石油化工生產(chǎn)技術(shù)答辯畢業(yè)論文

1、承德石油高等專(zhuān)科學(xué)校畢業(yè)論文畢 業(yè) 論 文說(shuō) 明 書(shū)設(shè)計(jì)題目： 論豎罐煉鋅現(xiàn)狀 班 級(jí)： 化工1010班 學(xué)生姓名： 劉佳 指導(dǎo)教師： 李紅耀 完成日期： 2013 年 6 月 9 日化工系畢業(yè)論文任務(wù)書(shū)一、題目 論豎罐煉鋅現(xiàn)狀 設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 劉佳 二 、題目說(shuō)明： 本題應(yīng)達(dá)到的基本要求1. 認(rèn)真查閱資料。2. 本著科學(xué)的態(tài)度，按照實(shí)驗(yàn)步驟完成實(shí)驗(yàn)。三、題目進(jìn)度安排（步驟、程序、時(shí)間） 第 1 - 6周：準(zhǔn)備、查閱資料。第 7 - 13周：跟隨班長(zhǎng)了解豎罐煉鋅流程 。第14-15周：總結(jié)數(shù)據(jù)，撰寫(xiě)畢業(yè)論文。第16-18周：整理論文、準(zhǔn)備答辯。交出任務(wù)時(shí)間:2013年 3 月 2 日；完成日期

2、 6 月 10 日學(xué)生交出全部設(shè)計(jì)（論文）期限2013年 6 月 12 日指導(dǎo)教師 李紅耀 學(xué)生簽名 劉佳 摘 要本文論述了豎罐煉鋅技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展，對(duì)現(xiàn)代豎罐煉鋅技術(shù)體系做了系統(tǒng)的介紹,不但全面介紹了該技術(shù)體系的主流程,也介紹了配套的輔助流程,是現(xiàn)代豎罐煉鋅技術(shù)進(jìn)步和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。主要內(nèi)容包括:原料準(zhǔn)備、氧化焙燒及制酸、團(tuán)礦制備、焦結(jié)與蒸餾、精餾、有價(jià)金屬綜合回收、渣處理、煤氣與碳化硅制品生產(chǎn)等。全書(shū)以生產(chǎn)操作介紹為主,為說(shuō)明生產(chǎn)操作的依據(jù)與合理性,也適當(dāng)介紹了一些相關(guān)的理論知識(shí)。關(guān)鍵詞：豎罐煉鋅；火法煉鋅原理；設(shè)備；流程；特點(diǎn)。ABSTRACTThis paper discusses t

3、he present situation and development of the zinc vertical retorting technology, made a systematic introduction to modern zinc vertical retorting technology system, not only a comprehensive introduction to the main process of the technical system, also introduced the auxiliary supporting processes, i

4、s a modern zinc vertical retorting technology progress and production experience. The main contents include: raw material preparation, oxidation roasting and acid, its preparation, coke and distillation, distillation, comprehensive recovery of metal, slag processing, gas and silicon carbide products

5、 production. The book mainly in the production of introduction, to illustrate the operation basis and rationality, but also appropriate introduces some relevant theoretical knowledge.KEY WORDS: zinc vertical retorting; zinc pyrometallurgy principle; equipment; technological process; characteristic目

6、錄前 言.7第一章 鋅及其主要伴生元素的性質(zhì).81.1鋅及鋅礦中主要伴生元素的物理性質(zhì).81.2鋅及鋅礦中主要伴生元素的宏觀性質(zhì). 81.3鋅及鋅礦中主要伴生元素的物質(zhì)結(jié)構(gòu).81.4鋅及其主要伴生元素和化合物的熱力學(xué)性質(zhì).81.5鋅的用途. 8第二章 豎罐煉鋅原理.92.1基本原理. 9第三章 豎罐煉鋅流程.103.1豎罐煉鋅簡(jiǎn)化流程.103.2豎罐煉鋅流程圖.10第四章 焙燒.114.1焙砂中ZnO的還原.114.2焙砂中其他物質(zhì)的還原.114.3焙燒的目的.114.4焙燒的程度.12第五章 Zn蒸氣的冷凝.125.1冷凝反應(yīng).125.2還原蒸餾氣體組成的組成.125.3藍(lán)粉的生成.125.

