湿法炼锌电解车间设计论文

1、 第 I 页摘摘 要要本设计是根据金山铟锗化工有限公司的实际情况，对该厂在原有的生产规模上进行扩建，其扩建规模为 10 万吨/年。本设计的内容主要包括：工艺流程的选择与论证、电解车间主要技术经济指标的选择与论证、冶金计算、车间的配置设计、设备的选择与计算、综合利用与环境保护、车间组织与经济分析。本设计的重点是电解车间。本设计所采用的是国内普遍采用的湿法炼锌传统工艺：锌精矿焙烧浸出净化电积熔铸锌锭。本设计的主要技术经济指标如下：锌的总回收率：95%；电解槽电压：3.3V；总电流强度：25000A；阴极电流密度：480 A/m2； 电流效率：90%；年工作日：330 天；直流电单耗：3006.69

2、7kWh/t。本设计严格按照设计的基本原理和国家的相关标准以及技术规范，吸取国内外的先进的技术经验，结合自身的实际情况，选择国内的成熟设备 ，设计出劳动强度低、生产效率高、环境污染少的方案。关键词关键词：湿法炼锌；电解；车间；设计 AbstractAccording to the actual situation of Jinshan Zinc Factory, this design carries on the 第 II 页extension to this factory in the original scale of production, its extension scale i

3、s 100,000 t/a. The contents of the design include the choice and proof of technological process, the choice and proof of the main technical and economic index in the electrolysis workshop, metallurgical calculation, the design and arrangement of the electrolysis workshop, the choice and calculation

4、of equipments, comprehensive recovery and environment protection, arrange of the electrolysis workshop and the economy analysis. The key point of this design is the electrolysis workshop. The metallurgical press applied in the design is the conventional process of hydrometallurgy of zinc in domestic

5、: Zinc ore concentrate roasting leaching purification electrodeposition casting zinc spindle. The main economic and technical index of the design were listed as below:1、The total returns-ratio of zinc: 95% ; 2、The voltage of electrolysis tank: 3.3V ;3、The total current intensity: 25000A ;4、cathode-c

6、urrent density: 480 A/m2 ;5、Current efficiency:90% ;6、Working days of each year: 330 ;7、The cost of each ton cast of zinc: 3006.697kw.h/t.Zn.The design is accordance with of the basic principles of design and the national standards and technical specifications,to learn the advanced technology and ex

7、perience at home and abroad , to select a mature domestic equipment,design of low labor intensity, high efficiency,less environmental pollution. Keywords:the hydrometallurgy of Zinc, electrolysis, workshop,design 第 i 页目目 录录摘摘 要要 .IABSTRACT.II目目 录录 .I1 总论总论.11.1 概述.11.2 锌的市场分析.21.2.1 消费领域.21.2.2 消费情况

8、.31.2.3 价格分析.41.2.4 锌的市场分析.51.2.5 我国锌产品结构调整方向研究.61.2.6 综合评估.71.3 设计的基本原则与目标.71.4 设计规模方案.81.5 厂址的选择与论证.91.5.1 厂址的选择.91.5.2 建厂的可行性.91.5.3 建厂条件.91.6 主要设计方案.101.6.1 冶炼工艺.101.6.2 总图运输.101.6.3 供电.111.6.4 供水及污水处理.111.6.5 供热.111.6.6 环境保护.111.7 综合技术指标.122 工艺流程的选择与论证工艺流程的选择与论证.132.1 国内外锌冶炼方法的比较与发展动态.132.1.1 国

9、际锌冶金技术的发展趋势.132.1.2 我国锌冶金技术现状与国内外先进水平的差距.162.1.3 该企业工艺技术和装备状况.182.2 原料的来源与特点.192.2.1 世界锌矿资源分析.192.2.2 原料特点.202.3 湿法炼锌工艺流程的选择与论证.20 第 ii 页2.3.1 湿法炼锌概述.202.3.2 车间配置及介绍.223 车间技术经济指标的选择与论证车间技术经济指标的选择与论证.323.1 电解过程中技术经济指标的选择与论证.323.1.1 电流密度.323.1.2 电解液中的含酸、锌量.333.1.3 电解液中杂质含量的允许范围.333.1.4 混合比.343.1.5 槽液温

10、度.353.1.6 电流强度.353.1.7 同极中心距.353.1.8 电解周期.353.1.9 掏槽周期.353.2 技术经济指标.363.2.1 电流效率.363.2.2 槽电压.383.2.3 电能消耗.403.2.4 阴、阳极单耗.403. 2. 5 添加剂单耗.404 湿法炼锌冶金计算湿法炼锌冶金计算.414.1 锌精矿流态化焙烧冶金计算.414.1.1 锌精矿物相组成冶金计算.414.1.2 烟尘产出率及其化学和物相组成计算.434.1.3 焙砂产出率及其化学与物相组成计算.444.1.4 焙烧要求的空气量及产出烟气量与组成的计算.484.1.5 流态化焙烧物料平衡.504.1.

