濕法冶鋅工藝的設(shè)計流程圖

1、濕法冶鋅工藝流程概述：濕法煉鋅是當(dāng)今世界最主要的煉鋅方法，其產(chǎn)量占世界總鋅產(chǎn)量的85%以上。近期世界新建和擴建的生產(chǎn)能力均采用濕法煉鋅工藝。濕法煉鋅技術(shù)發(fā)展很快，主要表現(xiàn)在：硫化鋅精礦的直接氧壓浸出；硫化鋅精礦的常壓富氧直接浸出；設(shè)備大型化，高效化；浸出渣綜合回收及無害化處理；工藝過程自動控制系統(tǒng)等幾個方面。濕法煉鋅是用稀硫酸(即廢電解液)浸出鋅焙燒礦得硫酸鋅溶液，經(jīng)凈化后用電積的方法將鋅從溶液中提取出來。當(dāng)前，濕法煉鋅具有生產(chǎn)規(guī)模大、能耗較低、勞動條件較好、易于實現(xiàn)機械化和自動化等優(yōu)點在工業(yè)上占主導(dǎo)地位，鋅總產(chǎn)量的8085%來自濕法煉鋅。鋅焙砂的浸出 濕法冶鋅的浸出是以稀硫酸溶液作為溶劑，控

2、制適當(dāng)?shù)乃岫取囟群蛪毫l件，將含鋅物料（如鋅焙砂、鋅煙塵、鋅氧化礦、鋅浸出渣、硫化鋅精礦等）中的新華無溶解撐硫酸鋅進入溶液，不容固體形成殘渣的過程。浸出所得的混合礦漿在經(jīng)濃縮、過濾將溶液與殘渣分離。鋅焙砂浸出的原則工藝流程：鋅焙砂浸出是用稀硫酸溶液去溶解砂浸中的氧化鋅。作為溶劑的硫酸溶液實際上是來自鋅電解車間的廢電解液。鋅焙砂浸出分為中心浸出和酸性浸出的兩個階段，常規(guī)浸出流程采用一段中性浸出和一段酸性浸出或兩端中性浸出的復(fù)浸出流程。鋅焙砂首先用來自酸性浸出階段的溶液進行中性浸出。中性浸出實際是用鋅焙砂來中和酸性浸出溶液中的游離酸，控制一定的酸度（Ph=5.25.4），用水解法除去溶解的雜質(zhì)（

3、主要是Fe、Al、Si、As、Sb），得到的中心溶液經(jīng)凈化后送去電積回收鋅。中性浸出僅有少部分ZnO溶解，鋅的浸出率為75%80%，因此浸出殘渣中還含有大量的鋅，必須用含酸度較大的廢電解液（含100g/L左右的游離酸）進行二次酸性浸出。酸性浸出的目的是使浸出渣中的鋅盡可能完全溶解，進一步提高鋅的浸出率；同時還要得到過濾性良好的礦漿，以利于下一步進行固液分離。為避免大量雜質(zhì)同時溶解，終點酸度一般控制在H2SO4濃度為15g/L。經(jīng)過兩段浸出，鋅的浸出率為85%90%，渣中鋅含量約為20%。為了提高鋅的回收率，需采用火法或濕法對浸出渣進行處理，以回收其中的鋅?；鸱ㄒ话悴捎没剞D(zhuǎn)窯還原揮發(fā)法，得到Zn

4、O粉再用廢電解液浸出。濕法主要采用熱酸浸出，就是將中性浸出渣進行高溫高酸浸出，在低酸中難以溶解的鐵酸鋅以及少量其他尚未溶解的鋅化物得到溶解，可進一步提高鋅的浸出率。采用熱酸浸出可使整個濕法煉鋅流程縮短，生產(chǎn)成本降低，并獲得含貴金屬的鉛銀渣，各種鐵渣容易過濾洗滌，但鋅焙砂中的鐵也大量溶解進入溶液中，溶液中鐵含量可達到2040g/L濕法冶鋅工藝流程硫化鋅精礦氧化焙燒焙燒礦煙氣浸出收塵硫酸鋅溶液浸出渣煙塵煙氣凈化除雜質(zhì)煙化制酸凈化硫酸鋅溶液煙化渣氧化鋅粉硫酸電積堆存或單獨浸出陰極鋅廢電解液熔鑄鋅錠 鋅焙砂各組分在浸出時的行為： A 鋅的氧化物 氧化鋅是焙燒礦的主要成分，浸出時與口算作用，按一下反應(yīng)進

5、入溶液：ZnO + H2SO4 ZnSO4 + H2O該反應(yīng)是浸出過程中主要反應(yīng)。 硫酸鋅很易溶于水，溶解時放出溶解熱，其溶解度隨溫度增高而增大。 鐵酸鋅（ZnO·Fe2O3）在通常工業(yè)浸出條件下（溫度為333343K，終點酸度為H2SO4 15g/L）鋅的浸出率一般只有1%3%，這說明相當(dāng)數(shù)量與鐵結(jié)合的鋅扔保留在殘渣中。采用高溫高酸浸出，鐵酸鋅可按以下反應(yīng)溶解：ZnO·Fe2O3 + 4H2SO4 = ZnSO4 + Fe(SO4)3 + 4H2O與此同時，大量的鐵進入溶液。因此，采用此法時必須首先解決溶液除鐵問題。 硫化鋅僅能在熱硫酸中按如下反應(yīng)溶解：ZnS + H2S

