（冶金工程专业论文）工艺参数对锌电积电流效率及直流电耗影响的研究.pdf

m e t a l l u r g ye n g i n e e r i n g 气 _process p a r a m e t e r so nt h ez i n c e l e c t r o w i n n i n g c u r r e n te f f i c i q ya n dc o s ts t u d 厂 ， o n thempacton t h el ma c t0 fd ctd c b yg u or e n j u n s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rj i a n gl a n n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y 2 0 0 9 册i iii_ 删0 删76m 1 脚7m 1脚y 7 一 r 独创性声明 i 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。 日期：岛囊诋 a 匆牟闫l 。1 岳 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：萄t 偬 签字吼卅每妇洲刁 导师签名： 签字日期： 一 瞳 东北人学t 程颀l 学位论文摘要 工艺参数对锌电积电流效率及直流电耗影晌的研究 摘要 2 0 世纪8 0 年代后，湿法炼锌的产量己占世界总锌产量的8 0 以上。但湿 法炼锌的电耗高则是该法的一大缺陷。中冶有色电解锌厂从硫化锌精矿经焙 烧、浸出直至获得电锌的总能耗大约为5 0x10 9 j ( t z n ) ，其中电积工序的能 耗大约占8 0 左右，电流效率仅为7 9 左右。因而，降低锌电积工序的能耗是 湿法炼锌节能降耗，提高经济效益的重要途径。 通过一系列的调查分析，结合现行电解系统的各种条件的检测，发现导致 电流效率低下的主要原因是：( 1 ) 新液合格率低，尤其是钴、锑、铜指标高。f 、 c l 含量超过控制指标。( 2 ) 废液中酸、锌比偏高。针对上述问题，开展大量了 实验试验研究。( a ) 提高浸出系统搅拌强度，强度提高2 0 3 0 。控制好锰粉 的加入，中上清中锰含量保持在1 5 9 l 左右，使中上清的质量合格率在9 5 以上；( b ) 控制镁离子浓度，镁离子浓度在15 9 l 以内；( c ) 强化净化系统搅拌强 度，提高新液合格率，合格率控制在9 5 以上：( d ) 采取除f 、c l 的措施。 通过对锌电解工艺过程技术及管理方面的改进，达到使直流电耗降低到 3 1 8 0 k w h t z n 以下，电流效率达到8 7 以上的好效果。 关键词：锌冶金；湿法炼锌；直流电耗；电流效率 一 ， 伊 p r o c e s sp a r a m e t e r so nt h ez i n ce l e c t r o w i n n i n g c u r r e n te f f i c i e n c ya n dc o s ts t u d y o nt h ei m p a c to fd c a bs t r a c t t h e2 0 t hc e n t u r y ，a f t e rt h e8 0 s ，t h e o u t p u to fz i n ct h ew o r l d - st o t a lz i n c p r o d u c t i o na c c o u n t e df o rm o r et h a n8 0 z i n cb u th i g hp o w e rc o n s u m p t i o no ft h e a c ti sam a jo rf l a w f r o mz i n cs u l f i d ec o n c e n t r a t e sb yr o a s t i n g ，l e a c h i n gu n t i lt h e t o t a le l e c t r i ce n e r g yc o n s u m p t i o no fz i n ci sa b o u t5 0 x 10 9 j ( tz n ) e l e c t r o w i n n i n g p r o c e s si nw h i c he n e r g yc o n s u m p t i o ni sa b o u t8 0 ，c u r r e n