11、6 热平衡计算.504.2 锌焙烧矿常规浸出冶金计算.554.2.1 锌焙烧矿常规浸出浸出渣率及其化学与物相组成计算.554.2.2 锌焙烧矿常规浸出金属平衡计算.584.3 硫酸锌溶液净化冶金计算.604.3.1 铜镉渣量和成分计算.604.3.2 净液除铜镉的金属平衡.614.4 锌电解沉积冶金计算.624.4.1 电积物料平衡计算.624.4.2 电解槽热平衡计算.65 第 iii 页4. 4. 3 阴极锌熔铸的金属平衡计算.684.4.4 浮渣球磨水洗、吹锌粉的金属平衡计算.694.5 焙烧矿常规浸出浸出渣挥发窑处理的冶金计算.704.5.1 配料计算.704.5.2 氧化锌产出率、化

12、学成分与物相组成计算.714.5.3 窑渣产出率、化学成分与物相组成计算.734.5.4 烟气量及成分计算.764.5.5 综合物料平衡.784.6 挥发窑氧化锌处理冶金计算.784.6.1 焙烧氧化锌产出率及化学成分的计算.784.6.2 集斗尘与冷却管尘量及成分的计算.804.6.3 滤袋烟尘量及成分计算.804.6.4 氧化锌焙烧综合物料平衡.814.6.5 焙烧氧化锌浸出渣率及其化学成分的计算.814.6.6 焙烧氧化锌浸出金属平衡计算.834.7 年度综合物料平衡计算.855 设备的选择与计算设备的选择与计算.895.1 电解槽与阴、阳极的选择.895.1.1 电解槽.895.1.2

13、 阴极、阳极.915.2 整流设备及导电设备的选择与计算.925.2.1 整流器的选择与计算.925.2.2 导电排的选择与计算.935.3 冷却设备的选择与计算.945.4 辅助设备的选择与计算.955.4.1 新液贮槽、废液贮槽.955.4.2 循环槽、中间槽、事故槽、阴极泡洗槽、阴极反溶槽、化胶槽.965.4.3 输送泵的选择.965.4.4 起重机的选择.975.4.5 阴极板刷板机.976 电解车间的配置计算电解车间的配置计算.996.1 车间配置.996.1.1 电解槽布置.996.1.2 主厂房的确定.996.1.3 厂房标高.1006.1.4 辅助设施配置.100 第 iv 页

14、6.2 与外专业的联系.1006.2.1 土建.1006.2.2 供电和照明.1016.2.3 水道.1016.2.4 采暖通风.1016.2.5 仪表.1017 综合利用与环境保护综合利用与环境保护.1027.1 综合利用.1027.2 安全生产.1027.3 环境保护.1037.3.1 生产工艺的环保性能.1037.3.2 环保措施.1048 车间组织与经济分析车间组织与经济分析.1098.1 车间组织.1098.1.1 车间管理与定员.1098.1.2 生产工人的劳动组织与定员.1098.2 电锌生产成本.1108.3 工厂经济效果初步评估.110结论结论.112总结与体会总结与体会.1

15、13致致 谢谢.114参考文献参考文献.115附附 录录.117英文翻译 .117 第 1 页1 总论总论1.1 概述概述 锌是一种重要而又“古老”的有色金属，锌在有色金属的消费中仅次于铜和铝。锌的消费结构相当稳定，其消费量中约 50%用作防腐蚀镀层，19%用于生产黄铜，16%用于生产锌基合金，其余的则用于轧制锌板、锌的化工及颜料生产。我国早在唐朝以前就掌握了生产锌与铜的合金-黄铜技术，是世界上最早生产和使用黄铜的国家。金属锌的生产方法也是首先由我国发明的，已有九百多年的历史。后来金属锌的冶炼技术从我国输入欧洲，到十八世纪欧洲才有锌的冶炼技术。建国以后我国的锌工业突飞猛进，成为世界前列的产锌大

16、国，另外，我国的锌消费量也居世界前列。二十世纪以来，世界锌产量增长速度较快，尤其是六十年代以后增长更是迅速。 我国是铅、锌精矿及精炼铅、锌的生产大国。2001-2010 年两个五年计划期间，产量变化趋势大致相同，均呈现总体上升趋势。同时我国也是锌消费大国，2000 年我国的锌消费水平就已经超过了美国，成为世界第一大锌消费国并一直维持至今。截止2010 年，我国的锌产量占到了全球产量的 44.5%，其消费量占全球消费量的38.8%，产量和消费量均居世界第一位。加上国内锌的加工成本低于世界平均水平，锌冶炼行业均有一定盈利，所以我国锌产量迅速增长。但与工业发达国家仍存在一定差距，如：锌的人均消费量低

17、，劳动生产率低，个别工艺滞后，二次金属回收率低，研究开发力度不够，如在上述几个方面下工夫提高水平，我国锌冶炼技术可达到一个新的高度，全面赶上世界先进水平1。我国锌资源丰富，自古以来就是锌出口国，是当今世界上锌生产大国之一。我国最早的炼锌方法是土法、竖罐、横罐等。由于这些方法能耗高、劳动条件差、污染较为严重，现在已经基本上被淘汰。电热法炼锌也占一定的比例。锌冶金的发展，趋向于湿法炼锌。湿法炼锌工艺自 1915 年投产以来，已得到广泛应用，国内近 85%的锌是由湿法炼锌得到，而火法和电热法仅占 15%左右。考虑到湿法炼锌技术先进可行，经济合理，能耗少，环境保护好，成本低等优势，本设计采用湿法炼锌工

18、艺，其工艺流程大体为：锌精矿焙烧浸出净化电积。 第 2 页本设计的指导思想是从我国国情出发，本着有效利用资源，努力设计出优质低耗的锌冶炼厂，为当地人民谋福利，为国家创建更多的经济效益。本次毕业设计的任务是在广西金山铟锗化工有限公司新建年产 10 万吨锌锭（规格 GB/T470-1997 标准 Zn99.99）的湿法炼锌电解车间。任务书由昆明理工大学冶金与能源工程学院冶金系下达，设计的主要内容包括：工艺流程的选择与论证、车间技术经济指标的选择与论证、冶金计算、电解车间的配置设计、设备的选择与计算、综合利用与环境保护、车间组织与经济分析。本设计立足于使用国内成熟的设备和技术，吸取国外先进公司经验，