7、4冷凝設(shè)備.135.4.1鉛雨冷凝器的優(yōu)點(diǎn).135.4.2鉛雨冷凝器的缺點(diǎn).135.5冷凝影響因素.13 第六章 精餾法精煉.146.1粗鋅精餾精煉的原理.146.2精餾的設(shè)備與工藝.146.3粗鋅精餾精煉的過(guò)程.18第七章 總 結(jié).20參考文獻(xiàn).22致 謝.23前 言我國(guó)鋅礦資源豐富，已查明的儲(chǔ)量居世界前列。煉鋅技術(shù)源于我國(guó)，約在十五六世紀(jì)以前我國(guó)采煉技術(shù)和規(guī)模居世界領(lǐng)先地位。豎罐煉鋅技術(shù)已經(jīng)有近百年的發(fā)展史，該技術(shù)已經(jīng)在國(guó)外消失，只在中國(guó)還表現(xiàn)出較強(qiáng)的生命力。經(jīng)過(guò)幾代人的不懈努力，豎罐煉鋅技術(shù)有了很大提高，其中葫蘆島鋅廠代表當(dāng)今豎罐煉鋅技術(shù)的最高水平。為了確保豎罐煉鋅技術(shù)的不斷提高，就要不

8、斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，以促進(jìn)豎罐煉鋅技術(shù)的不斷發(fā)展。第一章 鋅及其主要伴生元素的性質(zhì)1.1鋅及鋅礦中主要伴生元素的物理性質(zhì)鋅是銀白色的金屬，斷面有金屬光澤，結(jié)晶為最密堆積的六方晶格。鋅礦中主要的伴生元素在元素周期表中屬于B族、B族和B族的Pb、Zn、Cd、Hg、Sn、Sb、Bi、As、In、Ge和Ag、Au等。1.2鋅及鋅礦中主要伴生元素的宏觀性質(zhì)物理性質(zhì)：熔點(diǎn)、熔化熱、沸點(diǎn)、汽化熱、蒸氣壓、密度、摩爾體積、線(xiàn)膨脹系數(shù)、彈性模數(shù)、電阻率、磁化率、表面張力、粘度等1.3鋅及鋅礦中主要伴生元素的物質(zhì)結(jié)構(gòu) 電子層結(jié)構(gòu)、極化率、粒子半徑、金屬鍵半徑、離子半徑、離子勢(shì)、原子和離子的電離能、放射性同位素、電負(fù)性

9、、磁化率等1.4鋅及其主要伴生元素和化合物的熱力學(xué)性質(zhì)鋅主要化合物的熱力學(xué)性質(zhì)、水溶液中有關(guān)電極反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電勢(shì)、水溶液體系的熱力學(xué)數(shù)據(jù)等1.5鋅的用途金屬鋅有著廣泛的用途，用量?jī)H次于銅和鋁，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。世界上，鋅約有一半用于鍍鋅工業(yè)，其次是用來(lái)制造合金，如用鋅、銅制造黃銅，銅、鋅、錫形成青銅合金，銅、鋅、鉛、形成抗磨合金，以及壓鑄合金等。鋅的化合物也有各種各樣用途。氧化鋅在橡膠工業(yè)有作添加劑，在化學(xué)工業(yè)中用作白色顏料，也可以用作防腐涂料浸潤(rùn)木材起保護(hù)作用。在冶金工業(yè)中，利于鋅從氰化溶液中置換會(huì)，在粗鉛精致時(shí)用丁提取貴金屬。在濕法煉鋅生產(chǎn)過(guò)程中凈化溶液，除去銅、鎘等雜質(zhì)。

