌精矿总重的8 0 左右。从冶炼 过程和回收率来考虑，铁是最主要的杂质金属，采用的冶炼工艺流程要 有利于原料中的锌铁分离，应使铁全部进入溶炼渣或湿法冶金浸出后的 铁渣中，且渣量要少，分离性能要好，从而减少随渣带走的金属损失。 1 1 。2 锌的用途和消费 锌是重要的有色金属原材料，目前，锌在有色金属的消费中仅次于 铜和铝，锌金属具有良好的压延性、耐磨性和抗腐性，能与多种金属制 成物理与化学性能更加优良的合金。原生锌企业生产的主要产品有：金 属锌、锌基合金、氧化锌。这些产品用途非常广泛，主要有以下几个方 面： ( 1 ) 镀锌 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4 6 。锌具有优良的抗大气腐蚀性能，所以锌主 要用于钢材和钢结构件的表面镀层。电镀用热镀锌合金表面氧化后会形 成一层均匀细密的碱式碳酸锌氧化膜保护层，该氧化膜保护层还有防止 霉菌生长的作用。由于锌合金板具有良好的抗大气腐蚀性，近年来西方 国家也开始尝试着直接用它做屋顶覆盖材料，用它作屋顶板材使用年限 可长达1 2 0 1 4 0 年，而且可回收再用，而用镀锌铁板作屋顶材料的使用 寿命一般为5 10 年。 ( 2 ) 制造铜合金材( 如黄铜) 用于汽车制造和机械行业，约占l5 。锌具有适用的机械性能。锌 本身的强度和硬度不高，加入铝、铜等合金元素后，其强度和硬度均大 为提高，尤其是锌铜钛合金的出现，其综合机械性能已接近或达到铝合 金、黄铜、灰铸铁的水平，其抗蠕变性能也大幅度被提高。因此，锌铜 东北大学工程硕士学位论文第1 章绪论 钛合金目前已经被广泛应用于小五金生产中。 ( 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 。许多锌合金的 加工性能都比较优良，道次加工率可达6 0 8 0 。中压性能优越，可 进行深拉延，并具有自润滑性，延长了模具寿命，可用钎焊或电阻焊或 电弧焊( 需在氦气中) 进行焊接，表面可进行电镀、涂漆处理，切削加工 性能良好。在一定条件下具有优越的超塑性能。此外，锌具有良好的抗 电磁场性能。锌的导电率是标准电工铜的2 9 ，在射频干扰的场合，锌 板是一种非常有效的屏蔽材料，同时由于锌是非磁性的，适合做仪器仪 表零件的材料及仪表壳体及钱币，同时，锌自身及与其他金属碰撞不会 发生火花，适合作井下防爆器材。 ( 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1 1 。 ( 5 ) 用于制造干电池，以锌饼、锌板形式，约占l3 。 锌具有适宜的化学性能。锌可与n h 4 c i 发生作用，放出h + 正离子。 锌一二氧化锰电池正是利用锌的这个特点，用锌合金做电池的外壳，既是 电池电解质的容器，又参加电池反应构成电池的阳极。它的这一性能也 被广泛地应用于医药行业。 锌已成为重要的有色金属品种，特别是在发达国家或地区，锌的消 费与经济的发展高度相关，而在国内锌与经济的正相关性也高于0 9 。当 一个国家或地区经济快速发展时，锌消费亦会出现同步增长。同样，经 济的衰退会导致锌在一些行业中消费的下降，进而导致锌价的波动。近 年来全球锌产量基本保持稳定的增长趋势，在过去的7 年里，世界锌精 矿供应保持3 的增长率。根据国际铅锌研究小组数据，2 0 0 7 年全球 精锌精矿产量l1 0 8 1 9 万t ，较2 0 0 6 年增长5 7 4 ；精锌产量11 4 3 5 0 万t ，较2 0 0 6 年增长7 0 近10 年来，随着我国经济的快速发展，对 锌的需求也是逐年增加。