19、节省建设投资，进行综合回收改善环境条件，改善劳动保护、工作和劳动强度。按照在广西金山铟锗化工有限公司电锌厂的工艺基础上进行改造的原则，对建厂条件，原料供应，基建投资，市场前景，环境保护，能源利用等方面都做了综合的分析。建成投产后，将成为广西南丹的支柱产业，对南丹的经济发展将起到积极作用。1.2 锌的市场分析锌的市场分析 1.2.1 消费领域消费领域锌在国民经济中占有很重要的地位。我国锌的最终消费主要集中在建筑、通信、电力、交通运输、农业、轻工、家电、汽车等行业，中间消费主要是镀锌钢材、压铸锌合金、黄铜、氧化锌以及电池。由于中国经济持续增长，中国建筑业、汽车工业等行业的需求强劲导致了锌消费领域的

20、需求大幅增长。从最终消费看，与前几年相比，目前家电和建筑行业的需求增长放慢，而电力、通信、农业、交通运输、轻工行业的需求增长加快。从中间消费领域看，镀锌钢材增长最快，约占国内精锌消费的50上，压铸行业次之。房屋建筑对彩涂板和镀锌管的需求非常旺盛；电力、通信、高速公路和农业对镀锌铁塔、镀锌管的消耗随着这些行业的高速发展而大幅增长。另外，电池和氧化物行业锌用量每年也有一定比例的增长2。 第 3 页1.2.2 消费情况消费情况1.2.2.1 冶金产品镀锌冶金产品镀锌包括镀锌板和金属制品镀锌两大类。镀锌板是冶金行业产品结构调整的重点之一。全国现有镀锌板生产能力大于 3.16107t，包括宝钢、武钢、本

21、钢等重点企业在内，针对汽车、家电、建筑和轻工产品需要耗锌量将增加到我国第一位。据估计到 2010 年增加到 60104t，占全国耗锌量的 32%。1.2.2.2 轻工业轻工业上的耗锌以干电池消耗量最多，约占轻工业耗锌量的 80%，多年来干电池产量持续增长，碱性锌锰电池的消费美国市场占 75%、欧洲 48%、日本 25%。目前我国锌锰电池产量排名世界第一，年产量达到 150 多亿只，干电池产量经久不衰，主要受民用市场和出口需求旺盛影响。我国干电池主要以糊状和纸板电池为主，碱锰电池比例仅 10%左右，而发达国家碱锰电池比例占 50%以上，美国高达 80%，这方面我国还有发展潜力。除了干电池大量耗锌

22、外，日用五金（制锁、炊事用具、包装容器） 、日用机械（自行车、钟表） 、家用电器耗锌量也不少，约占轻工业耗锌量的 15%左右。预计今后轻工业特别是干电池耗锌还会有较大增长，并继续保持强劲的增长势头。1.2.2.3 氧化锌和立德粉氧化锌主要用于生产化工原料、颜料、涂料、催化剂和化学助剂。立德粉主要用于油漆和橡胶工业。油漆用量占 50%，橡胶用量占 12%。目前我国氧化锌和立德粉生产年耗锌 20104t 左右，其中立德粉已开发出三种系列产品，年耗锌量 9104t 左右。1.2.2.4 黄铜用锌锌能和多种有色金属制成锌合金，最主要的是锌与铜、锡、铅等制成黄铜。黄铜导电性和导热性较好，在大气、淡水和海

23、水中耐腐蚀，易切削和抛光，焊接性好，且价格便宜，常用于制作导电元件、导热元件、耐蚀结构件、弹性元件、日用五金及装饰材料。我国铜材生产目前黄铜耗锌量近 1.33106t 左右，预计今后黄铜用锌还会有适度发展，保持一定的增长速度3。 第 4 页1.2.2.5 其它行业锌与铝、镁、铜等制成的压铸合金，广泛用于机械制造以及汽车、摩托车生产，还有胶印印刷板、建筑用屋面积、日用五金等，这部分今后也会有增长。我国历年锌消费量的年均递增速率是：19601970 年为 8.9%，19701980 年为6.1%，19801990 年为 5.6%。根据预测，2010 年的年均递增率仍保持 4.5%。表 1.1 列出

24、我国锌消费结构变化及预测4。表表 1-1 我国锌的消费结构及预测我国锌的消费结构及预测1995 年2000 年2005 年2010 年使用部门消费量104t比例%消费量104t比例%需求量104t比例%年均递增率%需求量104t比例%年均递增率%镀锌业干电池氧化锌铜材用锌压铸合金其它行业221820.6147.57.424.620.123.015.68.48.73726241511531.422.020.312.79.34.34832311715732.021.320.711.310.04.75.34.28.32.56.46040402020732.121.421.410.710.73.74.

25、64.55.23.35.9全国合计89.51001181001501004.91871004.51.2.3 价格分析价格分析2011年上半年外盘锌价都处于区间震荡的形态中，高点出现在2月份，低点出现在5月份，分季度来看，一季度的波动区间要高于二季度。一季度集中在22002600美元/吨之间，二季度则下滑至20502550美元吨之间。1月份先震后跌再反弹，2月份在1月反弹的基础上展开高位震荡，3月初有一波快速下跌，从2600美元的高位直落到2200美元附近，小幅回升之后，在4月底和5月初进一步扩大跌势，直逼2000美元整数关口，在2050-2200美元之间横盘整理了一段时间之后，5月底开始震荡回

26、升，但回升过程有一些曲折和艰难。与去年上半年的行情相比，今年上半年锌价的表现要好了很多，全球经济的缓慢恢复，市场的抗压力增强以及成本支撑等因素限制了锌价的跌幅。LME三月期锌6月份官方月均价为2251美元/吨，与2010年12月相比小幅下跌1.6%，与去年同期相比上涨了26.8%，LME6月现货均价为2230美元吨，与去年l2月相比小幅下跌2.2%，与去年同期相比上涨了28%。从六大基本金属的表现来看，锌价前5个月的表现仍然偏弱，整体呈震荡下行态势，直到6月份才有所反弹，且回到了去年年底相当的水平。 第 5 页表表1-2 2011年上半年国内外锌市场价格年上半年国内外锌市场价格项目LME三月期