10、第二章 豎罐煉鋅原理2.1 基本原理火法煉鋅是先將鋅精礦進(jìn)行氧化焙燒或燒結(jié)焙燒，使精礦中的ZnS變?yōu)閆nO，然后用碳質(zhì)還原劑還原得到鋅蒸氣，再進(jìn)一步蒸餾提純得精煉鋅。按冶煉設(shè)備不同可分鼓風(fēng)爐、豎罐、電爐、平罐等煉鋅方法。平罐煉鋅在20 世紀(jì)前是唯一的煉鋅方法，是一種簡(jiǎn)單而又落后的煉鋅方法，由于能耗高，生產(chǎn)率低，目前已基本淘汰。第三章 豎罐煉鋅流程3.1 豎罐煉鋅簡(jiǎn)化流程焙燒 還原蒸餾 精煉3.2豎罐煉鋅流程圖第四章 焙燒4.1焙砂中ZnO的還原火法煉鋅是基于在高溫（>1273 K）ZnO能被碳質(zhì)還原劑還原，主要反應(yīng)為：ZnO(s) + CO (g) = Zn(g) + CO2(g)C(s

11、) + CO2(g) = 2CO(g)總反應(yīng)為： ZnO(s) + C(s) = Zn(g) + CO(g)4.2焙砂中其他物質(zhì)的還原存在于焙砂中的鐵酸鋅（ZnO.Fe2O3）在蒸餾過(guò)程中可被CO還原：ZnO.Fe2O3+CO=ZnO+2FeO+CO2ZnO+CO=Zn+CO2焙砂中的硅酸鋅在配入石灰后也容易還原，但焙砂中的ZnSO4和ZnS不被還原完全進(jìn)入蒸餾殘?jiān)卸痄\的損失。4.3焙燒的目的完全脫硫，得到金屬氧化物組成的焙燒礦（焙砂），從而可使蒸餾得到的鋅較純，避免蒸餾過(guò)程鋅成為硫化鋅而造成的鋅的損失。4.4焙燒的程度焙燒是完全的氧化焙燒(死焙燒)。這是因?yàn)榛鸱ㄒ睙捠窃趶?qiáng)還原性氣氛中使

12、氧化鋅被一氧化碳還原成金屬鋅，在現(xiàn)有工藝條件下硫化鋅是不能被還原成金屬鋅的。第五章Zn蒸氣的冷凝5.1冷凝反應(yīng)還原蒸餾得到的鋅蒸氣必須在冷凝器中冷凝成液體鋅。Zn(g) Zn（l）鋅蒸氣的冷凝是相變過(guò)程，為使氣態(tài)鋅轉(zhuǎn)化為液態(tài)鋅，必須使鋅蒸氣溫度降到沸點(diǎn)下（<1180 K）。實(shí)際生產(chǎn)中，降低冷凝溫度直到接近鋅的熔點(diǎn)，使剩余的鋅蒸汽壓接近零，可獲得最大冷凝效率。5.2還原蒸餾氣體組成的組成還原蒸餾產(chǎn)生的氣體是Zn蒸氣、CO和少量的CO2的混合氣，鋅蒸汽的含量不超過(guò)50%。5.3藍(lán)粉的生成如鋅蒸汽剛冷凝成小液滴，其表面即被氧化，生成氧化物薄膜，最終凝固成細(xì)粉，即藍(lán)粉。引起藍(lán)粉的主要因素為CO2

13、，這是因?yàn)榉磻?yīng)：ZnO + CO = Zn(g) + CO2 為吸熱反應(yīng)，所以當(dāng)爐氣中溫度下降時(shí)CO2將使產(chǎn)出的鋅蒸氣再氧化成ZnO，并包裹在鋅液滴的表面，形成藍(lán)粉，降低冷凝效率。為了防止氧化反應(yīng)的發(fā)生，盡可能在高溫下直接將鋅蒸氣導(dǎo)入冷凝器內(nèi)，使之急冷。5.4冷凝設(shè)備有鋅雨飛濺式冷凝器和鉛雨飛濺式冷凝器兩類(lèi)。鼓風(fēng)爐煉鋅得到的Zn蒸氣濃度低，因此生產(chǎn)中采用高溫密閉爐頂和鉛雨冷凝的方法。利用鉛雨冷凝時(shí)，利用鋅在液體鉛中有一定溶解度，降低冷凝下來(lái)的鋅的活度，從而保護(hù)鋅不被爐氣中的CO2所氧化。5.4.1鉛雨冷凝器的優(yōu)點(diǎn)鉛的價(jià)格便宜，熔點(diǎn)較鋅低而沸點(diǎn)較鋅高，在鋅的冷凝溫度下呈液態(tài)且蒸氣壓低；在鋅的冷凝