我国锌产量在过去10 年里保持较快的增长，据 国家统计局公布的数据显示，2 0 0 7 年我国锌产量达到3 7 5 万t ，同比增 幅达18 1 ，居世界锌首位。作为世界锌需求的最大国家，从2 0 0 0 年开 始，中国已经超过美国成为世界最大的锌消费国。2 0 0 7 年中国需求占世 东北大学工程硕士学位论文第1 章绪论 界的2 5 ，西欧地区占2 2 ，北美地区占3 3 。目前锌的冶炼成本主 要有锌的原辅材料费、燃料和动力费、人工成本、制造成本和和其他费 用组成。锌精矿价格、燃料以及电价的变化都会对锌的冶炼成本产生较 明显的影响。 美国锌的消费结构( 按使用部门划分) 是：建材业占4 6 ，运输业占 2 1 ，机器制造业占1 2 ，电器业占1 0 ，其他方面占1 1 ，按用途划 分是：镀锌用5 2 ，合金用2 1 ，黄铜与青铜用1 2 ，其他方面己：1 5 ， 另有约2 4 万吨氧化锌用于化工、橡胶、油漆料工业。锌的消费领域前景 看好，不像铅那样暗淡，镀锌主要用于建筑业和汽车制造业消费呈逐渐 增长的势头。 我国锌的主要消费领域是：干电池、冶金产品镀锌、氧化锌、黄铜材、 机械制造用锌合金及建筑五金制品等，从国内发趋势看，镀锌板和压铸 合金需求上升，特别是因为建筑、汽车、机械制造业发展，带动了镀锌 板和压铸合金需求增加。干电池、氧化锌、立德粉消费比较平稳，但也 有一定的增长。轻工业是耗锌大户，以干电池行业耗锌最多，约占轻工 业耗锌量的8 0 ，干电池产量经久不衰，主要受农村市场和出口需求旺 盛影响。除了干电池大量耗锌外，日用五金( 制锁、炊具、包装容器) 、 日用机械( 自行车、钟表) 、家用电器耗锌量也不少，约占轻工业耗锌量 15 。 综观锌的消费结构，尽管近年来用于生产结构材料( 包括黄铜、青铜、 压铸件及其他锌合金) 耗用锌量所占的比重有所增加，但金属及锌制品更 主要的是用作功能材料、作为一“牺牲物质”来提高其他材料的使用性能， 如钢材镀锌、油漆涂料以及橡胶填充剂等。另外锌的二次回收率比其它 金属低得多，由此决定了锌消费依赖于锌矿产资源的开发锌金属的提取 冶金。 1 1 3 锌的生产方法 炼锌方法可分为火法和湿法两大类，目前世界土要炼锌方法是湿法。 火法炼锌的方法有平罐、竖罐、电热法和鼓风炉法等。其共同特点 是利用锌的沸点较低( 9 0 7 。c ) ，在冶炼过程中使锌挥发，从而与脉石及其 东北大学工程硕士学位论文第1 章绪论 它杂质分开。硫化锌精矿通常首先经焙烧或烧结，将硫化物氧化成氧化 物，然后进行还原，最后经冷凝得粗锌，粗锌经精馏得精锌。 平罐炼锌具有设备简单，不用焦炭、耗电少，便于建设等优点，但 劳动条件差，劳动生产率低和耗煤量大，己逐渐被淘汰。 电热法由于耗电太大，现在已很少采用。 竖罐炼锌是由于平罐法发展起来的，实现了设备大型化和机械化操 作，劳动条件得到一定的改善，提高了劳动生产率，在缺少电力和焦炭 的地区，这种方法具有独特的适应性。但此法由于避免不了间接加热和 单罐产锌能力低的缺点，国外仅存的三家竖罐炼锌厂己被迫转产、停产 或减产。 我国葫芦岛锌厂的竖罐炼锌技术，通过不断完善和改进，如锌采用 高温氧化流态化焙烧、选优混合配煤、改造和简化制团工艺精制优质团 矿，强化蒸馏过程，实行竖罐大型化，坚持以廉价为燃料，多层次回收 废料以弥补间接加热的不足，开拓旋涡熔炼技术扩大综合回收等等，故 此，它目前还是我国主要炼锌方法之一。 鼓风炉炼锌法的特点是能够同时炼锌和铅，可以处理复杂的铅锌矿、 钢厂烟尘各种杂料。在炼锌工业中，该法具有一定的地位，目前该法产 量占世界锌总量的1 4 左石。