铅锌冶炼工艺及脱硫技术介绍

铅锌冶炼工艺及脱硫技术介绍2012年11月11日内容一锌、铅冶炼工艺流程介绍二铅锌冶炼硫元素分布及走向三铅锌冶炼涉及的脱硫技术运用0200400600800100012001400世界中国2011年精锌产量万吨020040060080010001200世界中国2011年精铅产量万吨进入21世纪，我国已经成为世界上最大的铅锌生产和消费大国。2011年世界精锌产量为1306.2万吨，其中我国为522.2万吨。2011年世界精铅产量为1037.2万吨，其中我国为473.3万吨。40%45.6%一、中国锌铅冶炼工业的现状东北铅锌生产基地葫芦岛、赤峰滇川铅锌生产基地驰宏、宏达、兰坪、祥云两广铅锌生产基地韶冶、丹冶、华锡湖南铅锌生产基地株冶、水口山西北铅锌生产基地白银、东岭、西部矿业我国六大铅锌采选冶和加工配套的生产基地，产量占全国总产量的85%以上。西北和两广基地原料含汞较高。中原铅锌生产基地豫光、金利、万洋锌的物理化学性质锌化学符号是Zn，它的原子锌序数是30，相对原子质量为65。锌是一种蓝白色金属。密度为7.14克/立方厘米，熔点为419.5℃。在室温下，性较脆；100～150℃时，变软；超过200℃后，又变脆。锌的化学性质活泼，在常温下的空气中，表面生成一层薄而致密的碱式碳酸锌膜，可阻止进一步氧化。当温度达到225℃后，锌氧化激烈。锌在空气中很难燃烧，在氧气中发出强烈白光。焰色反应，发出蓝绿色火焰。因为锌表面有一层氧化锌，燃烧时冒出白烟，白色烟雾的主要成分是氧化锌，不仅阻隔锌燃烧，会折射焰色形成惨白光芒，所以实验室燃烧锌块没有蓝绿色火焰。锌易溶于酸，也易从溶液中置换金、银、铜等。锌的氧化膜熔点高，但金属锌熔点却很低，所以在酒精灯上加热锌片，锌片熔化变软，却不落下，正是因为氧化膜的作用。锌是一种常用有色金属，是古代铜、锡、铅、金、银、汞、锌等7种有色金属中提炼最晚的一种，是第四常见的金属，仅次于铁、铝及铜。锌能与多种有色金属制成合金，其中最主要的是锌与铜、锡、铅等组成的黄铜等，还可与铝、镁、铜等组成压铸合金。锌主要用于钢铁、冶金、机械、电气、化工、轻工、军事和医药等领域。锌的冶炼方法湿法火法直接浸出焙砂浸出密闭鼓风炉竖罐电热法高压氧浸常压氧浸热酸浸出常规浸出85%15%焙烧焙烧锌是极为活泼的金属，不管走哪条途径，都需要消耗大量的能量，都需要氧化、还原和精炼步骤。我国是锌冶炼技术博物馆，几乎所有炼锌方法都存在，甚至土法炼锌也有。常规湿法炼锌工艺锌精矿焙烧浸出净液电积电锌产品锌精矿焙烧工艺流程简介元素ZnSFeSiO2PbGeAs%≥4728~32≤12≤5≤1.8≤0.006≤0.45入炉锌精矿成份要求：混合锌精矿的物理规格：水分：6%～8%粘结粒度：≤14mm不夹带铁钉、螺帽、砖头等杂物皮带运输混合锌精矿烟气烟气余热锅炉溢流焙砂圆筒冷却流态化冷却烟尘沸腾焙烧刮板运输旋涡收尘球磨焙砂（开路）烟尘电收尘烟气烟尘空气风箱料刮板运输斗式提升（用于铺炉）烟气（送制酸）酸）单仓泵输送单仓泵输送焙砂（送浸出）3#单仓泵输送焙砂储仓刮板运输料仓刮板运输刮板运输刮板运输圆盘分料焙烧目的在焙烧时，尽可能将锌精矿中的硫化物氧化成氧化物并产生少量硫酸盐，同时尽量减少铁酸锌、硅酸锌的生成，以满足浸出对焙烧矿成分和粒度的要求及补充系统中一部分硫酸根离子的损失。同时得到较高浓度的二氧化硫烟气以便于生产硫酸。基本原理锌精矿沸腾焙烧就是利用具有一定气流速度的空气自下而上通过炉内矿层，使固体颗粒被吹动，相互分离而呈悬浮状态，达到固体颗粒（锌精矿）与气体氧化剂（空气）的充分接触，以利化学反应进行。其主要化学反应如式（1）～式（3）：2ZnS＋3O2＝2ZnO＋2SO2（1）2SO2＋O2＝2SO3（2）ZnO+SO3＝ZnSO4（3）某厂沸腾炉本体结构沸腾炉结构示意图结构：分为炉身、炉床、风箱、加料口和溢流口、炉气出口和沸腾层冷去设备等组成部分特点：具有传热传质速度快、层内温度均匀、产品质量好、生产效率高、便于实现连续化和自动化等特点。