2023锌冶金思考题

本文格式为Word版，下载可任意编辑——2023锌冶金思考题2023锌冶金思考题及参考答案-邓志敢

第1章绪论1、炼锌原料有哪些？（1）锌矿物:

1）硫化矿(原生矿)：闪锌矿(ZnS)；铁闪锌矿(nZnS?mFeS)

2）氧化矿（次生矿）：菱锌矿(ZnCO3)；异极矿(ZnSiO4?H2O)

（2）含锌二次资源：冶炼厂产出的氧化锌烟尘、浮渣和锌灰等。

2、简述金属锌的用途。

锌广泛用于航天、汽车、船舶、钢铁、机械、建筑、电子及日用工业等行业。(1)锌的初级用途：

最大用途是镀锌，约占总耗锌量的40%以上；其次是用于制造黄铜，约占总耗锌量的20%；制造各种锌基合金、干电池(我国约60万吨/年)、

氧化锌、建筑五金制品及化学制品等。

（2）锌的终端用途：

主要用于交通运输业（汽车)和建筑业（基础设施、商用建筑和住宅）

3、现代炼锌方法有哪些？

现代炼锌方法分为火法和湿法两大类，以湿法冶炼为主。

（1）火法炼锌:有鼓风炉炼锌、竖罐炼锌、平罐炼锌、电热法炼锌等?火法炼锌包括焙烧、还原蒸馏和精炼三个主要过程。平罐炼锌和竖罐炼锌都是间接加热，存在能耗高、对原料的适应性差等原因，平罐炼锌几乎被淘汰，竖罐炼锌也只有为数很少的3~5家工厂采用。

?电热法炼锌虽然直接加热但不产生燃烧气体，也存在生产能力小、能耗高、锌的直收率低的问题，因此发展前途不大，仅适于电力资源丰富的地方使用。?密闭鼓风炉炼锌由于具有能处理铅锌复合精矿及含锌氧化物料，在同一座鼓风炉中可生产出铅、锌两种不同的金属，采用燃料直接加热，能量利用率高

的优点，是目前主要的火法炼锌设备，占锌总产量的10%左右。（2）湿法炼锌:包括传统的湿法炼锌和全湿法炼锌两类。

1）传统的湿法炼锌实际上是火法与湿法的联合流程，是20世纪初出现的炼锌方法，包括焙烧、浸出、净化、电积和制酸五个主要过程。

根据浸出温度和酸度的不同，湿法炼锌分为常规浸出和热酸浸出两种工艺。?常规浸出时焙砂中的铁酸锌不能浸出，留在浸出渣中，用火法挥发焙烧回收，得到氧化锌烟尘再浸出。

?热酸浸出采用高温高酸浸出铁酸锌，锌的浸出率可达97%以上，浸出残渣过滤得到铅银渣，浸出液用黄钾铁矾法沉铁得到铁渣堆存。

2）全湿法炼锌是在硫化锌精矿直接加压浸出的技术基础上形成的，于20世纪90年代开始应用于工业生产。该工艺省去了传统湿法炼锌工艺中的焙烧和制酸工序，锌精矿中的硫以元素硫的形式富集在浸出渣中另行处理。

3）氧化锌矿湿法冶炼也属于全湿法炼锌。

湿法炼锌由于资源综合利用好、单位能耗相对较低、对环境友好程度高，是锌冶金技术发展的主流，其产量约占世界锌总产量的80%。

4、了解我国锌冶炼工业的现状。

我国锌冶炼工艺，目前以湿法冶炼为主，火法其次。开发利用的锌资源，以硫化矿为主，氧化矿数量有限。氧化锌矿难于选矿富集，低品位氧化矿多通过回转窑挥发焙烧，得到品位较高的氧化锌尘作为火法或湿法炼锌原料。

锌的总产量虽然居世界首位，但我国锌企业的总体状况是企业规模小、数量多、分布广。但近年来我国锌企业的规模和生产能力不断提高。

锌矿山主产区在云南、内蒙、甘肃、湖南、广西、陕西、广东、四川、青海、福建。

锌冶炼主产区有湖南、云南、辽宁、广西、四川、甘肃、陕西、广东、贵州。

5、分别画出火法炼锌及传统湿法炼锌的原则工艺流程图。

火法炼锌原则工艺流程

传统湿法炼锌原则工艺流程

第2章硫化锌精矿的焙烧与烧结

1、根据Zn-S-O系状态图，说明ZnS难以直接氧化得到金属锌的原因。（1）ZnS直接获得金属锌是比较困难的。

（2）硫酸锌的分解经过一个中间产物—碱式硫酸锌。当在产物只保持少量硫酸盐时，得到的是碱式硫酸盐而不是正硫酸盐。生产中不能用降低Pso2及Po2方法来保证获得ZnO焙烧产物。

（3）温度升高时，硫酸锌稳定区缩小，提高沸腾焙烧温度可以保证锌硫酸盐的完全分解。硫化锌不能在高温下直接氧化生成金属。

（4）对于含Cu、Fe等的繁杂的含锌原料进行硫酸化焙烧时，希望Cu、Zn等有价金属转变为硫酸盐，须控制适当的焙烧温度(953±30K)，温度降低50℃，铁将被硫酸化随后被大量浸出，温度升高50℃，Cu、Zn的硫酸盐发生分解。2、为什么说硫化锌是较难焙烧的硫化物？

硫化锌以闪锌矿或铁闪锌矿(nZnS·mFeS)的形式存在于锌精矿中。焙烧时硫化锌进行以下反应：ZnS+2O2＝ZnSO4

(1)

2ZnS+3O2＝2ZnO+2SO2(2)2SO2+O2＝2SO3(3)ZnO+SO3＝ZnSO4(4)