鼓风炉炼锌主要耗用冶金焦，我国韶关冶 炼厂( 简称韶冶) 于2 0 世纪7 0 年代建成投产，经过多年的努力，其技术 指标已达世界中上水平。 湿法炼锌( 又称电解法炼锌) 包括焙烧、浸出、净化和电积四个主 要过程，它是2 0 世纪初期出现的炼锌方法。它的生产历史虽然不长，但 其发展却非常迅速，自2 0 世纪8 0 年代以来，世界锌产量的8 0 8 5 以上是由湿法炼锌生产出来的。 1 1 4 湿法炼锌的技术和生产 1 1 4 1 锌焙砂浸出的原则流程 锌焙砂浸出是以稀硫酸溶液去溶解焙砂的氧化锌。流程图1 1 为锌 焙砂浸出的一般工艺流程。 东北大学工程硕士学位论文第1 章绪论 锌焙砂浸出分中性浸出和酸性浸出两个阶段。中性浸出的实质是用 稀硫酸去溶解锌焙砂的可溶锌，并控制一定的终点酸度( ( p h = 5 - 5 4 ) ，用 水解除去一部分溶解的杂质( 主要是铁、砷、锑) ，得到中性溶液经净化 后送电积提取锌。 图1 1 锌焙烧浸出的一般工艺流程 f i g u r e 1 1z i n cl e a c h i n go fr o a s t i n gp r o c e s s 中性浸出残渣中还含有大量锌，须再用含酸浓度较大的废电解液( 含 l0 0 克升左右游离酸) 进行酸性浸出。浸出的目的是为使浸出渣中的锌尽 可能完全溶解，为避免大量杂质同时溶解，所以终点酸度一般控制在 1 - 5 9 1 h 2 s 0 4 。 酸性浸出渣含锌约2 0 ，必须再处理，一般用烟化法将其中的锌挥 出来，得到的z n 0 粉再用废电解液浸出。这一阶段称为浸出渣的处理。 l9 7 0 年以来，各国相继研究开发了系列湿法处理工艺。这些工艺共 同的特点是采用高温高酸浸出处理浸出渣，在接近沸腾的温度、始酸大 于15 0 9 1 、终酸4 0 6 0g l 条件下，可使锌总浸出率提高到9 8 。但 是由于高温高酸浸出的结果，焙砂中的铁也大量进入溶液( 达2 0 4 0 9 1 ) ， 尽管采用了不同的除铁工艺，实践中仍不能使沉铁渣达到环境允许的程 度。韩国锌公司近年采用奥斯麦特炉处理湿法炼锌的浸出渣和铁矿渣， - 6 东北大学工程硕士学位论文第1 章绪论 综合回收锌、铅、铜、锑、银，最终产出含锌3 4 、铅o 3 的渣子， 供水泥厂生产水泥，实现了无渣化生产。这是一条值得借鉴的工艺路线。 1 1 4 2 硫酸锌溶液的净化 为了得到高纯度阴极锌与最经济地进行电解沉积锌对电解液的组 成和纯度有一定的要求，从锌焙烧矿各组分在浸出时的行为可以看出， 浸出过程中许多杂质都同锌一道溶解进入溶液。因此，在电解前必须对 这种溶液进行深度净化，净化的方法按原理可分为：加锌粉置换法和加特 殊试剂沉淀法。 加锌粉置换法的实质是用电位负的金属锌将溶液中电位较正的金属 如铜、镉、钴等置换下来，其化学反应如下： c u 2 + + z n = z n 2 + + c u 上 c d 2 十+ z n = z n 2 + + c d 、【 特殊试剂法主要指黄药除钻，其化学反应如下： 8 c 2 h 5 0 c s 2 n a + 2 c u s 0 4 + 2 c o s 0 4 = c u 2 ( c 2 h 5 0 c s 2 ) 2j ，+ 2 c o ( c 2 h 5 0 c s 2 ) 3 j + 4 n a 2 s 0 4 另外，除氟、氯也可用加特殊试剂法脱除。 1 1 4 3 锌的电解沉积 锌电积一般采用p b a g 合金( 1 a g ) 板为阳极，纯铝板为阴极，以酸 性硫酸锌水溶液作为电解液。当通过直流电时，在阴极发生锌的析出， 在阳极上放出氧气。 