te f f i c i e n c yi sa b o u t 7 9 ，z i n ce l e c t r o w i n n i n gp r o c e s st or e d u c ee n e r g yc o n s u m p t i o nz i n ci s s a v i n g e n e r g y ，a ni m p o r t a n tw a yt oe n h a n c ee c o n o m i ce f f i c i e n c y t h r o u g has e r i e so fs u r v e ya n a l y s i s ，c o m b i n e dw i t ht h ee x i s t i n gc o n d i t i o n so f e l e c t r o l y s i ss y s t e mt e s t i n ga n df o u n dt h a tl e a dt ol o w e rc u r r e n te f f i c i e n c yi s m a i n l yd u et o ：( 1 ) an e wl o wr a t eo ff l u i dp a s s i n g ，e s p e c i a l l yc o b a l t ，a n t i m o n y ， c o p p e rt a r g e t sh i g h f ，c ic o n t e n to v e rc o n t r 0 1 ( 2 ) w a s t eo fa c i d ，z i n ct h a nt h e h i g h i nr e s p o n s et ot h e s ep r o b l e m s ，t h ep i l o tc a r r i e do u tal a r g en u m b e ro f e x p e r i m e n t a ls t u d i e s ( a ) i n c r e a s et h el e a c h i n gs y s t e m ，m i x i n gi n t e n s i t y ，t h e s t r e n g t hi n c r e a s e db y2 0 30 c o n t r o lt h ea d d i t i o no fm a n g a n e s ep o w d e r m a n g a n e s ec o n t e n ti nt h es u p e r n a t a n tk e p ta t1 5 9 lo rs o ，s ot h a tt h ep a s s i n gr a t e t h eq u a l i t yo ft h es u p e r n a t a n ta t9 5 ；( b ) c o n t r o lt h ec o n c e n t r a t i o no fm a g n e s i u m i o n s ，m a g n e s i u mi o nc o n c e n t r a t i o no f15 9 lw i t h i n ；( c ) s t r e n g t h e nt h e p u r i f i c a t i o ns y s t e mm i x i n gi n t e n s i t y ，an e ws o l u t i o nt oi m p r o v et h ep a s s i n gr a t e ， w i t hap a s sr a t eo fm o r et h a n9 5 ；( d ) t ot a k ei na d d i t i o nt of ，c im e a s u r e s f i n a l l y t h r o u g ht h i sp r o c e s s ，t h a ti s ，t oc o n t r o lt h ec o n c e n t r a t i o no fm a g n e s i u mi o n s2 5 9 lb e l o wf l u o r i d ec o n t r o l8 0 m g lo rl e s s ，c h l o r i n ec o n t r o l16 0 m g l o r1 e s s t h e n e ws o l u t i o nm o r et h a n9 5 p