焙烧开始时，进行反应(1)与反应(2)，反应产生SO2之后，在有氧的条件下它又氧化成SO3。在有SO3存在时氧化锌可以形成硫酸锌。

调理焙烧温度和气相成分，就可以在焙砂中获得所需要的氧化物或硫酸盐。铅的存在能促使硅酸盐生成，由于硅酸铅的易熔性，促使精矿熔结，阻碍焙烧进行。熔融状态的硅酸铅可以溶解其他金属氧化物或其硅酸盐，形成繁杂的硅酸盐。铁酸锌的生成是无法避免的。硫化锌是较难焙烧的一种硫化物。3、简述硫化锌精矿焙烧的目的。

从硫化锌精矿中提取锌，除高温加压直接浸出流程外，无论采用火法和湿法工艺，一般须预先经过焙烧，使焙烧产物适合下一步冶炼要求，因此，焙烧是生产锌的第一个冶金过程。2ZnS+3O2=2ZnO+2SO2

硫化锌精矿焙烧过程是在高温下借助于空气中的氧进行的氧化的过程。焙烧的目的与要求决定于下一步的生产流程，冶炼方法不同其焙烧目的略有区别：

火法炼锌(蒸馏法)：在焙烧时实行死焙烧(氧化焙烧)。1）尽可能地除去全部硫，以及尽可能完全使铅、镉、砷、锑挥发除去，得到主要由金属氧化物组成的焙砂，使以后蒸馏时可以得到较高质量的锌锭。2）产出浓度足够大的SO2烟气以供生产硫酸。3）含镉与铅多的烟尘作为炼镉原料。

鼓风炉炼锌：通过烧结机进行烧结焙烧。1）既要脱硫、结块，还要控制铅的挥发。2）精矿中含铜较高时，要适当残留一部分硫，以便在熔炼中制造冰铜。湿法炼锌：实行部分硫酸盐化焙烧。1)尽可能完全地氧化金属硫化物并在焙砂中得到氧化物及少量硫酸盐(3~4%SSO4)，焙砂中少量硫酸盐以补偿电解与浸出循环系统中硫酸的损失；2)使砷与锑氧化并以挥发物状态从精矿中除去；3)在焙烧时尽可能少地得到铁酸锌；4)得到SO2浓度大的焙烧炉气以制造硫酸；5)得到细小粒子状的焙烧矿以利于浸出的进行。

4、在硫化锌精矿焙烧的过程中，硅酸盐和铁酸锌的生成对后续过程有什么影响？在焙烧过程中如何避免硅酸盐和铁酸锌的生成？

在湿法浸出时，由于铁酸锌不溶于稀硫酸，留在残渣中而造成锌的损失。因此，对于湿法炼锌厂来说，为了尽量提高焙烧产物中的可溶锌率，力求在焙烧中避免铁酸锌的生成，可采用以下方法：

(1)加速焙烧作业，缩短反应时间，以减少在焙烧温度下ZnO与Fe2O3颗粒的接触时间；

(2)增大炉料的粒度，以减小ZnO与Fe2O3颗粒的接触的表面；(3)升高焙烧温度并对焙砂进行快速冷却；

(4)将锌焙砂进行还原沸腾焙烧(采用双室沸腾炉)，用CO还原铁酸锌，使其中的Fe2O3被还原，破坏了铁酸锌的结构而将ZnO析出。3(ZnO·Fe2O3)+CO=3ZnO+2Fe3O4+CO2

在湿法浸出过程中，硅酸锌和其他硅酸盐易溶解，但生成的SiO2在湿法浸出时成胶体状态，对澄清和过滤不利。为了避免硅酸盐的形成，对入炉精矿中的铅、硅含量要严格控制。

硅酸盐的形成对火法炼锌过程影响不大。

5、简述硫化锌精矿伴生矿物在焙烧的过程中的行为。

（1）硫化锌

硫化锌以闪锌矿或铁闪锌矿(nZnS·mFeS)的形式存在于锌精矿中。焙烧时硫化锌进行以下反应：

硫化锌以闪锌矿或铁闪锌矿(nZnS·mFeS)的形式存在于锌精矿中。焙烧时硫化锌进行以下反应：ZnS+2O2＝ZnSO4

(1)

2ZnS+3O2＝2ZnO+2SO2(2)2SO2+O2＝2SO3(3)ZnO+SO3＝ZnSO4(4)

焙烧开始时，进行反应(1)与反应(2)，反应产生SO2之后，在有氧的条件下它又氧化成SO3。在有SO3存在时氧化锌可以形成硫酸锌。

（2）二氧化硅

锌精矿中含有SiO2（2%~8%），SiO2易与ZnO生成硅酸锌（2ZnO.SiO2），SiO2还易与PbO生成低熔点的硅酸铅（2PbO.SiO2），熔融状态的硅酸铅能与其他金属氧化物或硅酸盐形成繁杂的硅酸盐。

（3）硫化铅

铅在硫化锌精矿中存在的矿物形式，称为方铅矿。硫化铅在空气中焙烧时铅可被氧化为PbSO4和PbO：

PbS+2O2==PbSO43PbSO4+PbS==4PbO+4SO22SO2+O2==2SO3PbO+SO3==PbSO4

硫化铅和氧化铅在高温时具有较大的蒸气压，能够挥发进入烟尘，因此可采用高温焙烧来气化脱铅。

(4)硫化铁

锌精矿中主要的硫化铁矿有黄铁矿（FeS2）、磁硫铁矿(FenSn+1)和繁杂硫化铁矿，如铁闪锌矿(nZnS·mFeS)、黄铜矿(FeCuS2)，砷硫铁矿(FeAsS)等。