随着电解过程的进行，电解液中锌量不断减少，硫酸含量不断增加。 为了保持电积条件的稳定，必须不断抽出一部分电解液作为废液返回浸 出，同时相应地加入净化了的中性硫酸锌溶液。以补充所消耗的锌量， 维持电解液中一定的含量及h 2 s 0 4 浓度，并稳电解系统中溶液的体积。 锌电解溶液中正离子主要是锌离子和氢离子，因而阴极上可能的反 应为： 1 _ z n z + + 2e = z n 2 h1 + + 2 e = h 2 在电积过程中，锌离子与氢离子在阴极上放电均有一定的超电压， 在锌阴极上氢离子的极化值 1 h 很大，而t 1 z n 接近于零。由于极化的结果， 东北大学工程硕士学位论文 笫1 章绪论 锌离子在阴极的析出不仅用成为可能，而且能优先于氢离子。此种氢离 子在阴极上放电时的极化值，一般称为氢在该阴极上的超电压。 在生产实践中，氢的超电压值直接影响电解过程是电流效率，因此， 总是力求增大氢超电压以提高电流效率。 在湿法炼锌厂，铅( p b a g 合金) 是作为“不溶性阳极”而用于电解作业 的。但是，从热力学的角度来讲。铅阳极并不是完全不溶的。新的铅阳 极板在电解初期浸蚀的很快，并形成硫酸铅和氧化铅，以后则由于氧化 膜对金属的保护作用，才使铅阳极的被浸蚀速度逐渐缓慢下来。 电解时在阳极上首先发生铅的阳极溶解，并形成p b s o ，覆盖在阳极 表面上： p b 2 e = p b 2 + 1 1 p b 肿十+ s o 小= p b s 0 4 随着溶解过程的进行，由于p b s o ，的覆盖作用，铅板的自由表面不 断减少，相应的电流密度就不断增大，因而电位也就不断升高，当电位 增大到某一数值时，二价铅被进一步氧化成高价状态，产生四价铅离子 p b 4 + 并与氧结合成过氧化铅p b 0 2 ： p b s 0 4 十2 h 2 0 2 e = p b 0 4 + 4 h + + s 0 4 2 。 e o = 1 6 8 5 伏 待铅阳极基本上为p b s 0 4 覆盖后，即进入正常的阳极反应： h 2 0 2 e - - * 1 2 0 2 + 2 h 十 e o = 1 2 2 9 伏 结果在阳极上放出氧气，而使电解液中的h + 浓度增加。 在实际电解生产中，电极上析出物质的数量往往与按法拉第定律计 算的数值不一致。例如，通过电解槽的电量为1 法拉第，但在阴极上析 出的锌量却小于1 克当量。电流效率就是实际电积的金属量和理论上按 法拉第定律应得到的金属的百分比，可用下式计算： 电流效率= 电极产物的实际重量按法拉第定律所得产物的重量 10 0 即r l = ( b q it ) x1 0 0 式中b 一电极产物的实际重量，克； - 8 东北大学工程硕士学位论文 第1 章绪论 i 一电流强度，安培； t 一通电时间，小时； q 一电化当量，克安培j 、时；锌的电化当量为1 2 l9 3 克安培小 时。 生产实践中，由于阳阴极之间短路、电解槽漏电、阴极化学溶解以 及其他副反应的发生都会使电流效率降低，随各厂的具体条件不同，锌 电解的电流效率波动在8 5 9 2 之间。 槽电压就是电解槽相邻阳阴极之间的电压降。实际电解过程中，当 电流通过电解槽时，遇到的阻力除可逆的反电势( 即理论分解电压) 、极 化超电压外，还有由于电解质溶液本身电阻所引起的电压降，电解槽与 接触点以及导体的电阻所引起的电压损失所有这些都需要额外的外电压 补偿，因此，电解槽的总电压( 槽电压) 应为这些电压值总和。