6、O4 = ZnSO4 + H2S在浸出槽，由于自由酸首先與ZnO反應(yīng)，故上面這個反應(yīng)實際上意義很小。硫化鋅在實際浸出過程中基本不溶解而進入浸出渣中。B 鐵的氧化物鐵在鋅焙燒礦中主要以高價氧化物Fe2O3狀態(tài)存在，也有少量的鐵呈低價形態(tài)（Fe2O4、FeSO4）。Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3H2O FeO在很稀的稀硫酸溶液中也會溶解，其反應(yīng)為：FeO + H2SO4 = FeSO4 + H2O Fe2O3不溶于稀硫酸溶液中。 當(dāng)浸出物料中有金屬硫化物存在時，F(xiàn)e2(SO4)3可被還原為FeSO4，其反映為：Fe2(SO4)3 + MeS = 2FeSO4 + Me

7、SO4 + S當(dāng)浸出時，焙燒礦中的鐵有10%20%進入溶液，溶液中存在Fe2+和Fe3+兩種鐵離子。硫酸鋅溶液的凈化在浸出過程中，進入溶液的大部分金屬雜質(zhì)隨著浸出時的中和水解作用而從溶液中除去，但仍有一部分雜質(zhì)殘留在溶液中，主要是銅、鎘、鈷，還有少量的鐵、砷、銻等。這些雜質(zhì)的存在不僅對鋅電解沉積過程造成極大的危害，而且從綜合利用資源來說，將它們分離出來也是完全必要的。因此，浸出過程所得到的中性浸出液，要進行凈化。所謂凈化，就是將浸出過濾后的中性上請液中的雜質(zhì)除至規(guī)定的限度以下，以提高其純度，使之滿足電解沉積時對新液的要求的過程。 根據(jù)除鈷方法的不同，浸出液凈化方法大體可以分為兩類：一類是加鋅粉

8、除銅鎘，然后在有活化劑存在的條件下除鈷、鎳；另一類則是加鋅粉除銅鎘，再加特殊藥劑與鈷作用生成難溶固體除鈷。前者包括鋅粉銻鹽凈化法、鋅粉砒霜（砷鹽）凈化法和合金鋅粉法等；后者包括鋅粉黃藥凈化法、鋅粉萘酚法等。流程則一般有一段、二段、三段和四段之分，視溶液雜質(zhì)含量而定。作業(yè)方式有間斷作業(yè)和連續(xù)作業(yè)。連續(xù)凈液的優(yōu)點是生產(chǎn)率高，易于實現(xiàn)自動化，但操作控制要求較高。硫酸鋅浸出液的凈化的基本原理中性浸出得到的硫酸鋅溶液中的雜質(zhì)分為三類：第一類包括鐵、砷、銻、鍺、鋁、硅酸。這類雜質(zhì)在中性浸出過程中，控制好礦漿的pH值即可大部分除去。第二類包括銅、鎘、鈷、鎳；這類雜質(zhì)則需向溶液中加入鋅粉并分別加入Sb鹽、As

9、鹽、Sn鹽等有關(guān)添加劑使之發(fā)生置換反應(yīng)沉淀除去，或者向溶液中加入特殊試劑使之生成難溶性化合物沉淀除去。第三類雜質(zhì)則包括氟、氯、鎂、鈣等的離子成分。對于這一類雜質(zhì)則需分別采用不同的凈化方法使之除去。鋅粉置換法凈化硫酸鋅溶液(1)鋅粉置換法的一般原理 在金屬鹽的水溶液中，用一種較負電性的金屬取代另一種較正電性金屬的過程叫做置換。例如用鋅粉置換浸出液中的銅、鎘、鈷（用Me代），其反應(yīng)為： Zn + MeSO4= ZnSO4 + Me 從熱力學(xué)的角度考慮，任何金屬均可能按其在電動勢序中的位置被更負電性的金屬從溶液中置換出來。鋅的標(biāo)準(zhǔn)電勢較負，當(dāng)加入硫酸鋅溶液時，便會與較正電性的金屬屬離子如Cu2+、C

10、d2+等發(fā)生置換反應(yīng)。置換的次序決定于在水溶液中金屬的還原電勢次序。而置換除去的極限程度取決于它們之間的電勢差。 這種鋅粉置換過程，從電化學(xué)觀點來說，是微電池的電化反應(yīng)過程。根據(jù)原電池的概念，置換金屬的溶解即離子化為陽極過程；而被置換金屬的沉積為陰極過程。也就是說，在與電解質(zhì)溶液相接觸的金屬表面上，進行著共軛的陰極和陽極電化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)較負電性的金屬放入含更正電性金屬離子的溶液中，在金屬與溶液之間立即開始離子交換，并在金屬表面上形成了被置換金屬覆蓋的表面區(qū)。隨著反應(yīng)的進行，電子將由置換金屬流向被置換金屬的陰極區(qū)，而在陽極區(qū)則是金屬的離子化。用鋅粉置換法凈化硫酸鋅溶液時，在溶液中的銅、鎘、鈷離子在