27、货均价（$/t）LME现货均价（$/t）SHFE当月锌平均价（￥/t）国内现货0#均价（￥/t）2010年12月2289228018458180402011年01月2383237118933183902011年02月2489246519404187682011年03月2364234118492178652011年04月2389237217538176802011年05月2180216016721166082011年06月225122301721517098201106/201012-1.6%-2.2%-7.2%-5.2%来源：LME 、SHFE、安泰科1.2.4 锌的市场分析锌的市场分析1.2

28、.4.1 锌产能情况国际铅锌研究小组(ILZSG)公布的最新月度报告显示，2011年1-4月全球精炼锌产量为427.1万吨，较上年同期的411万吨增加3.9%。全球各个地区产量普遍增长，但涨幅都不是很大，其中大洋洲贡献了最大增幅，大洋洲1-4月份的锌累计产量同比增长了7.4%，从去年的16.2万吨，增长至17.4万吨；其次是非洲，1-4月份非洲锌累计产量从去年的8.6万吨增至9万吨， 同比上涨4.65% ；亚洲1-4月份的锌累计产量比去年增加了11万吨， 同比增张4.47%，来到257万吨，欧洲和美洲前四个月的锌产量分别增长了3.5%和3%，累计产量分别为81.2万吨和62.4万吨。分国家来看

29、，产量最大的前十个国家中，秘鲁的产量增加了一倍，主要因为去年巴西沃特兰亭(Votorantim)金属集团旗下在秘鲁的Cajamarquilla冶炼厂产能从16万吨扩产至32万吨，今年产量增幅十分明显，前四个月的累计产量从去年的5万吨增加至10.2万吨；同样由于新增产能的投产印度前四个月的精炼锌产量同比增长20%至26.9万吨。相反，加拿大Kidd Creek冶炼厂自去年年中停产以后，加拿大产量明显缩减，前四个月的累计产量与去年同期相比减少了4万吨， 同比下滑15.5%；而日本在发生地震之后，停滞的产能仍未恢复，导致前四个月精锌累计产量同比下滑了12.4%。而共他国家如中国、韩国、西班牙、澳大利

30、亚、墨西哥、哈萨克斯坦、芬兰的产量保持稳定或小幅增长。1.2.4.2 锌精矿供应情况（1）2011 年 1-4 月全球锌精矿产量稳步增长 第 6 页国际铅锌研究小组(ILZSG)公布的最新月度报告显示，2011年1-4月全球锌精矿产量稳步增长，1-4月全球精炼锌产量为401.1万吨，较上年同期的383.1万吨增加4.7%；其中欧洲和大洋洲贡献了最大增幅，欧洲1-4月份的锌精矿累计产量同比增长了9.9%，大洋洲1-4月份锌精矿累计产量同比增长9.6%，产量分别打到37.9万吨和49万吨；亚洲的1-4月份的锌精矿累计产量同比增长4.7%至165.2万吨，非洲增长3.2%至9.7万吨，美洲锌精矿产量

31、几乎与去年同期持平。分国家来看，产量最大的前十个国家中，墨西哥的锌精矿产量增速最快，增长了21%，从去年的18.7万吨增长至22.7万吨，其次是印度的精矿产量从去年的24.7万吨，增长至27.7万吨，而秘鲁、加拿大和爱尔兰三个国家1-4月份的锌精矿产量分别下滑了10.7%，6%和3.5%。预计2011年上半年全球锌精矿产量大致为6280万吨5。（2）国内锌精矿产量同比呈现稳步增长态势矿山产能扩充。2011 年春节后，部分省区矿山新扩建产能陆续投产，锌精矿产量同比增长，新扩建产能中也包括多年地勘后成功的项目，此外部分企业提高了旗下矿山的日处理能力，也对精矿产量增长做出贡献。矿产资源整合的进展。虽

32、然矿企资源整合耗时较长，但随着整合进展，原减产或停产的矿企生产逐步恢复，当地锌精矿产量逐渐提高。其中陕西和广西增长较为明显，2011 年陕西全年产量为 27.23 万金属吨，同比增长 52.3%，广西全年产量为46.86 万金属吨，同比增长 31.29%。冶炼企业需求增加。由于冶炼产能扩充的需要，以及进口锌精矿数量的减少，冶炼企业对于国内精矿的需求保持旺盛，从而促进矿山产量的增长6。1.2.5 我国锌产品结构调整方向研究我国锌产品结构调整方向研究我国锌产品结构应做如下调整： (1)大力开发热镀锌合金和压铸锌合金产品； (2)氧化锌品种的开发和生产应瞄准橡胶工业； (3)开发优质立德粉； (4)

33、开发锌铝超塑性合金和锌线； (5)开发锌合金币，代替防锈铝合金； 第 7 页 (6)开发锌铜钛合金； (7)开发新型高性能锌基复合材料； (8)根据市场需求，除上述锌产品外，还宜开发表 1-7 所示的各种锌产品。表表 1-3 具有市场前景的锌产品具有市场前景的锌产品序号产品名称主要用途1锌基稀土合金新型涂层材料2一水硫酸锌用于化工、医药、化纤等部门及饲料添加剂3特级锌用于合金制造、镀锌、压延、油漆、医药、化工、电气4PX 系列喷涂锌丝防腐层喷漆用5锌基铝镁三元合金铸造用新型锌合金6新型高阻尼锌合金用于生产薄壁和轻质压铸件7超细锌粉作特殊料8醋酸锌化纤触媒和木材防腐剂9活性氧化锌橡胶硫化剂、合成