即： e 槽= e 理+ e 液+ e 接+ e 超 式中：e 理一理论分解电压 e 液一克服电解液电阻所需电压 e 接一各接点及导体的电压降 e 超一超电压，包括电化学极化超电压、浓差极化超电压 由上述可知，槽电压决定于电流密度、电解液的组成和温度、电极 间的距离和触点电阻等，降低槽电压的途径在于减少电解液的比电阻、 减少接触点电阻以及缩短极间距离。各炼厂槽电压一般波动在3 2 3 6 伏 之间。 电能消耗是指每生产一吨电锌消耗的电能。它是锌电积的主要指标 之一。电能消耗取决于电流效率和槽电压。当电流效率高，糟电压低时， 电能的消耗低，反之则高。湿法炼锌厂每生产一吨锌消耗电能 3 8 0 0 4 0 0 0 k w h ，而电积过程中占3 0 0 0 3 5 0 0 k w h 。 日本帝国主义侵略我国东北时，为掠夺我国资源，19 4 4 年在沈阳冶 炼厂建立了湿法炼锌工厂，由于技术条件的限制而未能成功，中华人民 共和国成立后( 19 51 年) ，沈阳冶炼厂湿法炼锌车间正式投产，同时，我 国第一个现代化大型湿法炼锌厂一株洲冶炼厂也在第一个五年计划期间 筹建。株洲冶炼厂是我国自己设计、自己施工的第一个大型连续浸出的 东北大学工程硕士学位论文第1 章绪论 炼锌系统，总设计能力为年产锌1o 万吨。19 6 8 年第一期工程建成投产、 规模为年产电锌5 万吨，第一期工程19 7 2 年基本建成，井于19 7 9 年形 成了年产电锌10 万吨能力，l9 9 7 年电锌生产能力达2 5 万吨，在此期间 及以后相继建成投产的湿法炼锌厂还有柳州锌品厂、会泽铅锌矿、会东 锌矿锌冶炼厂、鸡街冶炼厂、温州冶炼厂、柳州冶炼厂、西北铅锌冶炼 厂10 万吨湿法炼锌系统、水口山矿务局电锌厂、葫芦岛锌厂13 万吨电 锌厂等。目前我国湿法炼锌主要厂家生产工艺及生产能力见表1 1 。 表1 1 目前我国湿法炼锌主要厂家 ! 垒! ! 呈! ：! 垒! 巳! 竺! ! 翌! ! ! 曼三l 翌曼! 曼呈! ! l 翌g 巴型2 1 巴垒里坚! 垒竺! 坚! 宝! 兰 厂家主要生产上艺产能( 万吨) 1 1 5 锌精矿的加压浸出 加压湿法冶金在重有色金属方面的应用研究于2 0 世纪4 0 年代取得 了突破性进展。舍利特高尔登矿业公司的锌精矿加压浸出流程非常简 单，锌精矿在废电解液或酸性溶液中与氧作用生成金属硫酸盐和元素硫， 而黄铁矿直接氧化生成硫酸根，锌精矿的加压浸出效率高，适应性好， 与其他方法相比，在环保和经济方面都具有很强的能力。对于那些硫酸 供应充足且价格低廉的地区，其优点尤为突出。 在加压浸出的条件下，锌精矿中硫化锌与硫酸发生下述反应： z n s + h 2 s o a + 1 2 0 2 = z n s 0 4 + h 2 0 + s u 当有铁溶解时将发生下列反应： z n s + f e 2 ( s 0 4 ) 3 = z n s 0 4 + 2 f e s 0 4 + s u 2 f e s 0 4 + h z s 0 4 + 1 2 0 2 = f e 2 ( s 0 4 ) 3 + h 2 0 东北大学工程硕士学位论文第1 章绪论 在加压浸出锌精矿时，铁闪锌矿，磁黄铁矿和黄铁矿中的铁都有可 能溶出： 2 f e s 2 + i5 2 0 2 + h 2 0 = f e 2 ( s 0 4 ) 3 + h z s 0 4 2 f e s 2 + 15 2 0 2 + 4 h 2 0 = f e 2 s 3 + 4 h z s 0 4 在除铁阶段，溶液中的铁水解，生成胶体沉淀或复盐沉淀： f e 2 ( s 0 4 ) 3 + ( x + 3 ) h 2 0 = f e 2 0 3 x h z 0 + 3h 2 s 0 4 2 f e 2 ( s 0 4 ) 3 + 14 h 2 0 = 2 h 2 0 f e 3 ( s 0 4 ) 2 ( o h ) 6 + 5h 2 s 0 4 + h 2 锌精矿加压酸浸的浸出温度一般为4 2 3 k ，氧分压为7 0 0 k p a ，浸出时 间约为1h 。