焙烧时在较低的温度下即发生热分解：2FeS2=2FeS+S2

也按以下反应生成氧化物：4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO23FeS+5O2=Fe3O4+3SO2焙烧结果是得到Fe2O3与Fe3O4。

当温度在600℃以上时，焙烧硫化锌精矿生成的ZnO与Fe2O3按以下反应形成铁酸锌：

ZnO+Fe2O3=ZnO·Fe2O3

(5)铜的硫化物

铜在锌精矿中存在的形式有辉铜矿(CuS)、黄铜矿(CuFeS2)、铜蓝(Cu2S)等，在实际焙烧温度下均发生分解，在高温下焙烧时铜主要以自由状态的Cu2O存在，部分为结合状态的氧化铜(Cu2O·Fe2O3)及自由状态或结合状态的氧化铜。(6)硫化镉

镉在锌精矿中常以硫化镉的形式存在，在焙烧时被氧化生成CdO和CdSO4。CdSO4在高温下分解生成CdO，与CdS挥发进入烟尘，成为提镉原料。

高温焙烧可以很好地使镉除去或富集在烟尘中。(7)砷与锑的化台物

在锌精矿中存在的砷、锑化合物有硫砷铁矿(即毒砂FeAsS)、硫化砷(As2S3)、辉锑矿(Sb2S3)，在焙烧过程中生成As2O3、Sb2O3以及砷酸盐和锑酸盐。As2S3、Sb2S3、As2O3、Sb2O3简单挥发进入烟尘，砷酸盐和锑酸盐是稳定化合物残留于焙砂中。因此在焙烧时应尽量避免形成砷酸盐和锑酸盐。(8)Bi、Au、Ag、In、Ge、Ga等的硫化物

Bi、In、Ge、Ga等的硫化物在焙烧过程中生成氧化物，以氧化物的状态存在于焙烧产物中，Au和Ag主要以金属状态存在于焙烧产物中。

6、硫化锌精矿的焙烧的设备有哪些？

硫化锌精矿的焙烧可采用:反射炉，多膛炉。复试炉（多膛炉与反射炉的结合），飘悬焙烧炉和沸腾焙烧炉。

7、硫化锌精矿焙烧为什么大多采用沸腾炉？

沸腾焙烧是加强焙烧过程的新方法，是使空气以一定速度自下而上地吹过固体炉料层，固体炉料粒子被风吹动相互分开，并作不停的繁杂运动，运动的粒子

处于悬浮状态，其状态宛如水的沸腾，因此称为沸腾焙烧。

沸腾焙烧炉内沸腾层高度在l～1.5米，料层温度高达1123～1423K(850~1150℃)，炉内热容量大且均匀。由于固体粒子可以较长时间处于悬浮状态，于是就构成氧化各个矿粒最有利的条件，反应速度快，强度高，传热传质效率高，温差小，料粒和空气接触时间长，使焙烧过程大大加强。沸腾焙烧炉有哪几种类型？

目前采用的沸腾焙烧炉有带前室的直形炉、道尔型湿法加料直型炉和鲁奇扩大型炉三种类型，70年代以来多采用扩大型的鲁奇炉（Lurgi炉，又称为VM炉）。8、沸腾焙烧的加强措施有哪些？

沸腾焙烧的加强措施主要有：高温沸腾焙烧和富氧鼓风沸腾焙烧，其它加强沸腾焙烧的措施还有制粒、利用二次空气或贫SO2烧结烟气焙烧、多层沸腾炉焙烧等。

第3章湿法炼锌浸出过程1、简述湿法炼锌浸出的实质与目的。

（1）浸出的实质

湿法炼锌的浸出是以稀硫酸溶液（废电解液）作溶剂，控制适当的酸度、温度和压力等条件，将含锌物料（如锌焙砂、锌烟尘、锌氧化矿、锌浸出渣及硫化锌精矿等）中的锌化合物溶解呈硫酸锌进入溶液、不溶固体形成残渣的过程。浸出所得的混合矿浆再经浓缩、过滤将溶液与残渣分开。（2）浸出的目的

1）使物料中的Zn尽可能地全部溶解到浸出液中，得到高浸出率。2）使有害杂质尽可能地进入渣中，达到与锌分开的目的。3）获得一个过滤性良好的矿浆。

2、在湿法炼锌过程中，锌焙砂中性浸出的pH值为什么要控制在5.2左右？

根据已知的离子的电位原理绘制出的Zn-Me-H2O系φ-pH图。为了得到很高的锌离子浓度并使铁、砷等杂质以氢氧化物沉淀除去，在锌中性浸出终了时，控制浸出终点pH=5.2。

3、影响锌焙砂浸出的因素主要有哪些，如何提高锌的浸出速率？

在锌焙砂浸出过程中，铁酸锌是影响锌浸出率的主要因素，如何提高锌的直接浸出率？

热酸浸出，ZnO·Fe2O3在中性浸出时(温度60~70℃，终点酸度1~5g/LH2SO4)，浸出率只有1~3％，几乎不溶解而进入浸出残渣中造成锌的损失。采用高温高酸浸出焙砂，铁酸锌可按以下反应溶解：

ZnO·Fe2O3+4H2SO4=ZnSO4+Fe2(SO4)3+H2O

与此同时，大量的铁进入溶液。因此，采用此法时必需首先解决溶液的除铁问题。4、简述锌焙烧矿浸出时中和水解除杂的原理。

中性浸出过程包括焙烧矿中ZnO的溶解和浸出液中Fe3+的水解两个过程。对ZnO是溶解属浸出过程。

对Fe3+是中和水解除铁，属净化过程。

原理：中和水解除杂质就是在浸出终了调理溶液pH值至5.2~5.4，使锌离子不致水解，而杂质金属离子全部或部分以氢氧化物Me(OH)n形式析出。降低溶液的酸度是参与某些中和剂，如锌焙砂、锌烟尘、石灰乳等。