34、氨催化剂10硫化锌荧光粉作磷光剂11低铁电池锌饼做 Zn-Mn 干电池负极整体锌筒1.2.6 综合评估综合评估由于锌的化学性质，其具有广泛的用途，另外锌还是一种再次利用率较低的金属。我国锌资源丰富，所以新建电锌厂将具有广泛的市场。国际方面：在发达国家，由于资源开发限制、环境保护、劳动力昂贵等因素导致他们需要进口大量锌。同时中国加入世界贸易组织后，关税的下降有利于锌的出口。国内方面：国内市场的竞争主要是原料和能源的竞争，谁占有原料、谁拥有廉价的能源，谁就占领了市场先机。广西省锌资源丰富，锌的储量极大，因此在广西发展锌工业将具有巨大的潜力。综合上述，理论联系实际在广西南丹地区建设一个电锌厂的计划是

35、可行的，建成后的锌厂将具有广阔的市场，对广西南丹乃至广西省的经济发展将起到积极的推动作用。就本设计而言，南丹周边锌资源丰富，此地区公路、铁路交通便利。在激烈的市场竞争中将占据强有利的优势。1.3 设计的基本原则与目标设计的基本原则与目标 本次设计参考了大量国内外先进技术经验，考虑到南丹的实际技术与资金力量， 第 8 页在实际情况下，本设计采用国内成熟技术方案。 本设计的基本原则如下： (1)遵循国家安全有关文件、标准、设计规范及行业规范的规定。 (2)按照可行性研究的内容及深度要求进行设计。 (3)重视环境保护，尽可能减少各污染物的排放量并确保达标排放。 (4)重视节能降耗。 (5)重视劳动安

36、全、工业卫生及消防措施。 (6)以经济效益为中心，重视社会效益，在经济实用的前提下，追求先进，处理好投资与先进性及适用性之间的关系。 本设计的目标是在南丹电锌厂的基础上加以改善，本设计将会在生产中不断完善改进，将南丹电锌厂发展成为现代化的湿法炼锌厂。1.4 设计规模方案设计规模方案根据国家新建锌项目的规定，新建锌项目的规模必须达 10 万吨/年及以上，本设计的主导产品是 GB/T470-1997 标准 Zn 99.99 的要求，设计产量为 10 万吨/年。此外，还有副产品：金属镉锭、铅银渣、铜渣、硫酸、锌粉、铟锭等。1.5 厂址的选择与论证厂址的选择与论证1.5.1 厂址的选择厂址的选择本设计

37、选择的厂址位于有色金属之乡广西省河池市高新技术开发园区内，地处河池市南丹县车河镇原国营林场的山地上，场地海拔高度 450m30m。工厂距车河至南丹的 210 国道 50m。距改线的黔桂铁路车河货运站 2 km，交通运输十分便利。1.5.2 建厂的可行性建厂的可行性南丹县位于广西省西北面，东与环江县交界，南和东兰相连，西与天峨县接壤，北和贵州荔波县毗邻。国土面积 3916 平方公里，厂址原为国营林科所山林，无折迁农户，本体环境良好。将厂址选在此处，具有较好的原料、燃料供应及水电供应条件，具有便利的交通运输条件。 第 9 页1.5.3 建厂条件建厂条件（1）自然条件：该地区气候温和，年均气温 17

38、.5，冬无严寒流、夏无酷暑。年平均降雨量为 1080 mm，年平均相对湿度 75，最大风速 13m/s 。（2）矿供应：该厂的主要原料是来自本地，还有进口矿。（3）电力供应：从南丹县有色金属加工工业园的车河变电站引来，变电站一次电压为 110kV，二次电压为 10kV。项目年用电量达 389856.kW.h,二次电压若能提高到 35kV 更为理想。（4）原料、燃料供应：硫酸大部分可由本厂的硫酸车间供应，锌粉由外地采购，二氧化锰矿粉由平果、田东、靖西县采购，其他材料还有高锰酸钾、硫酸铜、聚丙烯酰胺、碳酸锶、氯化铵等化工产品，这些材料消耗数量不多，可在本地区采购。燃料煤可向邻县环江县和贵州荔波县采

39、购。（5）交通条件：南丹县城东距省会南宁 291 公里，东距市府河池61 公里，南丹的地理位置优越，是桂、黔、川交通的重要枢纽，是历史上的“兵家喉地” 。（6）劳动力资源：南丹县以农业为主，有丰富的劳动力资源。该厂可以采用以地代劳的方式，利用当地的土地，并从当地雇佣部分劳动力，也解决了当地部分人的就业问题。（7）地质和水文条件：经勘测，厂址四周为丘陵地带和山地，地层为石灰岩和风化岩，地层结构稳定地震基本裂度为 6 级，建筑物 7 级裂度设防。而且位于南丹县城郊区主导风向的下风方向，对水源基本无污染8。1.6 主要设计方案主要设计方案1.6.1 冶炼工艺冶炼工艺综合考虑南丹锌矿、水电资源等多方面

40、的因素，本设计采用湿法炼锌工艺：硫化锌精矿沸腾焙烧三段连续浸出两段净化电积熔铸，最终得到含 Zn99.99%的锌锭。另外，其浸出渣采用回转窑挥发处理。1.6.2 总图运输总图运输本改扩建项目在河池市高新技术开发园区内，地处南丹县车河镇原国营林场的 第 10 页山地上，充分利用地形高差，使工艺流程中的流体尽量靠位差流动而不用或少用泵输送，以节约电能。对于本项目用电量占 81%的电解沉积厂房的旁边，则布置整流变压器，减少线路电能损失。为保障消防安全，各个台阶的车间通道应该是顺利通过消防车的环形通道，并有足够的转弯半径。按新的建筑设计防火规范 （GB50016-2006） ，卸料场应有不少于 18m