a s sr a t e ，s t r e n g t h e nf i e l dm a n a g e m e n ta n dc o n t r o lo f a c i d ，z i n cr a t i o ，t h et i m e l yr e p l a c e m e n to fs t a n d a r dp l a t e s ，s ot h a td cp o w e r 318 0 k w h t z nd o w nt ob e l o w8 7p e r c e n tc u r r e n te f f i c i e n c yr e a c h e dm o r et h a na g o o de f f e c t k e y w o r d s ：z i n cm e t a l l u r g y ；z i n c ；d cp o w e r ；c u r r e n te f f i c i e n c y 一 一 东北人学工程硕i 二学位论文目录 目录 。第一章绪论1 1 1 我国湿法炼锌的发展概述1 1 1 1我国锌冶炼的技术进展2 1 1 1 1 常规湿法炼锌工艺3 1 1 1 2 高温高酸浸出炼锌工艺3 1 1 1 3 氧压浸出工艺5 1 1 1 4 氨浸6 1 1 2 湿法炼锌设备的发展8 1 1 2 1 焙烧设备8 1 1 2 2 过滤设备8 1 1 2 3 锌电积及冷却设备9 1 1 2 4 阴极锌熔铸设备1o 1 2 国外湿法炼锌发展概述1 0 1 2 1 锌精矿氧压浸出1o 1 2 2 奥托昆普转化法1 1 1 2 3 细菌冶金1 1 1 2 4 固硫还原法1 2 1 2 5 悬浮电解法l2 1 2 6 在线自动控制三段净化技术1 3 1 2 7 电积全自动出装槽及剥锌技术1 3 1 2 8 西班牙r d 公司溶剂萃取技术( z i n q i x ) 1 3 1 2 9 硫化锌精矿催化氧化酸浸工艺1 3 1 2 1o 二氧化硫电积法l4 1 2 1 1 氢扩散阳极电积法l4 1 2 12z n - - m n 0 2 同时电解法1 4 1 3 提高电流效率在湿法炼锌中的现状概述l5 1 3 1 提高电流效率的作用l5 1 3 2 在湿法炼锌中已经形成的提高电流效率技术15 1 3 2 1 提高电解液的纯度15 1 3 2 2 降低系统有机物的含量15 1 3 2 3 增加阴极板的有效面积l6 1 3 2 4 控制好电解液的酸锌比16 1 。3 。2 5 缩小极距，增加极板16 东北人学t 程硕士学位论文目录 1 3 2 6 降低电流密度16 1 3 2 7 缩短阳极清理周期16 1 3 2 8 添加剂的使用16 1 4 中冶有色电解锌厂的现状及项目提出的背景17 1 5 论文主要研究内容17 第二章课题的理论基础18 2 1 热力学分析l8 2 1 1 浸出过程的热力学基础18 2 1 2 置换净化的热力学2 1 2 1 2 1 锌粉置换除铜镉基本原理2 2 2 1 2 2 锌粉置换除铜镉的限度2 2 2 1 3 锌电积热力学分析2 3 2 1 3 1 法拉第电解定律2 3 2 1 3 2 能斯特公式2 4 2 2 动力学分析2 5 2 2 1 浸出过程的动力学2 5 2 2 1 1 扩散过程控制2 5 2 2 1 2 界面反应过程控制2 5 2 2 2 置换净化的动力学2 6 2 2 3 电积过程动力学分析2 7 2 2 3 1 电化学动力学2 7 2 2 3 2 扩散动力学2 8 2 3 阳极过程2 9 2 3 1 铅阳极的溶解与保护2 9 2 3 2 氧在阳极析出的超电压2 9 2 4 阴极过程3 0 2 4 1 杂质含量低时3 0 2 4 2 杂质在阴极上的放电析出3 1 第三章工艺参数对电效及电耗的影响3 2 3 1 企业的现状3 2 3 1 1 使用的原料情况3 3 3 1 2 使用的中上清和新液成分情况3 4 3 1 3 废电解液酸、锌及槽温、电流情况3 6 3 1 4 溶液中氟、氯含量的控制3 7 3 1 5 输电线路及导电头的运行情况3 8 东北大学t 程硕士学位论文 目录 3 1 6 现场管理3 9 3 1 6 1 阴阳极回收3 9 3 1 6 2 槽面管理3 9 3 1 6 3 中上清液的净化3 9 3 1 6 4 电积液电导率3 9 3 2 存在的主要问题及改进3 9 3 3 改进措施4 0 3 4 改进的具体内容及结果4 0 3 4 1 深度净化4 0 3 4 1 1 提高中上清质量4 0 3 4 1 2 控制镁离子浓度4 2 3 4 1 