中和水解的主要反应为：水解反应：中和反应：总反应：

Fe2(SO4)3+6H2O==2Fe(OH)3↓+3H2SO4H2SO4+ZnO==ZnSO4+H2O

Fe2(SO4)3+3ZnO+3H2O=3ZnSO4+2Fe(OH)3↓

5、简述锌焙烧矿中各成份在浸出的过程中的行为。

（1）锌的化合物：锌在焙烧矿中呈ZnO、ZnSO4、ZnS、2ZnO·SiO2、ZnO·Fe2O3、ZnO·A12O3等状态存在。焙烧矿的主要成份是自由状态的氧化锌(ZnO)。1）氧化锌

氧化锌浸出时与硫酸作用进入溶液：

ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O2）硫化锌

ZnS在常规的浸出条件下不溶而入渣，但溶于热浓的硫酸中，其反应为：ZnS+H2SO4=ZnSO4+H2S在硫酸铁的作用硫化锌可按下反应部分地溶解：

Fe2(SO4)3+ZnS=ZnSO4+2FeSO4+S

实际浸出溶液中高铁盐含量很少，且废电解液中硫酸浓度不大，故硫化锌在实际浸出过程中基本不溶解而进入浸出渣中。3）硅酸锌（2ZnO·SiO2）

2ZnO·SiO2能溶解在稀硫酸中。当60℃浸出时，溶液pH（2）铁

铁在锌焙烧矿中主要呈Fe2O3状态、自由状态或结合成铁酸盐状态，部分以Fe3O4状态存在。Fe2O3在以很稀的硫酸浸出时不溶解，但以废电解液浸出时部分地以Fe2(SO4)3形式进入溶液中。

FeO在很稀的硫酸溶液中溶解呈FeSO4进入溶液。硫酸盐状态的铁可溶于水。Fe3O4不溶于稀硫酸。当浸出物料中有金属硫化物存在时，Fe2(SO4)3被还原为FeSO4。

Fe2(SO4)3+MeS=2FeSO4+MeSO4+S0

中性浸出时，焙烧矿中的铁约有10~20%进入溶液，溶液中存在Fe2+和Fe3+两种铁离子。

在中性浸出终了时，pH值为5~5.4，Fe2+不水解，而Fe3+则很易水解形成Fe(OH)3沉淀除去。为了在浸出终了能使铁盐水解除去，需要将Fe2+氧化成Fe3+。在实际浸出操作中，常用二氧化锰(软锰矿或阳极泥)作氧化剂在酸性介质中氧化Fe2+，其反应如下：

2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O

（3）铜、镍、镉、钴铜在中性浸出时不溶解，在酸性浸出时约有50%溶解进入溶液。在酸性浸出时很简单溶解，生成硫酸盐进入溶液。

CuO+H2SO4=CuSO4+H2OCdO+H2SO4=CdSO4+H2OCoO+H2SO4=CoSO4+H2O

（4）砷和锑焙烧时精矿中的砷和锑将有部分呈高价氧化物As2O5和Sb2O5与炉料中的各种碱性氧化物形成相应的砷酸盐和锑酸盐留在焙砂中，浸出时主要以络阴离子存在：

FeO·As2O5+H2SO4+2H2O=FeSO4+2H3AsO4FeO·Sb2O5+H2SO4+2H2O=FeSO4+2H3SbO4

（5）铅与钙、镁的化合物铅的化合物在浸出时呈硫酸铅(PbSO4)和其它铅的化合物(如PbS)留在浸出残渣中。

钙与镁常以氧化物和碳酸盐含于焙砂中，浸出时按如下反应生成硫酸钙：

MeO+H2SO4=MeSO4+H2OMeCO3+H2SO4=MeSO4+H2O+CO2

CaSO4微溶，主要进入浸出渣中，消耗硫酸。MgSO4溶解度较高，当

溶液温度降低时，MgSO4便结晶析出，堵塞管道。Al2O3在酸性浸出时部分溶解，大部分不溶。

（6）硅焙砂中游离态的SiO2不溶进入渣中，硅酸盐则在稀硫酸溶液中部分溶解，生成的二氧化硅呈胶体状态存在于溶液中。

（7）金与银金在浸出时不溶解，完全留在浸出残渣中。银在锌焙砂中以硫化银(Ag2S)与硫酸银(AgSO4)的形态存在，硫化银不溶解，硫酸银溶入溶液中，溶解的银与溶液中的氯离子结合为氯化银沉淀进入渣中。

（8）镓、铟、锗、铊镓、铟、锗在酸性浸出时，能部分地溶解，在中性浸出过程中水解而进入浸出的残渣中。铊浸出时进入溶液中，在加锌粉净化除铜、镉时将与铜、镉一道进入铜镉渣中而被除去。6、分别写出锌焙砂常规浸出和热酸浸出的工艺流程图。锌焙砂常规浸

热酸浸出流程

中性上清液送净化后电积中浸渣锌焙烧矿分级细磨中性浸出中性浓缩废电解液热酸浸出浓缩分离废电解液锌焙烧矿搅拌槽分级磨矿中性浸出pH=5~5.2中性浓缩中性上清液送净化后电积终点干燥酸性浸出酸性浓缩ZnO粉酸性上清液酸性浓泥过滤洗涤浸出液ZnO粉浸出烟化渣堆存终酸1~5g/L烟化处理含铅渣送铅厂中性浓泥滤液浸出渣(含Zn20%)沉铁液固分离铁渣待处理Pb-Ag渣热酸浸出液锌溶液送去回收Pb、Ag7、在湿法炼锌的热酸浸出过程中，从含铁高的浸出液中沉铁有哪些方法？请分别说明其原理及优缺点。