41、18m 的回车场地。在各个台阶的边缘，应该有 1.2 米高的防护栏杆确保安全。本地主导风向为西南风，所以，原料及球磨放在场地的下风向。而较干净的配电、变电、电积，则放在上风方向。全厂运输量很大，建议主干道为双车道，人流物流分开通行。全厂运输量为 66.47 万吨/年。这意味每天大约有 400 辆车进出本厂。建议主干道设双车道，人流货流分道行驶，以策安全。外部运输委托社会运输力量承担，内部运输主要是废渣，由厂内自行解决。1.6.3 供电供电电锌生产能力新增 10 万吨/年之后，新增用电量约 4 亿度。可从车河变电站引入。1.6.4 供水及污水处理供水及污水处理工厂日用水量 15800m3/d，其

42、中循环水量 14000m3/d，新水补给量 1800m3/d。水的循环利用率大于 88.6%制酸系统的冷却水、锌电解整流器冷却水、回转挥发窑冲渣水等各自建立循环水系统，保证水循环利用率88.6%。新水主要用于锅炉补给用水和锌冶炼生产补充用水。设计在刁江边设一抽水站，从刁江引水进入厂内山顶的 800m3高位水池。刁江泵站设 2 台扬程 100m，流量各为80m3/h 的高程水泵，其中 1 台备用。高位水池引出 2 条各为 150 的供水管，分别引至焙烧制酸车间和锌冶炼，供 第 11 页消防和生产用。本项目界区内排水采用清污分流制，生产系统产生的废水经废水处理系统净化合格后返回供给生产系统使用，不

43、许外排。雨水单独排人到界区外的排水沟。1.6.5 供热供热蒸汽主要使用在锌的制液系统（浸出和净化） ，少量用于铟回收蒸汽用量15.15t/h，年用量 12 万 t。蒸汽主要由制酸车间的锌焙烧余热锅炉供给，所设置佘热锅炉产汽 5.0 5.5t/h.台，4 台足够供给炼锌生产使用。但由于制酸车间生产天数300d/a，炼锌车间为 330d/a 以上，生产配合不可能平衡，故本项目另设 2 台 8t 锅炉供汽，供汽压力大于 0.4MPa。1.6.6 环境保护环境保护设计时该厂废气、废水、废渣均采取措施进行治理。对废渣设有专门的废渣堆放；对废水专设污水处理站，正常条件下废水不外排，废水中含有大量的重金属和

44、酸性物质，需要对其进行中和沉淀；对废气根据不同排放点采用收尘、吸收设备，均能达到国家的排放标准。1.7 综合技术指标综合技术指标（1） 电锌锭产量：10万t；（2） 锌的总回收率：95%；（3） 电解槽电压：3.3V；（4） 总电流强度：25000A；（5） 阴极电流密度：480A/m2；（6） 电流效率：90%（7） 年处理精矿量：206377.7t;（8） 年工作日：330天；（9） 直流电单耗：3006.697Wh/t析出锌；（10）电锌生产成本：14848.84 元/t锌 。 第 12 页2 工艺流程的选择与论证工艺流程的选择与论证2.1 国内外锌冶炼方法的比较与发展动态国内外锌冶炼方

45、法的比较与发展动态2.1.1 国际锌冶金技术的发展趋势国际锌冶金技术的发展趋势20 世纪 90 年代以来，特别是进入 21 世纪后，世界各国都将有限发展先进制造技术作为提高综合竞争里的重点。有色金属工业属于制造流程材料产品的过程工业，其先进制造技术是由先进的提取工艺、高效的过程装备和必要的过程控制装置，按一定流程用管道阀门等连接起来的连续系统,保证矿物原料在其中平稳连续的经历必要的物理化学过程以获得能满足人们需要的材料产品。并在高效、节能、清洁和安全的技术状况下完成制造过程。当前，国际炼锌技术的发展趋势是生产规模日益高度集中，以先进工艺技术为基础，工艺设备大型化，生产过程的连续化、机械化，计算

46、机过程控制技术的广泛应用和计算机过程控制及信息系统集成技术的推广8。现代炼锌方法分为火法炼锌与湿法炼锌两大类。火法炼锌包括：平罐炼锌、竖罐炼锌、密闭鼓风炉炼锌及电热法炼锌；湿法炼锌包括常规浸出法、热酸浸出黄钾铁矾法、热酸浸出针铁矿法、热酸浸出赤铁矿法、硫化锌精矿氧压浸出法等。目前湿法炼锌和鼓风炉炼锌是锌冶炼的主要方法，两者产量已占世界总产量的 90%以上。但是，无论是火法炼锌或湿法炼锌，生产流程皆较复杂，在选择时，应根据原材料性质，力求技术先进可行，经济合理，耗能少，环境保护好，成本低等原则。国际上锌冶炼厂已采用的沸腾焙烧炉面积达到 123m2，日处理锌精矿 800t，目前还准备建设日处理 1

47、000t 的炉子；浸出槽容积 400m3、净化槽容积 200m3；浸出矿浆 第 13 页浓密槽直径 65 到 70m；高压浸出釜有效容积 150m3；采用大电解槽、大极板电积工艺，大型极板面积 2.6m2、超大极板面积达 3.4m2，普遍采用机械剥锌和极板整理、装出槽生产线；生产过程的自动化控制程度普遍很高；劳动生产率高达 400t/（人a）以上。目前，又兴起比如常压富氧直接浸出炼锌和锌氧压浸出。（1）硫化锌精矿常压富氧直接浸出炼锌硫化锌精矿富氧直接浸出技术被普遍认为是锌冶炼的又一次重大技术突破，号称第三代炼锌技术，富氧直接浸出工艺主要分为两大类：即富氧压力浸出和常压富氧浸出。常压富氧直接浸出