3 控制氟、氯浓度4 6 3 4 1 4 提高新液质量4 6 3 4 2 引进先进的电解制度4 8 3 4 2 1 适当降低废液酸、锌比，强化电解液循环4 8 3 4 2 2 合理使用添加剂4 9 3 4 2 3 降低系统有机物的含量4 9 3 4 2 4 及时清理不合格极板4 9 3 4 3 降低总电阻5 0 3 4 3 1 降低电积液电阻5 0 3 4 3 2 降低极板及接触点电阻5 0 3 4 3 3 降低阳极泥电阻5l 3 4 3 4 降低电流密度5 1 3 4 4 加强现场管理5 2 3 4 4 1 缩短阳极清理周期5 2 3 4 4 2 加强槽面管理5 2 3 4 4 3 加强查导电5 2 3 4 4 4 改进掏槽横电方式5 2 3 5 系统改进后的效果5 2 3 6 问题讨论5 4 3 6 1 镁对电积过程的影响5 4 3 6 2 酒石酸锑钾的使用5 5 3 6 3 一些微量元素的作用5 5 3 7 提高电流效率，降低直流电耗是系统工程5 5 3 8 发展潜力5 5 东北人学r 丁程硕上学位论文 第五章结论5 参考文献5 致谢5 东北大学 程硕上学位论文第一章绪论 第一章绪论弟一早三百t 匕 炼锌工艺分为火法炼锌和湿法炼锌，湿法炼锌主要由锌精矿沸腾焙烧、烟 气制酸、浸出、净化、电积、熔铸等工序组成。其优点是环境卫生、劳动条件 好，能够综合回收有价金属，金属回收率高，产品质量好，易于实现大规模、 连续化、自动化生产。随着各国对环保要求的日趋严格，湿法炼成为锌冶炼的 一种主导方法。2 0 0 2 年统计的全国锌产量中，湿法炼锌占6 7 ，火法炼锌占 3 3 。世界锌产量的9 0 是用湿法生产的。二十世纪九十年代，随着单系列1o 万t a 电锌冶炼厂的建设，10 9 m 2 的大型沸腾焙烧炉、余热锅炉、焙砂沸腾冷 却器、高效冷却筒、15 0 m 3 高效节能搅拌槽、机械化剥锌片机、4 0 t 大型低频 熔锌感应电炉、自动浇铸一码剁一打包机等先进设备和锑盐三段深度净液技术 的研制和应用，我国湿法炼锌技术水平进入了世界先进水平1 。 从1 9 1 6 年第一座湿法炼锌工厂成立以来，湿法炼锌主要采用传统湿法炼 锌工艺，该工艺产生的浸出渣采用回转窑处理，该方法的弊端有能耗高、过程 复杂、劳动条件差、耐火材料消耗高等，为此科研工作者开展了广泛的研究， 相继研究成功了热酸浸出一黄钾铁矾法、针铁矿法、赤铁矿法等湿法处理新工 艺，解决了湿法炼锌长期以来的浸出渣处理关键问题，既强化了浸出过程，又 简化了渣处理过程，使锌的回收率大幅度提高，促进了湿法炼锌的高速发展。 2 0 世纪8 0 年代后，湿法炼锌的产量已占世界总锌产量的9 0 以上。进入9 0 年代，研制成功了硫化锌精矿和高硅氧化锌矿石直接酸浸法。同时为了降低锌 精矿氧压酸浸对温度、压力的要求，进行了催化试验，取得了可喜的成果。为 了使湿法炼锌的工艺过程进一步简化，又进行了硫化锌矿直接电积的试验研 究，该研究的成功将从根本改变目前的湿法炼锌工艺，使其有更广阔的发展前 景2 】。 1 1 我国湿法炼锌的发展概述 我国是最早发展炼锌技术的国家。 法炼锌中的蒸馏法炼锌为主。19 51 年， 2 0 世纪7 0 年代前我国炼锌技术是以火 沈阳冶炼厂第1 个湿法炼锌车间投产， 并于19 5 6 年扩产到电锌1 万t a ，为我国湿法炼锌的发展奠定了基础。19 6 8 年 株洲冶炼厂5 万t a 电锌湿法炼锌系统投产，19 7 9 年形成年产电锌10 万t 的能 力。从此，我国以火法炼锌为主的状况开始改变。自2 0 世纪8 0 年代以来，我 国锌冶炼无论是技术还是产量均有了很大的发展。19 9 2 年，我国锌产量增到 7 1 9 万吨，跃居世界第l 锌生产大国；19 9 4 年全国锌产量突破百万吨大关， 东北人学工程硕t = 学位论文 第一章绪论 达10 1 7 1 万吨；2 0 0 8 年，全国锌产量继续增加到3 9 1 万吨。目前，我国锌年 产量在l o 万吨以上的企业己有7 家，其中株洲冶炼厂、韶关冶炼厂和西北铅 锌冶炼厂的技术装备水平接近2 0 世纪9 0 年代的世界水平。但是我国大部分企 业的技术装备水平还远远落后与世界水平，大部分锌冶炼企业单系列年产量在 2 万t 以下，锌冶炼仍处于粗放式生产阶段，低水平重复建设，规模小、工艺 落后、生产成本高、环境污染严重、资源浪费大。株洲冶炼厂是我国最大的湿 法炼锌厂之一，年产量达到4 0 万t 。其锌生产工艺流程为焙烧一浸出一净化一 电解一熔铸。锌电解生产需消耗大量电能，历年来耗电量占锌生产总用电量的 7 5 左右。电解电耗包括直流电耗和交流电耗，其中直流电耗约占电解电耗的 9 0 。