根据沉淀铁的化合物形态不同，热酸浸出过程中采用的沉铁方法有黄钾铁矾法、转化法、针铁矿法和赤铁矿法。（1）黄钾铁矾法的原理：

使三价铁以黄钾铁矾复盐的形式从弱玻溶液里沉淀出来并使ZnO·Fe2O3中的锌溶解，其基本反应为：

3Fe2(SO4)3+2A(OH)+10H2O=2AFe3(SO4)2(OH)6+5H2SO4式中A代表K+、Na+、NH4+、H3O+等离子。ZnO·Fe2O3+4H2SO4=ZnSO4+Fe2(SO4)3+4H2O黄钾铁矾法的优缺点：

1)黄钾铁矾沉淀为晶体，易澄清过滤分开。2)金属回收率高3)碱试剂稍耗量少。

4)沉铁是在微酸性(pH＝1.5)溶液中进行，需中和剂ZnO少。5)铁矾带走一定的硫酸根，有利于保持酸的平衡。6)脱砷、锑的效果不佳，也不利于稀散金属的回收。

7)黄钾铁矾渣渣量大(渣率40%)，渣渣锌高(3~6%)，渣中含铁低(25~30％)，难于利用，堆存时其中可溶重金属会污染环境。（2）针铁矿法原理：

在较低酸度（pH=3~5）、低Fe3+浓度（③黄铜废件再生冶炼回收铜时以氧化锌粉形态回收的锌。

这些氧化锌粉的成份繁杂，含有数量较多的对锌电解沉积有害的氟、氯、砷、锑等杂质。因此，一般需采取专门措施脱除这些杂质，将其单独浸出，得到的ZnSO4溶液再泵至焙砂浸出系统。（2）组成：

氧化锌粉一般含有铟、锗、镓等稀散金属，应考虑进行综合回收。其工艺流程的选择主要依原料性质及稀散金属含量而定。

对含锌高、含稀散金属低的氧化锌粉以提取锌为主，并尽可能富集稀散金属。对稀有金属含量较高、含锌稍低的氧化锌粉，应以提取稀散金属为主。（3）氧化锌粉的处理流程可分为两种：

1）、处理含锌高、含稀散金属低的料时，一般与硫化锌精矿湿法处理流程相结合，即氧化锌经一次浸出（中性或酸性）、浓密，浓泥作二次酸性浸出。铟、锗进入酸性上清波，经富集得铟、锗富集渣，用以综合回收铟和锗。一次浸出液和沉铟、锗后的二次浸出液均送焙烧矿浸出系统。二次浸出渣（铅渣）经洗涤、过滤、枯燥，送铅鼓风炉熔炼回收铅。

2）、处理稀有金属含量较高、含锌稍低的氧化锌粉时，则按湿法炼锌过程建立单独的处理系统，即氧化锌粉经两次酸性浸出，从浸出液中沉淀锗后，经净化、电解沉积得阴极锌。

11、浸出矿浆液固分开的方法包括哪些？简述其工艺过程及特点。

湿法炼锌厂浸出矿浆一般采用浓缩和过滤两种方法进行液固分开。所采用的设备主要有浓密机（又称浓缩槽）和各类过滤机。

（1）浸出矿浆的浓缩

浓缩是矿浆中固体粒子从溶液介质中沉淀而使溶液得到澄清的过程，是使矿浆进行液固分开的初步作业。经浓缩澄清后得到含有少量固体（1~2g/L）悬浮物的上清液和含有一定量液体（>50%）的浓泥（或称底流）。

浓密机又称沉降器、增浓器或浓缩槽，广泛应用的是单层连续式耙集沉降器。特点：

浓缩机具有作业连续、生产稳定可靠、能耗低、操作简单等优点而得到广泛应用，其缺点是生产效率低，占地面积大，只能对液固进行初步分开。

(2)浸出矿浆的过滤

过滤的基本原理:是利用具有毛细孔物质作介质，在介质两边形成压力差，

从而产生一种推动力，使矿浆中的液体从细小的毛细孔道通过，使悬浮固体物被截留在介质上。过滤的显著特点:

是矿浆中的固体颗粒连续不断地沉积在介质孔隙内部和

表面上，因而在过滤过程中过滤阻力不断增加。12、简述影响矿浆浓缩和过滤的主要因素。（1）影响浓缩过程的因素有：

1)矿浆pH值：一般pH值控制在5.2～5.4。

2)溶液中硅酸和氢氧化铁的含量：矿浆的澄清性能随胶体物质的增加而逐渐变坏，胶质二氧化硅和氢氧化铁过多时，矿浆澄清性能显著恶化。

3)矿浆中固体颗粒的粒度：矿浆粒度大简单沉降，粒度愈细沉降速度愈小。4)溶液与固体颗粒的密度：固体颗粒与溶液的密度差愈大，沉降速度愈快，澄清浓缩的状况愈好，一般溶液中含锌140g/L以上时，溶液的密度和粘度均增大，对澄清浓缩不利。

5)浸出时间：浸出时间较短时，焙砂溶解不完全，固体颗粒较大，澄清较易。6)矿浆温度：矿浆温度升高，粘度减小，沉降速度加快。中性浸出矿浆浓密温度应保持在55~60℃，酸性矿浆应在60~75℃。

7)浓缩槽的负荷：浓缩槽的负荷愈大，沉降澄清时间愈短，则效果愈差。浓缩槽内浓泥未及时排出数量过多，则相对缩小了澄清区，影响沉降过程。8)矿浆的液固比：矿浆的液固比越大，矿浆的粘度就越小，越有利于颗粒的沉降，浓缩效果也越好。