某厂沸腾炉系统设备连接图硫化锌精矿经过氧化焙烧以后主要产出为焙砂和烟气，其大体流程为：焙砂经过冷却和球磨后，由单仓泵输送至浸出车间；烟气经余热回收和收尘系统，烟尘送浸出车间，烟气送硫酸工段制酸。锌焙砂浸出溢流中性浸出(送净液)(送过滤)球磨冲矿分级矿浆底流酸性浸出酸性浓缩上清液中性浓缩底流球磨矿浆锌电解废液矿浆矿浆蒸汽废液蒸汽矿粉中性上清上清沸腾炉焙砂、烟尘底流浸出工艺流程●使物料中的锌尽可能的溶解到浸出液中，从而得到高的浸出率；●使有害杂质尽可能不溶解而进入渣中，达到与锌分离的目的。●得到大颗粒的沉淀物易于液固分离。在1100℃～1300℃的高温下，浸出渣中的锌、铅、铟、锗等有价金属（主要呈氧化物状态，部份呈硫化物状态存在）被一氧化碳还原为金属而挥发进入烟气，在烟气中被氧化成氧化锌等，随烟气离开挥发窑，被收集在收尘器内。主要化学反应如式（1）～式（9）：在料层内：C＋O2＝CO2（1）CO2＋C＝2CO（2）ZnO＋CO＝Zn↑+CO2（3）ZnO＋C＝Zn↑＋CO（4）Fe2O3＋CO＝2FeO＋CO2（5）FeO＋CO＝Fe＋CO2（6）ZnO＋Fe＝Zn↑＋FeO（7）在料层上空：Zn(气)＋1/2O2＝ZnO（8）CO＋1/2O2＝CO2（9）挥发窑工艺挥发窑工艺压缩风矿粉浸出渣烟气表面冷却返料皮带运输烟气布袋收尘电收尘灰斗集灰(排空)焦粉烟气烟尘烟气烟尘圆盘给料圆盘给料皮带运输皮带运输圆盘给料挥发焙烧余热利用（送料仓）挥发窑渣（外运）压缩风蒸汽(并网)真空输送烟气(排空)烟尘空压机空气(送多膛炉焙烧)挥发窑氧化锌硫酸锌溶液净化目的：净液是将矿粉中性上清液中不利于电解的有害杂质如铜、镉、钴、镍、锗等元素除去。一次净液一次净液是利用标准电极电位较负的金属来置换溶液中标准电极电位较正的金属离子。主要化学反应如式（1）～式（4）：CuSO4+Zn=ZnSO4+Cu↓……………………………………………………（1）CdSO4+Zn=ZnSO4+Cd↓……………………………………………………（2）CuSO4+Cd=CdSO4+Cu↓……………………………………………………（3）NiSO4+Zn=ZnSO4+Ni↓……………………………………………………（4）二次净液二次净液是在有铜离子存在的情况下，加入黄药生成钴、镉的不溶性化合物，从而达到从溶液中分离钴、镉的目的。主要反应如式（5）：8C2H5OCSSNa+2CuSO4+2CoSO4=Cu2(C2H5OCSS)2+2Co(C2H5OCSS)3↓+4Na2SO4……（5）硫酸锌溶液电沉积目的：锌的电沉积是从硫酸锌水溶液中提取金属的过程。所采用的电解液为ZnSO4和H2SO4的混合溶液。以铝板为阴极，以铅银合金板为阳极。溶液中带正电荷的锌离子在阴极上放电沉积，其反应如式（1）：Zn2+＋2e＝Zn↓…………………………………………………………（1）阳极主要反应为：溶液中带负电荷的OH—离子在阳极上放电，析出氧气，其反应如式（2）：2OH—―2e＝H2O＋1/2O2↑……………………………………………（2）硫酸锌水溶液电解沉积总反应式为式（3）：ZnSO4＋H2O直流电Zn↓＋H2SO4＋1/2O2↑……………………（3）电锌产品电锌产品锌锭：压铸合金,电池业、印染业、医药业、橡胶业、化学工业等。铸造锌：用于铸造、压铸制造各种家用电器部件、仪表、汽车零件、塑胶模具、玩具外壳、造锁材料，制造轴承，工艺装饰品及各类五金制品等。热镀锌：主要用于防腐，如热浸镀锌钢板、电镀锌钢板和合金化镀锌钢板等铅的物理化学性质元素符号pb，原子序数82，原子量207.2，银灰色有光泽的重金属，在空气中易氧化而失去光泽，变灰暗，质柔软，延性弱，展性强。密度11.34g/cm3，熔点327.5℃，沸点1740℃。有较强的抗放射性穿透的性能。有毒。在常温下在空气中，铅表面易生成一层氧化铅或碱式碳酸铅，使铅失去光泽且防止进一步氧化。