14、溫度下鉛不易氧化，且與鋅部分互溶，溶解度隨溫度的升高而增大；鋅在鉛液中的活度系數(shù)小于1，冷凝爐氣對(duì)鉛液中鋅的氧化比純鋅液要困難。5.4.2鉛雨冷凝器的缺點(diǎn)由于鋅在鉛中的溶解度隨溫度的變化率很小，使鉛液的循環(huán)量很大，是冷凝鋅量的417倍。5.5冷凝影響因素（1）過(guò)冷蒸汽中凝結(jié)核心出現(xiàn)的速度。（2）蒸氣壓降低速度。（3）冷凝器排出熱量的速度。第六章 精餾法精煉6.1粗鋅精餾精煉的原理粗鋅精餾精煉的基本原理是利用鋅與各雜質(zhì)的蒸氣壓和沸點(diǎn)的差別，在高溫下使它們與鋅分離。 粗鋅中可能含有的雜質(zhì)金屬，按其蒸氣壓或沸點(diǎn)分兩類(lèi)：(1) 蒸氣壓高于(或沸點(diǎn)低于)鋅的雜質(zhì)如Cd等。 (2) 蒸氣壓低于(或沸點(diǎn)高于

15、)鋅的雜質(zhì)元素如Pb、In、Fe、Cu等生產(chǎn)中常將脫除沸點(diǎn)高于鋅的雜質(zhì)金屬的過(guò)程稱(chēng)為脫鉛過(guò)程；脫除沸點(diǎn)低于鋅的金屬雜質(zhì)的過(guò)程稱(chēng)為脫鎘過(guò)程。 6.2精餾的設(shè)備與工藝粗鋅精餾精煉的的主要設(shè)備是鉛塔和鎘塔，此外還有熔化爐、鉛塔冷凝器、鎘塔冷凝器、熔析爐、鑄錠爐等。粗鋅精餾精煉在精餾塔內(nèi)完成。精餾塔包括鉛塔和鎘塔兩部分，一般是由兩座鉛塔和一座鎘塔組成的三塔型精餾系統(tǒng)構(gòu)成。鉛塔的主要任務(wù)是從鋅中分離出沸點(diǎn)較高的Pb、Fe、Cu、Sn、In等元素，鎘塔則實(shí)現(xiàn)鋅與鎘的分離。6.3粗鋅精餾精煉的過(guò)程粗鋅精餾精煉在精餾塔內(nèi)完成。 鋅精餾塔一般由兩座鉛塔和一座鎘塔組成一生產(chǎn)組，鉛塔由50-60個(gè)碳化硅盤(pán)所疊成，鉛

16、塔下部四周用煤氣或重油加熱，鉛塔燃燒室的溫度控制在13231423 K之間，上部保溫。加熱部分的塔盤(pán)為淺W型，叫蒸發(fā)盤(pán)。上部塔盤(pán)為平盤(pán)，叫回流盤(pán)。蒸發(fā)盤(pán)設(shè)在下部，以保證大量金屬鋅的蒸發(fā)。相鄰兩塔盤(pán)互成180 交錯(cuò)砌成。為了不使鉛蒸氣達(dá)到塔的上部，在蒸發(fā)盤(pán)與回流盤(pán)之間，有一空段，高約1米，不裝塔盤(pán)，被蒸發(fā)的鉛在此被冷凝下來(lái)在鉛塔中未被冷凝的鋅、鎘蒸氣從鉛塔最上層逸出，經(jīng)鉛塔冷凝器冷凝為液體（含鎘1%）后進(jìn)入鎘塔分離鋅和鎘，燃燒室溫度控制在1100左右，發(fā)生與在鉛塔中相同的冷蒸發(fā)和冷凝過(guò)程。最后，從鎘塔最上層逸出的富鎘蒸氣，進(jìn)入進(jìn)入鎘冷凝器冷凝為Cd-Zn合金(515%Cd)，這種合金是生產(chǎn)鎘的重