48、是 OUTOTEC (原奥托昆普)公司近年来开发的新工艺 ,应该说常压浸出工艺是在氧压浸出基础上发展起来的新技术，它规避了氧压浸出高压釜设备制作要求高、操作控制难度大等问题, 而且同样达到浸出回收率高的目的。目前常压富氧浸出和氧压浸出两种工艺流程均有较为成功的锌冶炼厂在生产，且运行状态基本良好。富氧浸出工艺发展经历了不同阶段：(1) OUTOTEC 转化法工艺(2) 热酸浸出针铁矿法沉铁浸出(V.M 法) (3) 联合富氧浸出针铁矿沉淀法(4) 加压富氧浸出(5)常压富氧浸出。芬兰 OUTOTEC 公司开发的锌精矿常压富氧浸出技术，以铁作为硫化物反应的催化剂，硫化物中硫在反应中被还原成单质硫，

49、锌的浸出率高达 99 %，产渣量少，而且常压富氧浸出技术可以直接用于处理锌浸出渣，大气污染几乎为零，同时取消了挥发窑，减少了流态化焙烧炉台数，相应的解决了焙烧炉及挥发窑的污染问题。硫化锌氧压浸出工艺与常压富氧浸出均取决于下列反应：ZnS +H2SO4+ 0.5O2=ZnSO4 + H2O+ S0如果不存在氧的载体 ,这个反应就会进行得很慢。溶解的铁是一种有效的氧载体。为加速浸出反应进行需要一定浓度的铁，它由铁沉淀物的适当循环来提供。硫化锌与溶解的硫酸铁反应，生成可溶的硫酸锌以及单质硫，而三价铁被还原成二价铁。在氧化条件下，二价铁离子重新氧化成三价铁离子；根据 Fe2+和 Fe3+含量的分析可测

50、定氧化程度，更准确地说，整个过程应该分解成两个反应： 第 14 页ZnS+Fe2(SO4)3=ZnSO4+2FeSO4+So2FeSO4+H2SO4+0.5O2 =Fe2( SO4)3+H2O在锌精矿中通常含有浸出需要的足够量的酸溶铁。磁黄铁矿(Fe7S8)以及铁闪锌矿(Zn，Fe)S中的铁的氧化反应历程与闪锌矿中的锌相类似。黄铁矿的氧化程度与一些浸出条件有关。在高温、强氧化条件下黄铁矿的氧化会产生硫酸根：2FeS2+7.5O2+H2O=Fe2(SO4)3 + H2SO42FeS2+7.5O2+4H2O=Fe2O3+4H2SO4如果氧气不充足,温度较低, 酸浓度较高的话，黄铁矿的氧化可产生单质

51、硫：FeS2+0.5O2 + H2SO4=FeSO4+H2O+2S0锌的氧压浸出也可以处理各种各样的物料，包括低品位高铁硫化锌精矿、铅锌混合矿。铁酸锌渣或联合型锌厂产出的其他锌渣，均可以获得良好的效果。（2）锌氧压浸出氧压浸出历史较早，工艺也较为成熟，早在上世纪八十年代初，世界上第一个工业化的锌加压浸出装置在加拿大科明科公司特雷尔锌厂试车投产。尽管该技术推广不是很快，随后还是有两个厂采用该技术，总之加拿大科明科公司成功运用富氧压力直接浸出工艺，并取得较好的效果，对锌冶炼富氧直接浸出从理论和实践的结合上都作出极大的贡献。但由于高压釜设备、仪表、控制等原因，使该技术难于推广。中国科学院化冶所等单位

52、在吸取国外氧压浸出技术的基础上，也曾经花费很大精力开发高压釜。硫化锌精矿氧压浸出新工艺的特点是：锌精矿不经焙烧直接加入压力釜中，在一定的温度和氧分压条件下，直接酸浸获得硫酸锌溶液，原料中的硫、铅、铁等则留在渣中，分离后的渣经浮选、热滤、得到元素硫、硫化物残渣及尾矿。进入硫酸锌溶液中的部分铁，经中和沉铁后进入后续工序处理。该工艺浸出效率高，对高铁闪锌矿和含铅的锌精矿适应性强。与常规炼锌方法相比无需建设配套的焙烧车间和酸厂，有利于环境的治理，尤其是对于成品硫酸外运交通困难的地区，氧压浸出工艺更显优势，产出的元素硫便于储存和运输。氧压浸出工艺的特点如下：(1)技术先进、可靠：从技术可靠性来看，三种工

53、艺都属于技术成熟、可靠的工艺。相对而言，氧压浸出是一种短流程的强化浸出工艺， 第 15 页在技术先进性上更胜一筹。(2)原料适应性强：在原料适应性方面，氧压浸出工艺具有独特优势，适于各种难处理锌精矿，包括高铁闪锌矿、低品位硫化铅锌矿、甚至复杂的铜铅锌银多金属硫化矿等。(3)综合回收效果好：作为一种强化浸出工艺，氧压浸出工艺的锌浸出率和回收率是最高的。(4)产品硫磺便于贮存运输：氧压浸出工艺产出的硫产品是硫磺或者硫精矿，易于贮存、运输。(5)流程短、占地面积小：因为缩短了工艺流程，同等生产规模下，氧压浸出工艺的占地面积最小。以 100 kt/a 的锌冶炼项目为例，常规法的占地面积为 25 hm2