9)絮凝剂的参与量：絮凝剂可使微小的悬浮颗粒凝聚成大粒子，从而加速沉淀速度，使浓密机能力提高1.5~2.0倍。3#絮凝剂用量视矿浆沉淀性能好坏而定，沉淀性能好的可少加或不加，沉淀性能不好可适当多加，中性浸出矿浆每立方米参与10~30g（10~30ppm）。(2)影响过滤的因素:

1）固体颗粒度：物料愈小，则粒间的孔隙愈小，粒层的渗透性就愈低，故使过滤阻力愈大，甚至还可堵死滤布毛细孔道。

2）矿浆粘度：过滤速度与矿浆粘度成反比。当浓泥中含有Fe(OH)3、硅酸以及粒状氧化锌、PbSO4等胶状物质时，将使浓泥的粘度增加，使过滤阻力

大大增加。溶液中钙镁含量高，将产生CaSO4、MgSO4饱和结晶，也是影响过滤的重要因素。3）矿浆温度：

A、随着温度的升高，矿浆的粘度减小，提高矿浆的滚动性，可加快过滤速度；

B、提高温度对排除毛细孔道中的气泡有利，从而可提高过滤速度；C、提高矿浆温度有利于矿浆中的细颗凝聚成大颗粒，可消除细粒堵塞孔隙通道，从而加快过滤速度。过滤温度一般为70～80℃。13、简述沸腾浸出槽的原理及其优点。（1）沸腾浸出槽的原理

沸腾槽装置是一个从下向上扩大的空心圆锥体，利用泵不断地将的软锰矿、废电解液及冲来的焙砂等所组成的矿浆由下部打入，并在内部产生上升液流而形成流态化层，硫酸溶液由上部参与，形成逆流运动，并在不同区域内发生流态化的同时也按粒度进行分级。随着固体颗粒中的金属不断溶解上浮而进入流速较小的区域，最终排出沸腾浸出槽。（2）沸腾浸出槽的优点：

1)能保证溶液质量稳定和较好的技术经济指标：既保证了中性上清液质量稳定，也保证了酸浸浸出渣中酸溶锌含量稳定在0.7~1.2%的范围内，金属损失小。

2)劳动生产率得到提高：中性浸出的单位生产能力增加到原来的10倍；浓缩槽的单位生产能力可增加到原来的3倍；酸性浸出单位生产能力提到原来的15倍；

3)设备结构简单，大大减少了维修工作量和维修时所用的防腐材料；4)生产设备占用面积少，投资费用低；

5)易于实现自动化。

第4章硫酸锌浸出液的净化

1、锌焙砂中性浸出液净化时，锌粉置换除铜镉的原理是什么？影响锌粉置换反应的因素有哪些？

（1）锌粉置换净化的原理

锌粉置换除铜、镉的是用较负电性的锌从硫酸锌溶液还原较正电性的铜、镉、钴等金属(用Me表示)离子，基本反应为：

Zn+Me2+=Zn2++Me

置换反应进行的极限程度取决于它们之间的电位差：E=E?Me2+/Me－E?Zn2+/Zn＋0.0295lg(aMe2+/aZn2+)

两种金属电位差愈大，置换反应愈完全。当反应达到平衡时：E?Me2+/Me－E?Zn2+/Zn＝0.0295lg(aZn2+/aMe2+)

由热力学计算可得出，锌粉置换除铜、镉可降至很低的程度。实践证明，锌粉置换除铜、镉很简单进行，

（2）影响锌粉置换除铜、镉的因素有：

①锌粉质量：锌粉的用量与锌粉纯度、粒度及溶液中被置换金属的含量有关，锌粉消耗量一般为理论需要量的2~3倍。一般要求锌粉粒度应通过100~120目筛。锌粉过细简单飘浮在溶液表面，也不利于置换反应的进行。

②搅拌强度：搅拌强度不宜过分猛烈，以防止带入空气溶解于溶液中，引起锌粉氧化而出现钝化现象以及镉的氧化和复溶。因此，一般在机械搅拌槽或沸腾净化槽内进行。

③置换温度：一般控制在45~60℃，温度过高会促使镉复溶。

④中性浸出液的成份：要求中性浸出液的成份合格，保持溶液的pH值为5.2~5.4，锌的浓度为150~180g/l。

⑤添加剂的作用：单独用锌粉置换沉积镉时，Cu2+具有催化作用，因此置换沉镉时溶液中必需有足够的Cu2+，铜的浓度为0.20~0.25g/L，溶液中[Cu2+]：[Cd2+]=1：3时除镉效果最正确。

2、在硫酸锌溶液中的杂质Cu、Cd、Co、Ni、As、Sb、F、Cl在电积过程中有什么危害？如何将它们净化过程中将他们除去？

（1）Cu、Cd、Pb、Co、Ni可在阴极析出，促使在阴极上形成Zn-H微电池，加速H+放电和阴极锌反溶而造成烧板现象，降低阴极锌的品质和电流效率。

在高温及添加活化金属的锌粉置换过程中，在除钴的同时，还能除去溶液中其它微量杂质砷、锑、镍、铜、锗等，从而达到溶液的深度净化。方法有砷盐净化法、锑盐净化法和合金锌粉净化法。

（2）As、Sb、Ge严重地降低电流效率和增加电能消耗。锗与锑共存时危害加剧，锗、锑还会加剧其它杂质的危害。锗、砷、锑都会使阴极锌起皱，严重时产生蜂窝状或海绵状沉积物，严重降低电锌质量。