因此，直流电耗指标是电解生产重要的技术经济指标。近年来电锌生产 能力增长迅速，锌精矿供不应求，质量下降，锌精矿含杂质较高，锌电解经常 出现析出锌返溶，生产技术条件难以控制，直流电耗居高不下。为了降低直流 电耗，提高经济效益，增强企业竞争力，企业组织了一系列技术攻关。通过积 极探索，不断改进，大胆创新，技术日臻完善，2 0 0 6 年以来锌电解直流电耗稳 定在3 0 6 0 k w h t 以下，居于世界先进水平。 2 0 世纪6 0 年代以来，我国湿法炼锌技术有了新的发展，从高温浸出液中 除铁的黄钾铁矾法、针铁矿法、赤铁矿法相继在工业上得到应用，解决了浸出 渣的湿法处理问题，提高了锌冶炼的回收率，改善了劳动条件，目前这些技术 在国内外已广泛应用。 湿法冶炼工艺的标准流程是锌精矿焙烧一浸出_ 净液一电积一电锌产品。 其中因浸出作业的条件不同又分为低温常规浸出和高温高酸浸出两种。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。浸出液除铁在我国又有四种不同工艺，如西北铅锌厂、白银锌 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；水口山、祥云飞龙实业有限公司等 采甩针铁矿法；温州冶炼厂等采用喷淋法除铁( 称为仲针铁矿法) 。基于这些区 别，湿法炼锌工艺流程呈现出多样性。 湿法炼锌单系列10 万t a 电锌的现代化冶炼厂分别在白银、株冶、曲靖、 济源等地建成投产。其装备和自控水平已达世界先进水准，在工艺操作方面， 劳动生产率及净液深度与发达国家相比仍有较大差距。 1 1 1 我国锌冶炼的技术进展 上世纪9 0 年代，随着单系列10 万t a 电锌冶炼厂的建设，10 9m 2 的大型沸 腾炉焙烧炉、余热锅炉、焙砂沸腾冷却器、高效冷却筒、15 0m 3 高效节能搅拌 东北人学工程硕士学位论文 第一章绪论 槽、全塑大型电解槽、机械化剥锌片机、4 0t 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技术等的研制和采用，我国湿 法炼锌技术水平进入了世界先进行列2 1 4 1 。 1 1 1 1 常规湿法炼锌工艺 常规湿法炼锌工艺，即硫化锌精矿焙烧一常压酸浸工艺，工艺主流程包括： 锌精矿焙烧、浸出、溶液净化、电解沉积、阴极锌熔铸5 个主要工序。锌精矿 经流态化焙烧，焙烧烟气制酸、焙烧矿经一段中浸、一段酸浸、中浸上清液送 净化、净化后新液送电积产出电锌，浸出渣采用回转窑挥发生产氧化锌返回浸 出。株洲冶炼厂是国内最早采用该工艺的工厂，其电耗达到3 0 0 0 k w h t z n 。 在常规湿法炼锌中，一部分锌损失在浸出渣中，锌直接回收率8 0 8 5 左右，因此，需设置浸出渣火法处理设施，以回收渣中的锌，一般采用回转窑 挥发法，产出的氧化锌返回浸出回收锌，同时从氧化锌中综合回收各种有价金 属。回转窑所产窑渣为无害渣，可经磁选后回收铁，不会对周围环境造成污染。 该法主要技术经济指标好。株洲冶炼厂为国内常规法生产典型代表，具有年产 电锌4 0 万吨的能力，锌冶炼总回收率达9 5 以上，综合利用率达7 0 ，综合 耗煤为2 2 9 t t z n ，工艺稳妥可靠，操作方便，设备材质易解决，但该法一次 性建设投资较高，占地面积大，焦粉及耐火材料消耗多。为此，高温高酸浸出 工艺受到广泛关注。5 1 1 1 1 2 高温高酸浸出炼锌工艺 自2 0 世纪6 0 年代以来，高温高酸浸出工艺在国外投入工业生产。该法与 常规湿法炼锌法的主要区别在于对浸出渣的处理方法不同。目前，世界上采用 的浸出渣处理技术主要有：黄钾铁矾法、针铁矿法、赤铁矿法、喷淋除铁法等。 这些方法的共同特点是对浸出渣进行高温高酸浸出，使渣中铁酸锌溶解而进入 溶液，其区别是采用不同的工艺和技术条件从溶液中除铁，使铁分别以易于沉 降过滤的黄钾铁矾、针铁矿及赤铁矿等形态分离。目前国内外湿法炼锌厂中黄 钾铁矾法应用最多，针铁矿法应用较少，赤铁矿法目前国外只有两家应用，喷 淋除铁法在温州冶炼厂和意大利s a m i m 公司维斯麦港锌厂采用。6 7 1 鸭1 ( 1 ) 黄钾铁矾法 热酸浸出黄钾铁矾法在19 6 8 年开始应用于挪威锌公司电锌厂、澳大利亚 里斯顿锌厂的工业生产，国外有2 0 多家工厂使用该法。我国自2 0 世纪8 0 年 代初开始进行黄钾铁矾法工业试验，l9 8 5 年首先在柳州市有色冶炼厂应用于工 业生产，获得了良好的工业试验结果和较好的生产技术指标。