17、要原料。鎘塔的最下層聚積了除去鎘純鋅液，鑄錠后即為商品純鋅。第七章 總結(jié)現(xiàn)代冶金技術(shù)，將鋅的冶金方法劃分為兩類(lèi)，即火法和濕法。按通常的概念，兩種方法最根本的區(qū)別是鋅的精煉提純工藝不同，因此也可以把火法稱(chēng)為精餾法，濕法稱(chēng)為電解法。在我國(guó)，火法煉鋅產(chǎn)量約占鋅總產(chǎn)量的30%，高于國(guó)外；2002年全國(guó)豎罐煉鋅總產(chǎn)量達(dá)38萬(wàn) t，約占總產(chǎn)量的18%。豎罐煉鋅技術(shù)的總體認(rèn)識(shí)豎罐煉鋅技術(shù)誕生以后，在歐美國(guó)家一度發(fā)展較快。到20世紀(jì)60年代末達(dá)到鼎盛時(shí)期，年產(chǎn)量達(dá)當(dāng)時(shí)世界年總產(chǎn)量的14%。20世紀(jì)70年代中期以后，受西方世界能源危機(jī)的影響，以及當(dāng)時(shí)環(huán)保技術(shù)水平的制約，生產(chǎn)能力逐漸萎縮。國(guó)外豎罐煉鋅最后一條生產(chǎn)

18、線(xiàn)已于1980年關(guān)閉。我國(guó)的豎罐煉鋅技術(shù)，建國(guó)后在葫蘆島鋅廠得到了快速發(fā)展。特別是到上世紀(jì)80年代末期，技術(shù)水平更加完備，其總體技術(shù)水平已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)西方國(guó)家豎罐煉鋅史上的最好水平。國(guó)內(nèi)對(duì)豎罐煉鋅技術(shù)的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，多取自20世紀(jì)80年代以前，加上葫蘆島鋅廠以外的國(guó)內(nèi)豎罐煉鋅廠均采用葫蘆島鋅廠1990年以前的技術(shù)“克隆”建設(shè)，葫蘆島鋅廠1990年以后的技術(shù)進(jìn)步又很少公開(kāi)報(bào)道，所以在一定程度上掩蓋了當(dāng)代豎罐煉鋅技術(shù)的真實(shí)水平。實(shí)際上，從1995年到現(xiàn)在，中國(guó)的鋅錠年產(chǎn)量一直位于世界第一位，年總產(chǎn)量達(dá)到了全世界鋅總產(chǎn)量的1/4，中國(guó)已經(jīng)成為世界產(chǎn)鋅大國(guó)。而采用豎罐煉鋅技術(shù)生產(chǎn)的鋅錠，占國(guó)內(nèi)鋅錠年總產(chǎn)量的比

19、例，始終都在10%以上。由于豎罐煉鋅對(duì)原料適應(yīng)性較強(qiáng)，因而可處理含氟、砷、銻較高的原料及二次物料；產(chǎn)品靈活性大，可生產(chǎn)純鋅、氧化鋅和鋅粉；鋅的總回收率可高達(dá)95%96%(高于電鋅回收率的92%92.55%)；硫的回收率>94%(而ISP法僅為90%、濕法僅為93%)；年產(chǎn)萬(wàn)噸級(jí)以下的鋅廠單位投資低于濕法煉鋅廠。此外，我國(guó)煤、焦炭、人工等價(jià)位較低，精鋅生產(chǎn)成本往往低于電鋅生產(chǎn)成本(2002年以前)，豎罐煉鋅仍有一定市場(chǎng)，被國(guó)內(nèi)多家中小工廠采用并延續(xù)生產(chǎn)。但因豎罐單罐生產(chǎn)能力的限制(最大日產(chǎn)鋅量?jī)H2122 t)勞動(dòng)生產(chǎn)率低；豎罐間接加熱，噸精鋅能耗高達(dá)2.22.4 t標(biāo)煤；車(chē)間粉塵含量高，污水處理難度大。從能源、環(huán)保、勞動(dòng)生產(chǎn)率幾個(gè)關(guān)鍵因素考慮，從可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略看，豎罐煉鋅技術(shù)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。近年來(lái)我國(guó)豎罐煉鋅的技術(shù)進(jìn)步對(duì)一種生產(chǎn)工藝的評(píng)價(jià)，基本上可以從五個(gè)方面考慮：能耗水平、環(huán)保水平、資源利用率、勞動(dòng)安全與衛(wèi)生、一次性投