向电解液中参与胶质，可不同程度地消除锗与锑的危害。

（3）Fe、Mn一般不会在阴极析出，但是会在阴极、阳极之间进行氧化还原反应消耗电能，使锌反溶，降低电流效率。

（4）氯离子会腐蚀阳极，缩短阳极寿命，增加溶液的含铅量，使阴极锌的含铅量增加而降低锌的品质。

当有MnO2存在时，可抑制氯离子的危害。

MnO2+4H++2Cl-＝Mn2++C12+2H2O

（5）氟离子能破坏阴极表面的氧化铝膜，使析出的锌与铝板发生粘结而使阴极锌难于剥离。

参与酒石酸锑钾可改善剥离状况。

第6章湿法炼锌发展动态1、湿法炼锌有哪些新方法？

湿法炼锌的新方法主要有硫化锌精矿的直接电解、Zn–MnO2同时电解、溶剂萃取-电解法提锌及热酸浸出-萃取法除铁等。

2、简述硫化锌精矿的直接电解和Zn–MnO2同时电解的基本原理并写出其电极反应。

1）硫化锌精矿的直接电解

在酸性溶液中，用70%硫化锌精矿与30%石墨粉为阳极，铝板为阴极，直接用电解生产锌。阴极和阳极反应为：

阳极

阴极

ZnS-2e=Zn2++SZn2++2e=Zn

阳极电流效率为96.8~120%，阴极电流效率为91.4~94.8%，阴极锌纯度达99.99%以上。

2）Zn–MnO2同时电解

将锌精矿磨细至200目，ZnS/MnO2按化学计量配入并用硫酸进行浸出，浸出液经净化后用铅-银（1%银）合金为阳极、铝板为阴极在硫酸体系中进行电解。电解时阴极和阳极反应为：

阳极Mn2++2H2O-2e=MnO2+4H+

阴极Zn2++2e=Zn

总反应ZnSO4+MnSO4+2H2O=Zn+MnO2+2H2SO4

槽电压为2.6~2.8V，阴极电流效率为89~91%，阳极电流效率为80~85%。阴极电锌含Zn≥99.99%，阳极产出γ-MnO2，品位＞91%。产品比Zn:MnO2=1:1.22。节能50~60%。双电解废液再进行锌的单电解，进一步回收锌、锰。

第7章火法炼锌

1.根据Zn-Cd二元系沸点组成图，说明粗锌火法精馏精炼的基本原理和过程。

由图可以看出，当锌中熔有低沸点镉时，锌的沸点便会降低，其变化规律如图中I线所示。当成分为A的粗锌加热到a的温度时，这种含镉的锌便会沸腾，锌、镉同时挥发。蒸气冷却时，其组成则是沿着线II变化，从I线上的a点作横坐标的平行线，交于b点，b点所代表成分，即为A成分的合金加热至a点蒸发，气液两相平衡时气相的平衡成分。

因此，被冷凝下来的液相含锌较b点多、含隔少。未被冷凝的气相则正好相反，即气相中富集了低沸点的金属镉，这样反复屡屡地蒸发与冷凝，液相中就富集了高沸点金属，气相中富集了低沸点的金属，从而使沸点有区别的两种金属，达到完全分开的目的。

2、密闭鼓风炉炼锌法从低锌蒸气中冷凝锌获得成功的主要措施有哪些？

鼓风炉炼锌的主要设备有：为密闭鼓风炉炉体、铅雨冷凝器、冷凝分开系统以及铅渣分开的电热前床。

冷凝分开系统可分为冷凝系统和铅、锌分开系统两部分，铅雨冷凝器是鼓风炉炼锌的特别设备，铅锌的分开一般采用冷却熔析法将锌分开出来。

铅锌精矿与熔剂配料后在烧结机上进行烧结焙烧，烧结块和经过预热的焦炭一道参与鼓风炉，烧结块在炉内被直接加热到ZnO开始还原的温度后，ZnO被还原得到锌蒸气，锌蒸气与风口区燃烧产生的CO2和CO气体一道从炉顶进入铅雨冷凝器，锌蒸气被铅雨吸收形成Pb-Zn合金，从冷凝器放出再经冷却后析出液体锌，形成的粗铅、冰铜和炉渣从炉缸放入前床分开，

粗铅进一步精炼，炉渣经烟化或水淬后堆存。3、密闭鼓风炉炼锌有哪些优缺点？

（1）对原料的适应性强，可以处理铅锌的原生和次生原料，特别适合处理难选的铅锌混合矿，简化了选冶工艺流程，提高了选冶综合回收率。（2）生产能力大，燃料利用率高，有利于实现机械化和自动化，提高劳动生产率。

（3）基建投资费用少。

（4）可综合利用原矿中的有价金属，金、银、铜等富集于粗铅中予以回收，镉、锗、汞等可从其它产品或中间产品中回收。（1）需要消耗较多质量好、价格高的冶金焦炭。

（2）技术条件要求较高，特别是烧结块的含硫量要低于1%，使精矿的烧结过程控制繁杂。

（3）炉内和冷凝器内部不可避免地产生炉结，需要定期清理，劳动强度大。4、火法炼锌的基本原理。

ZnO被炭还原的特点是产生锌蒸气，还原反应为ZnO(s)+C(s)=Zn(g)+CO(g

ZnO被炭还原，实际上是被CO还原：

ZnO(s)+CO(g)=Zn(g)+CO2(g)?Go=178020–111.67TJ

还原蒸馏法炼锌往往在密闭的蒸馏罐内进行，采用间接加热，还原蒸馏得到的锌蒸气必需在冷凝器中冷凝成为液体锌。5、铅雨冷凝器的特点。

铅雨冷凝器的优点

①铅的价格低廉，熔点较锌低而沸点较锌高，在锌的冷凝温度下呈液态

且蒸气压低；

②在锌的冷凝温度下铅不易氧化，且与锌部分互溶，溶解度随温度的升

高而增大；

③锌在铅液中的活度系数小于1，冷凝炉气对铅液中锌的氧化比纯锌液要困难。

铅雨冷凝器的缺点

①由于铅的热容量小以及锌在铅中的溶解度随温度的变化率很小，使铅

液的循环量很大，是冷凝锌量的420倍；

②锌铅合金中的正偏差关系使锌在铅液中的活度很大，使锌的氧化损失

增大。

6、密闭鼓风炉炼锌的炉渣特点。

为了提高锌的挥发率和降低渣含锌，要求鼓风炉炼锌炉渣具有较高的熔点（1200℃）和较高的氧化锌活度，因此鼓风炉炼锌炉渣为高氧化钙炉渣，炉渣的CaO/SiO2一般为1.4~1.5，炉渣中一般含0.5%Pb和6~8%Zn，锌随渣的损失占入炉总锌量的5%。