不溶于水。易和卤素、硫化合，生成PbCl4、PbI2、PbS等。熔融的铅跟空气反应生成一氧化铅，将铅在纯氧中加热可得二氧化铅。在自然界中主要以方铅矿存在。用于焊料，辐射屏蔽剂，电池和弹药。铅冶炼工艺简述铅冶炼的方法（从反应原理来区分）1、氧化还原熔炼法：将硫化铅精矿中的硫化铅及其他硫化物氧化成氧化物，然后再使氧化物还原得到金属铅：PbS+1.5O2=PbO+SO2PbO+CO=Pb+CO2代表为：烧结焙烧-鼓风炉还原熔炼便是该法的传统炼铅方法。占目前世界产能90%。逐步兴起的更为环保和回收率更高的直接炼铅法也是基于此种原理缺点：对环境的污染严重和能耗高。铅冶炼工艺简述铅冶炼的方法2、反应熔炼法：是在高温和氧化气氛下使硫化铅精矿中的一部分PbS氧化成PbO和PbSO4,成的PbO和PbSO4再与PbS反应得到金属铅的方法。2PbS+3O2=2PbO+SO2；2PbO+PbS=3Pb+SO2,PbS+2O2=PbSO4；PbSO4+PbS=Pb+SO2由于硫化铅氧化是放热反应，所以在实践中只配入少量燃料做热源和还原剂，即可维持反应所需要的温度。反应熔炼常在膛式中进行，故称膛式炉熔炼。也可采用电炉、反射炉或短窑等设备。缺点：要求精矿品位高，杂质元素含量要求严格，直收率低（约65%），劳动条件差。铅冶炼工艺简述铅冶炼的方法3、沉淀熔炼法：该法利用对硫亲和力大于铅的金属（如铁）将硫化矿中的铅置换出来的熔炼方法：2PbS+Fe=2Pb+FeS；沉淀熔炼采用反射炉火电炉，该法流程简单，投资少，但铁屑消耗量大，回收率低，故工业上很少应用。直接炼铅方法20世纪80年代以来，许多直接炼铅工艺得到广泛研究，近年已在工业生产上得到完善与发展。传统工艺有被硫化铅精矿直接熔炼法完全取代的趋势。直接炼铅法艾萨法奥斯麦特法QSL法水口山法基夫赛特法卡尔多法氧化反应还原反应PbS+1.5O2—→PbO+SO2+420kJZnS+1.5O2—→ZnO+SO2+44lkJFeS+1.5O2—→FeO+SO2+426kJPbS+O2—→Pb+SO2+202kJPbS+2PbO—→3Pb+SO2－217kJPbSO4—→PbO+SO2+0.5O2－304kJPbO+CO—→Pb+CO2+82.76kJPbO+C—→Pb+CO－108.68kJCO2+C—→2CO－165.8kJ直接炼铅工艺基本原理(一）基夫赛特（Kivcet）法基夫赛特炼铅法是闪速熔炼为主的直接炼铅法。由前苏联全苏有色金属研究院开发。上世纪80年代开始工业化生产，现有意大利维斯姆铅厂和加拿大Trail铅厂采用该法生产。经多年生产运行，已成为工艺先进、技术成熟的现代直接炼铅技术。原料适应性强，可处理含铅品位20%～70%的炉料，包括湿法炼锌产出的铅银渣和浸出渣在内的各种含铅杂料，均可炼铅过程中搭配处理。在氧化区加入碎焦炭形成焦滤层，熔融的氧化铅通过焦滤层后85%还原成金属铅，经过电热还原区进一步还原和沉清分离，可使渣含铅降到2%左右。采用工业纯氧，，排出烟气量很小，烟气SO2浓度高达20%～40%，有利于烟气净化和制酸。原料准备相对复杂，要求炉料入炉粒度小于1mm，含水量小于1%。在电热还原区炉渣中的锌大部分（60%左右）被还原挥发，对含锌低的炉料不需进行烟化处理。烟尘率低，仅5%左右。(二）氧气顶吹熔炼技术（ISA法和Ausmelt法）ISA法炼铅艾萨法（ISA法）、Ausmelt法都属氧气顶吹法，由澳大利亚联邦科学工业研究组织（CSIRO）和芒特·艾萨矿业公司（MIM）共同开发的喷枪顶吹浸没熔炼技术（TSL）。MIM公司利用该项技术进行铜冶炼生产冰铜，上世纪80～90年代间采用该技术炼铅作了许多工作。Ausmelt公司从上世纪90年代开始在全世界推广该项技术，命名为Ausmelt法，分别用于铜、铅、锡冶炼和渣处理等许多领域。喷枪插入熔体内形成强烈搅动，熔炼效率高炉料准备简单，块料和粉料均可直接加入炉内圆型炉体设备占地面积小，但高度很高烟尘率高达20%以上