锌的浸出率可达9 8 以上，硫的回收率约8 8 ，经浮选或热 过滤可得含硫9 9 9 以上的元素硫产品。 锌精矿加压浸出的第一个工业化生产厂是加拿大科明科公司的特雷 尔厂，随后的两个工厂是位于安大略省的蒂明斯厂和德国的鲁尔锌厂， 第四个是1 9 9 3 年投入运行的加拿大哈得逊湾矿业公司。 特雷尔厂建于19 81 年，日处理18 8 吨锌精矿。该厂锌浸出部分由三 个部分组成，焙烧浸出系统占锌进料量的7 0 ，加压浸出系统占2 0 ， 剩卜lo 是来自氧化矿浸出系统。19 8 8 19 8 9 年，经改进完善，该厂加 压浸出系统处理能力达117 0 0 吨月。19 9 4 年最高月精锌矿处理达1 13 0 0 吨。 蒂明斯厂于19 8 3 年投产，压力釜日处理10 0 吨精矿，为低酸作业， 铁以黄钾铁矶、碱式硫酸盐和水合氧化铁沉淀。该厂对压力釜的内衬、 管线、高压空气和氧气的给等方面进行了许多改进，使该厂的作业率和 压力釜的可靠性有了很大的提高，产量增加很快，19 9 5 年锌精矿处理能 力达4 0 0 0 0 吨。 19 9 1 年3 月，第三个锌精矿加压浸出工厂在德国鲁尔锌厂投产。鲁 尔锌厂改变了原有的赤铁矿法，使锌精矿加压浸出运行良好。在处理锌 精矿品位为4 5 5 0 时，锌回收率达9 8 ，压力釜运转率为9 5 0 哈德逊矿冶公司从19 3 0 年一直经营一个包括锌和铜精炼的冶炼厂， 位于加拿人马里托巴省的弗林一弗隆。该厂原来的锌厂采用焙烧一浸出 一电解沉积工艺一直生产到19 9 3 年7 月该公司为了满足环保要求，采用 加压浸出工艺，于l9 9 3 年7 月2 日，建成世界上第一个独立运行的两段 东北大学工程硕士学位论丈第1 章绪论 加压浸出全湿法锌冶炼厂。改变了过去加压浸出总是在焙烧一酸浸一电 积工艺炼锌厂中与原有流程配套以扩大锌的生产能力和避免硫酸产量过 度膨胀的现状。从投产以来，操作运行良好，很快超过了设计能力。该 厂两台压力釜规格都是( d m ) 3 9 x ( 1 m ) 2 1 5 19 9 5 年加压浸出能力达到 2 2 2 t h ( 设计能力为2 1 6t h ) ，两段加压浸出的浸出率为9 9 。 锌的加压浸出自8 0 年代工业化以来已经经历了10 多年的工业应用， 由于工艺适应性强，压力釜作业率较高，锌回收率高，硫以元素硫形态 回收对环境的污染危害小，与传统流程相比单位投资少，是一种具有发 展潜力的工艺。 在国家“七五”期间，中科院化工冶金研究所较为系统地对锌精矿加 压浸出进行了研究，提出了年产10 万吨电锌的一段加压浸出锌精矿工艺 流程。该所以含锌5 2 铁6 的锌精矿为原料，在压力釜中进行了一段 或两段加压氧化浸出，浸出液经中和除铁，净化除杂等工序。再经电积 得到电锌产品，副产品硫磺经倾析法或浮选法回收，同时，对矿粉粒度、 添加剂用量、精矿加入量、精矿含铁、氧分压、搅拌速度、反应温度和 时间等因素对锌浸出率的影响进行了系统研究。研究实验是在2 升钛质 压力釜中进行。研究表明，添加剂对锌精矿加压浸出影响尤为重要，不 加添加剂时，锌浸出率仅为6 0 ，硫转化率为5 3 ；而加入添加剂后，锌 浸出率达为9 7 以上，硫转化率为9 0 溶液中的铁离子能加快氧的传递， 起崔化作用，当体系中没有f