为了减少渣含锌损失，应减少渣量和降低渣含锌。采用高钙炉渣有利于减少熔剂消耗量和渣量，从而提高锌的回收率。7、粗锌真空蒸馏的原理及其优点。

粗锌的真空蒸馏是利用锌与各杂质的蒸气压的区别，在高温柔真空中使它们与锌分开。

锌具有较好的挥发性，粗锌中各种杂质有在蒸发时不蒸发或很少蒸发，少数如镉的挥发性大于锌，只要采取一定措施分开镉，就能有效地真空蒸馏锌。真空蒸馏和常压精馏锌比较，由于真空蒸馏法是在低于大气压的环境下进行，因此具有一下优点：

作业温度低：常压蒸馏在1423～1473K，真空蒸馏在1073K以下，较多的采用798K，二者相差约673～973K；

产品质量好：常压精馏锌纯度为含锌99.995%，含铝量少于0.003%，含铜、铁、镉各在0.001%以下，而真空蒸馏产品锌纯度更高。

第5章硫酸锌溶液的电解沉积1、写出锌电积的主要电极反应。电积时总的电化学反应为：

电极反应为：阴极Zn2++2e=Zn

ZnSO4?H2O?Zn?H2SO4?12O2阳极H2O-2e=0.5O2+2H+

2、锌与氢的标准电极电位分别为-0.763V和0.00V。理论上，在阴极上析出锌之前，电位较正的氢应先析出，在实际电积锌过程中为什么是锌优先于氢析出？阴极区存在有Zn2+、H+、微量Pb2+及其它杂质金属离子(Men+)，通直流电时，在阴极上的可能的反应有：

Zn2++2e=ZnE?Zn2+/Zn=-0.763V2H++2e=H2E?H+/H2=0.0V在298K时，锌和氢的放电电位如下：

2.303RT1gaZn2???0.763?0.02951gaZn2?2FE?E0?2.303RT1ga??0.051ga?HHHHF

0EZn?EZn?在工业生产条件下，电解液的成份为H2SO4120g/l、Zn2+55g/l，在40℃，Zn和H2析出的平衡电位可表示为：

EZn2+/Zn=E?Zn2+/Zn+0.0295lgaZn2+=-0.806VEH+/H2=E?H+/H2+0.0591lgaH+=-0.053V从热力学上可以看出，

在阴极上析出锌之前，电位较正的氢应先析出。在实际的电积锌过程中，

由极化现象而产生电极反应的超电压（?），阴极反应的析出电位应为：E?Zn=-0.763+lnaZn2+-?Zn

E?H2=lnaH+-?H

在锌电极上的超电压为1.105V，锌的超电压为0.05V。E?Zn=-0.856V

E?H2=-1.158V

由于氢气超电压的存在，使氢的析出电位比锌负，

锌优先于氢析出，从而保证了锌电积的顺利进行。

3、杂质在锌电积时的行为有哪些？

根据电化反应性质和发生地点的不同，可以把各种杂质分为以下几类：（1）在阴极上放电的杂质离子?铅、镉、锡、铋

较锌优先放电并在阴极上沉积析出，降低电锌质量。?铜、钴、镍

在阴极上较锌优先析出，降低电锌质量，在阴极上造成各种“烧板〞（锌的反溶）现象，显著降低电流效率，增大电耗。?锗、砷、锑

严重地降低电流效率和增加电能消耗。锗与锑共存时危害加剧，锗、锑还会加剧其它杂质的危害。锗、砷、锑都会使阴极锌起皱，严重时产生蜂窝状或海绵状沉积物，严重降低电锌质量。

（2）在阴、阳极之间进行氧化-还原的杂质离子

主要是Fe2+、Mn2+，一般不在阴极析出，不会影响电锌的质量，但能够在阳极氧化为高价Fe3+、MnO2和MnO4-，在阴极又被还原为低价的Fe2+、Mn2+。在阴、阳极之间进行的这种氧化-反应消耗电能，使锌反溶，降低电流效率。

阴极Fe2(SO4)3+Zn＝ZnSO4+2FeSO4

阳极4FeSO4+2H2SO4+O2＝2Fe2(SO4)3+2H2O（3）在阳极和阴极上都不放电析出的杂质元素

?钾、钠、铝、镁、钙会使电解液的粘度和电阻增大而增加电能消耗。当钙、镁含量过高时，决造成冷却器和管道的结垢现象，阻塞管道，影响操作。?氯离子会腐蚀阳极，使阴极锌的含铅量增加而降低电锌质量，同时缩短阳极寿命。

Pb+6H++ClO3-＝Pb2++Cl-+3H2O

当有MnO2存在时，可抑制氯离子的危害。

MnO2+4H++2Cl-＝Mn2++C12+2H2O

?氟离子会破坏阴极铝板表面的氧化膜，使锌与铝板发生粘结，使锌片难于剥离。参与酒石酸锑钾可改善剥离状况。4、如何降低阴极铅含量，