该厂工艺流程为： 锌焙烧矿经一段中浸、一段低浸、一段高浸，沉矾采用锌焙砂作中和剂，加入 碳酸氢铵，铁矾渣再经酸洗以降低渣含锌。其优点为流程简单、投资省、见效 快，锌浸出率较常规法有明显提高，可达到9 5 9 7 。19 9 2 年建成投产的西 东北人学工程硕上学位论文 第一章绪论 北铅锌冶炼厂采用热酸浸出黄钾铁矾法，并从国外引进先进技术及设备，整个 生产系统基本实现设备大型化、生产连续化，其装备水平达到当时世界先进水 平，年产电锌10 万吨，锌冶炼回收率为9 3 。 此法中p b 、a g 及稀散金属进入矾渣中，不利于综合回收，矾渣中含有少 量c d 、a s 、c u 等，易造成环境污染。为了改进常规黄钾铁矾法，澳大利亚里 斯顿锌厂已研究成功降低铁矾渣中有价金属含量的“低污染黄钾铁矾法”，我国 长沙矿冶研究院于8 0 年代即开展了此项研究，并已在赤峰冶炼厂成功地用于 工业生产。低污染黄钾铁矾法在沉矾过程中不需加中和剂就能达到除铁的目 的，沉淀出“纯”矾渣，提高了锌、铅、银等有价金属的回收率，同时减少了对 环境的污染，具有良好的经济效益和社会效益。 我国西北铅锌冶炼厂于19 9 6 年19 9 8 年通过技术改造和生产实践，基本 上形成了一套适合本系统操作的“仿低污染”或“半低污染”的铁矾工艺，主要是 减少沉矾焙砂的加入量，并用碱式硫酸锌、尾矿氧化锌替代部分焙砂，降低了 钒渣中不溶锌的含量，并使渣率下降约2 ，既改善了环境状况，又增加了经 济效益。 19 9 9 年建成投产的来宾冶炼厂采用热酸浸出黄钾铁矾法处理高锢高铁锌 精矿，年产电锌6 万t ，铁矾渣经焙解( 现改为挥发法) 用萃取法回收铟，是目前 世界最大铟回收工厂。该厂吸收了国内外热酸浸出法优点，工艺及设备完全国 产化。上述工厂的建成投产标志着我国湿法炼锌技术达到了新的水平。 ( 2 ) 针铁矿法 比利时老山公司巴伦厂于19 7 1 年首先在工业中采用针铁矿法，简称v m 法，目前世界上有4 家工厂采用该法。我国中南矿业学院、水口山矿务局、南 宁冶金研究所等单位于1 9 9 3 年就开始进行针铁矿法试验研究，水口山四厂于 1 9 9 5 年投入工业生产。该法优点是渣量较少，约为铁矾渣量的6 0 ，不需要 消耗碱试剂，尤其对回收稀散金属有利，如i n 回收率可达9 0 以上，缺点为 需增加一道还原工序，工艺流程较复杂，并需用还原剂，蒸汽消耗量较黄钾铁 矾法高约4 0 ，因此该法的基建投资和经营费用较黄钾铁矾法要高，阻碍了该 法的使用。 该法其热酸浸出工序技术条件与黄钾铁矾法相同，但在除铁前需增加一道 还原工序。还原剂一般采用硫化锌精矿。使溶液中的f e 3 + 还原成f e 2 + ，再用空 气缓慢氧化为以针铁矿形式沉淀。该厂后因种种原因改用常规湿法炼锌工艺。 2 0 世纪7 0 年代澳大利亚电锌公司研究一种新的针铁矿法，简称e z 法。该法 是将高f e 3 + 溶液均匀缓慢地加入至不含f e 的溶液中，要求沉f e 溶液含f e ” 浓度 1g l ，使f e ”以针铁矿沉淀，又称为稀释法。我国温州冶炼厂于l9 8 5 年 采用e z 法，获得了良好结果。e z 法与v m 法都是形成f e o ( 0 h ) ，要求 东北火学工程硕士学位论文第一章绪论 f e ” 1g l ，但e z 法比v m 法省去了f e 3 + 的还原工序，工艺流程简单，但稀 散金属进入铁渣不利于回收，而v m 法的热酸浸出液经中和还原后，先沉i n 后沉f e ，对稀散金属回收有利。热酸浸出工艺特点是锌浸出率高，国外锌冶炼 回收率达9 7 以上，有效解决了浸出渣处理问题，一次性建设投资较省，但生 产操作要求严格，设备材质要求耐高温高酸，高浸渣及铁渣为有害渣，需设置 特殊渣场堆存，以防污染环境。 ( 3 ) 赤铁矿法 世界上只有日本板岛和德国达顿两家电锌厂采用此法( 后者已改为氧压浸 出法) 。该法优点是金属回收率高，原料的综合利用好，适于处理含a u 、a g 、 c u 、i n 、g e 、g a 高的原料，产出的石膏可作为商品出售，赤铁矿渣含铁高， 经焙烧脱硫后可作为炼铁原料，实现“无废渣”冶炼，但因需用昂贵的钛材制造 耐高温、高压设备，投资费用高，蒸汽消耗大，工艺也较复杂，因此尚未得到 广泛采用。但随着环保要求日益严格，材料设备的不断改进，该法今后必将获 得很好发展。 ( 4 ) 喷淋除铁法 该法是我国江苏冶金研究所与温州冶炼厂共同开发的新工艺，己于19 8 4 年在温州冶炼厂投入工业生产。生产世界表明：该工艺具有流程简单，操作方 便，经营费用低，投资省，对原料的适应性强，不需碱试剂，不需还原、高温、 高压过程等优点，适用于精矿来源复杂的中小型冶炼厂。