54、，氧压浸出的占地面积仅为 19 hm2。(6)投资较少：在建设投资方面，虽然氧压浸出的设备投资较高，但由于氧压浸出工艺的流程短，省去了沸腾焙烧、制酸系统以及挥发窑渣处理系统，因此，建设投资与常规法基本持平。(7)能耗较低：与常规法相比，氧压浸出虽然消耗较多的蒸汽以及一定量的氧气，但由于氧压浸出不需要进行浸出渣的挥发窑处理，从而节省了能耗。另外，氧压浸出工艺的产品硫磺(或硫精矿)，在作为资源的同时，又可作为一种能源 12。2.1.2 我国锌冶金技术现状与国内外先进水平的差距我国锌冶金技术现状与国内外先进水平的差距我国可称之为炼锌方法的博物馆，目前，我国有大小炼锌厂 140 多家，除硫化锌精矿的氧

55、压浸出技术外，各种炼锌方法在我国都有应用，我国是世界上最大的锌生产国，但不是锌生产技术强国。 。我国锌冶金技术的总体发展很不平衡，具有国际上 20 世界 80 年代水平的少数骨干企业与大量工艺技术相对落后，装备水平不高的中小型炼锌厂同时存在。甚至还有相当一部分采用原始冶炼工艺的土法小冶炼厂还在一些边远地区继续生产。即使是骨干企业与国际同行的先进企业相比也还存在不同的差距8。2.1.2.1 我国锌冶炼工艺经过 50 年的发展，我国的锌资源开发逐步从东北、中部向中、西部以及内蒙转移。除湖南、广东、广西仍保持一部分资源外，锌资源开发、矿山产量主要在向云南、甘肃、四川、青海以及内蒙转移。2003 年云

56、南矿山锌产量、甘肃矿山铅产量居全国第一位。全国锌冶炼能力的发展与资源开发转移齐头并进，有原料优势的云南、广西、四川、陕西、内蒙等地区，冶炼业发展非常迅速，形成新的冶炼生产基地。 第 16 页以株洲冶炼厂为主的湖南继续保持国内最大的锌冶炼省的地位。在 2003 年世界十大锌冶炼企业中，我国仅有株洲冶炼厂居第 9 位，但在国际上的排序仍有下降的趋势。与世界其他国家相比，我国锌冶炼工艺可称为“世界大全”，目前湿法工艺占 70%，火法占 30%，其中 ISP 工艺 9%、竖罐炼锌 18%，电炉、平罐、马槽炉炼锌工艺为3%。2.1.2.2 我国锌冶炼主要方法（1）湿法炼锌上世纪 90 年代以来，我国湿法

57、炼锌技术水平有了比较明显的提高。白银公司建设的 109 平方米焙烧炉、黄钾铁矾法处理、锑盐除钴等技术日趋成熟，国内很多企业都纷纷效仿，目前这种冶炼工艺已经在全国推广6。株洲冶炼集团的湿法工艺经过几十年的完善，在国内湿法冶炼技术上也独树一帜。未来几年我国大型锌冶炼企业的装备水平将明显提高。焙烧方面：由于投资大，大型的、自动化程度高的沸腾炉系统还没有得到推广应用，采用新技术，大型焙烧炉床能率较国内普通沸腾炉明显高出 20-30%，焙烧矿质量稳定，优势十分明显。制酸方面：1990 年开始采用两转两吸制酸后，该项工艺得到普遍应用，总体制酸技术水平明显提高，总硫利用率大幅提高，基本解决了二氧化硫污染问题

58、。但由于各个冶炼厂操作水平参差不齐，设备维护程度不同，低空污染现象也时有发生。在硫酸除汞方面，目前只有白银公司、葫芦岛锌厂有除汞装置，但基本未开。目前国内企业还没有成型的设备连续运转，硫酸含汞量均没有达到国外发达国家含汞标准。（2）火法炼锌目前国内主要的火法炼锌工艺有密闭鼓风炉熔炼（ISP） 、竖罐炼锌、电炉炼锌和土法炼锌。目前采用 ISP 工艺的有：中金岭南韶关冶炼厂、白银公司三冶炼厂；采用竖罐炼锌的厂家有葫芦岛锌厂、陕西东岭锌业等。中金岭南韶关冶炼厂是采用 ISP 炼锌法的典型，该厂也申请了多项专利，技术稳定，该企业采用两转两吸烟气制酸，较好地解决了低浓度二氧化硫制酸。由于中 第 17 页

59、国电力成本高，而煤炭成本相对较低，因此，在我国采用 ISP 法成本较低，目前是比较有竞争力的冶炼方法之一。葫芦岛锌厂从三十年代开始建厂，目前仍然在沿用传统的竖罐炼锌工艺，而大型蒸馏炉和精馏塔的采用，则提高了冶炼能力和回收率。在渣处理方面，旋涡炉的成功应用不但综合利用了能源，而且使锌冶炼回收率进一步提高，使得这一传统的冶炼方法更加完备。由于国内一次能源价格相对便宜，冶炼成本有一定竞争力，所以陕西东岭集团也投产了一套 5 万吨的系统，各系统运行状况良好。但目前该法还没有有效解决粉尘问题，在收尘技术方面有待进一步提高。总的来说，我国锌冶金技术和先进工业国家还有一段距离，但是还有很大的开发潜力，随着科

60、技的发展，锌的需求量越来越大，因此，在锌冶炼技术方面还有很大的发展空间。2.1.3 该企业该企业工艺技术和装备状况工艺技术和装备状况我国炼锌历史悠久，是世界最早产锌国家之一。生产锌的方法系由我国传到欧洲，至 15 世纪欧洲有小规模锌的生产。炼锌工业发达的国家有美国、日本、加拿大、澳大利亚及比利时，但其中大多数采冶企业都集中在美、英所控制的少数公司手里。进入 20 世纪 80 年代后，湿法炼锌的产量已占世界总锌产量的 80%以上。进入 90 年代，湿法炼锌研制成功硫化锌精矿和高硅氧化锌矿直接酸浸法。由于锌矿资源有限，特别是锌精矿的原料供应紧张。为了保持锌冶金可持续健康发展，必须开发利用丰富的低品