锌回收率稍低、渣含 锌较高为此法的主要缺点。19 9 2 年温州冶炼厂对此工艺进行了完善，意大利 s a m i m 公司维斯麦港锌厂也采用了此法。改善后的工艺锌回收率高，能有效 地除去大量杂质，如a s 、s b 、f 及s i 0 2 等，具有较好的发展前景。 ( 5 ) 处理高硅硫化锌精矿的新工艺 我国长沙矿冶研究院针对赤峰冶炼厂处理的硫化锌精矿含s i 0 2 较高的特 点，由选择性浸出、快速脱硅、高酸浸出、预中和、低污染沉矾等工序所组成 的浸出新工艺。该厂已在1 9 9 5 年建成投产，原料含s i 0 27 8 ，设计的锌浸 出率为9 6 ，脱硅后液s i 0 2 可降至0 15 9 l ( 由于原料成分改变，现已改为热酸 浸出一低污染铁矾法) 。 1 1 1 3 氧压浸出工艺 2 0 世纪8 0 年代初，国外开发出氧压浸出新工艺。并投入工业生产，至今 有2 0 余年的生产实践。该法可不用流态化焙烧制酸，而采用锌精矿直接氧压 浸出，浸出液经净化、电积生产电锌，硫以元素硫形态回收。该法具有锌浸出 率高，工艺流程短，投资较大，环保好等优点，是湿法炼锌技术的发展方向。 ( 1 ) 硫化锌精矿催化氧化酸浸工艺 考虑到硫化锌精矿氧压浸出需在高温高压下进行，设备材质要求钛材等实 东北人学工程硕卜学位论文第一章绪论 际困难，国内外对催化氧化酸浸进行了试验研究。澳大利亚大洋洲电锌公司用 氧化氮一氧的混合物做了常压直接酸浸的试验，我国也进行了探索性试验。试 验在10 0 及4 0 0 k p a ( 总压) 下进行，以硝酸做催化剂。试验结果表明，锌浸出 率达到9 7 ，元素硫产率达8 4 3 。本工艺方法的设备可用普通不锈钢就可以 解决。2 0 0 2 年云南冶金集团等三个单位协同进行了工业化试验，只需9 0 m i n 即能达到浸出的预期效果，使硫化锌精矿的氧压浸出取得了突破性的进展。 ( 2 ) 高银硫化锌精矿液相氧化直接浸出新工艺 该工艺由中国科学院化工冶金研究所在2 0 0 0 年研究提出，已通过扩大试 验，锌的一次浸出达到9 4 5 ，银的一次浸出达到8 7 4 。试验在反应塔内进 行，在一定温度、压力、催化剂的作用下，用空气作为氧化几何搅拌介质，锌 精矿中的锌变成可溶性锌离子进入溶液中，硫以单质硫火硫酸根离子存在，从 而减少了常规工艺中脱硫的污染。该技术具有工艺流程简单、产品质量高、生 产成本低、基本上无污染等特点。用该技术对矿产品进行深加工，除了能使产 品升级，更可使产品获得高附加值，具有很好的推广应用价值。 ( 3 ) 高铁锌精矿铁自动催化加压浸出新工艺 云南冶金集团和昆明理工大学联合开发了，处理含z n4 2 17 、f e1 4 3 8 、 s2 9 2 8 的精矿，工业性连续试验指标达到：锌浸出率9 8 0 5 ，铁浸出率仅 2 9 2 2 ，元素硫转化率9 2 2 。该技术已建成投产了1 0 0 0 0t a 电锌的生产线， 进入了产业化阶段。该工艺将常规湿法炼锌的焙烧、余热锅炉、收尘、制酸、 浸出、渣处理等多道工序合并为一段或两段加压浸出，流程简洁。另外，该工 艺直接产出元素硫，避免了焙烧烟气制酸后尾气排放，残余s 0 2 及酸雾对环 境的污染，是一项清洁工艺，尤其对于硫酸没有销路的地区具有更大的优越 性。 ( 4 ) 高硅氧化锌矿的处理近年有突破性进展。 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的中温中酸浸 出渣，按适当配比混合，再经高温高酸浸出、针铁矿法沉铁、脱硅、净液、电解 生产电锌，已取得国家专利。该厂采用上述工艺己生产多年，锌的总回收率达 9 4 左右。2 0 0 5 年该厂电锌产量已突破5 万t a ，证明该工艺成熟可靠，为我 国难处理高硅氧化锌矿经济有效地利用开创了新途径。 1 1 1 4 氨浸 以氨或氨与铵盐做浸出液的浸出过程称为氨浸。目前，氨浸法在有色金属 湿法冶金中的应用日益广泛特别是应用于铜、镍、钻等的冶炼，在湿法炼锌 中的应用目前还处于研究阶段，国内外虽有少量报道，但均不全面、不系统。 当前，工业上大多数湿法炼锌厂家基本上采用传统的硫化矿焙烧一硫酸浸出一 净化一电积法炼锌，针对目前锌精矿的品位不断下降，而杂质含量特别是硅、 东北大学1 = 程硕上学位论文 口 第章绪论 铁、氯、氟等含量的不断上升，造成选矿和冶炼都非常困难。采用氨浸法处理 含锌物料回收有价金属，具有原料适应性广、工艺流程短、净化负担轻、环境 污染小、产品品种多、投资少等特点，对动湿法炼锌技术的进步具有深远的意 义。 ( 1 ) 氨浸法在湿法炼锌中的优点：对于低品位锌矿，特别是含硅、铁、氟、氯、 碳酸盐等杂质含量高的含锌物料，采用传统的酸法处理必将消耗大量的酸，同 时产生硅酸盐胶体，造成矿浆澄清抽滤困难，而且锌浸出率也较低。国内外如 昆明贵金属研究所虽研究了连续浸出一絮凝法，而且取得了一定的效果，但对 硅酸锌在总锌中的含量要求严格，当硅酸锌含量在5 0 左右时，锌浸出率为 8 0 8 5 ，当硅酸锌含量达9 0 时，锌浸出率下降到6 0 左右。如采用氨一碳 氨法处理该矿时具有明显效果，锌浸出率可达9 1 以上，锻烧所得产品可达间 接法氧化锌b 2 0 1 一级品要求，氨浸法除了能处理高硅、高碳酸盐氧化锌矿外， 还适宜处理含铁、氟、氯、砷、锑、钙、镁等杂质含量高的含锌物料，这些不 与氨配合的杂质均不进人溶液。在传统工艺中对于含以上杂质高的原料虽成功 地开发出各种处理方法，但是工艺流程长、过程复杂、成本高、技术指标难以 控制。此外，氨浸法除了能处理低品位氧化锌矿外，还可以处理锌烟灰、锌焙 砂、铸锌渣灰和各种含锌冶炼废渣等。因此，氨浸法回收锌具有非常广的适应 性。 ( 2 ) 净化负担轻：采用氨浸法处理各种含锌物料，物料中的许多有害杂质不与氨 配合而留在渣中。同时，因该体系为弱碱体系，许多有害杂质在此条件下发生 水解而留在渣中，其他可与氨配合的杂质c u 、n i 、c o 等进入溶液后，一次加 入适量锌粉除杂均可达电积要求。杂质总类和含量均很低铁可除至0 1 9 l 以 下，对生产高纯锌具有重要意义。而且，所有操作均在常温常压下进行，操作 简单，杂质净化非常容易，特别是钴，在该体系中用锌粉极易在常温常压下除 去，不需加热。但在酸浸体系中，除钴需要加锑盐或砷盐，且需加热至8 5 9 0 。c ， 操作条件苛刻，除钴后溶液又要冷却至4 0 5 0 才能进行电积，消耗大量能量。 此外，采用氨浸法浸取还可有效回收有价金属银，且回收率可达5 7 以上，比 国内外如株洲冶炼厂的3 4 3 高出近一倍。因此，采用氨浸法所得浸出液杂质 种类少、含量低，净化除杂容易、过程简单，有价金属回收率高。 ( 3 ) - 1 - 艺流程短：采用氨浸法处理各种含锌物料，浸出液中杂质种类少、含量低， 从而决定了该工艺省去了许多除杂工序，形成较短工艺流程。如制取高纯电锌 只需浸出、净化、电积3 个基本工序，该法不但具有工艺流程短，而且还可实 行封闭循环操作，减少对环境的污染。 ( 4 ) 产品品种多：采用氨浸法处理各种含锌物料可以制取氧化锌、磷酸锌、阴极 锌和锌粉。在制取氧化锌方面，目前己成功地开发氨法制取氧化锌，该工艺以 东北大学工程硕一 ：学位论文 第一章绪论 含氧化锌物料为原料，经氨水或氨一按溶液浸出，浸出液经净化除杂后蒸氨， 所得碱式碳酸锌沉淀经烘干、锻烧后利得氧化锌产品。在制取磷酸锌方面，中 南大学冶金科学与工程系唐漠堂教授己开发出氨硫钱法制取磷酸锌工艺，该 工艺以氧化锌矿为原料，用氨、硫钱溶液浸取，浸出液经净化后用加入磷酸得 到磷酸锌沉淀( z n 3 ( p 0 4 ) 2 ) ，沉淀经磷酸溶解后煮沸制得符合涂料要求的磷酸锌 产品。在制取阴极锌方面，中南大学冶金科学与工程系杨声海老师己成功开发 出氨氯化铵处理氧化锌矿制取高纯阴极锌新工艺，该工艺以氧化锌矿为原料， 以氨氯化铵溶液为浸出剂，浸出液经净化后电积制得含f e 9 9 9 9 5 的高纯锌。在制取锌粉方面，北京矿冶研究总院已开发氨水制取锌 粉工艺，该工艺以氢氧化锌为原料，经氨水浸出后净化，净化液经电解制得松 装密度为0 4 5 9 c m ，比表面积为2 3 7 r d g 的锌粉。随着人们对氨浸法的不断 的认识，将会出现更多、更有价值的各种含锌产品。该法具有良好的经济效益 和广阔的应用前景，该工艺对传统湿法炼锌工艺提出了新的挑战，在2 1 世纪 的应用具有不可估量的价值1 。 1 1 2 湿法炼锌设备的发展 1 1 2 1 焙烧设备 我国早期用反射炉和多膛炉作硫化锌精矿焙烧设备，19 5 7 年葫芦岛锌厂将 一座多膛炉改造成我国第1 座锌精矿流态化焙烧炉，对促进我国焙烧技术的发 展起了指导作用。19 6 7 年，国内最大流态化焙烧炉( 4 2 m 2 ) 在株洲冶炼厂顺利投 产，将我国流态化焙烧技术提升到一个新水平。2 0 世纪9 0 年代，西北铅锌冶 炼厂及株洲冶炼厂先后引进德国鲁奇型流态化焙烧炉( 10 9 m 2 ) ，床能力可达 6 5 8 t 精矿m s d 。随着计算机技术的不断发展。对流态化焙烧过程自动化控制 水平也日益提高。目前，我国流态化焙烧炉均设有余热锅炉，焙烧i t 硫化锌精 矿可产出约1 t 左右的蒸气用于湿