11、鋅粉表面析出后作為陰極，鋅作為陽極，形成Cu-Zn、CdZn、Cd-Zn微電池，鋅就溶解，銅、鎘、鈷就被析出。在陽極上金屬鋅變成離子而進入溶液，并在金屬鋅上留下電子。陰極上的電子則吸附溶液中的離子，并使其還原成金屬而析出。 不過，陰極除上述反應(yīng)外，還可能有析氫反應(yīng)發(fā)生：O2 + 4e- + 4H+ = 2H2O2H+ + 2e- = H2a氧的電位比鋅浸出液中任何金屬雜質(zhì)的電位都較正，即氧都將優(yōu)先在陰極上還原。因此，在用鋅粉置換的凈液過程中，不應(yīng)當(dāng)有氧存在。這就要求鋅粉置換凈液過程連續(xù)化和不能用空氣攪拌。 b除氧以外，其它金屬雜質(zhì)的離子就遇到一個與氫離子競爭放電的問題。為了達到凈液的目的，就要

12、設(shè)法使雜質(zhì)金屬離子優(yōu)先放電析出，而不使氫離子優(yōu)先放電析出。為此，從熱力學(xué)上講，必須使氫的電位變?yōu)檩^負，這就要求pH值要高，從動力學(xué)一來說，必須提高氫的析出超電壓，而降低金屬雜質(zhì)的析出超電壓。c正電性的金屬雜質(zhì)如銅、砷、銻等，在任何情況下，它們都比氫優(yōu)先在陰極上放電析出，因此這類雜質(zhì)很容易除去。 d負電性的金屬雜質(zhì)，分為兩種類型：一類是電位為負但較鋅為正的如鎘、鈷、鎳等，為了使它們優(yōu)先在陰極上放電析出，只要控制適當(dāng)高的pH值，不使氫優(yōu)先放電即可除去；另一類是電位比鋅還要負的金屬雜質(zhì)如錳、鉻、鋁等，不管控制多高的pH值，也不能用鋅粉置換的方法除去。 此外，還需要指出一點，在用鋅粉置換的條件下，有析

13、出砷化氫（H3As）的可能性，而且隨著溶液酸度的增加，pH值下降，可能性就更大。(2)鋅粉置換法除銅鎘 從熱力學(xué)分析，采用鋅粉置換Cu，Cd，Co，Ni均可凈化得很徹底，但在實踐中，采用鋅粉置換凈化Cu，Cd比較容易，而凈化除Co，Ni就并不是那么容易。用理論量鋅粉很容易沉淀除Cu，用幾倍于理論量的鋅粉也可以使Cd除去，但是用大量的鋅粉，甚至幾百倍理論量的鋅粉也難以將Co除去至鋅電積的要求。Co難以除去的原因，國外較多的文獻都解釋為Co2+還原析出時具有高的超電壓的緣故，同時還有一個反應(yīng)速率的問題。 一般認為，鋅粉置換除銅、鎘受擴散控制，因此在生產(chǎn)實踐中要注意以下幾個方面，以改善傳質(zhì)條件，提高

14、凈化效果，同時也要注意某些副反應(yīng)的發(fā)生。 a鋅粉的質(zhì)量與用量 鋅粉的純度應(yīng)該比較高，除了不應(yīng)帶入新的雜質(zhì)外，還應(yīng)避免鋅粉被氧化，以避免增大鋅粉的耗量。從增大比表面以加速置換反應(yīng)的觀點考慮，鋅粉粒度固然越小越好，但如果粒度過小會導(dǎo)致其飄浮在溶液表面，顯然也不利于鋅粉的有效利用。如果一次加鋅粉同時沉積銅和鎘，鋅粉粒度一般為0.150.07mm；如果按兩段分別沉積銅和鎘，則可先用較粗的鋅粉沉積銅，再用較細的鋅粉沉積鎘。對銅的沉積而言，鋅粉用量約為理論量的1.21.5倍便足夠了，但對鎘來說，為了有效防止鎘的復(fù)溶，需增加鋅粉用量至理論量的36倍。當(dāng)然，鋅粉用量還與溶液成分、鋅粉純度與粒度有關(guān)，純度低和粒

15、度粗的鋅粉，其消耗量顯然要大些。 b攪拌速度 置換過程是在攪拌槽中進行，提高攪拌速度以強化擴散傳質(zhì)對加速置換反應(yīng)顯然是有利的。從這一點出發(fā)，流態(tài)化床凈化技術(shù)具有優(yōu)越性。 c溫度 提高溫度既有利于置換反應(yīng)的加速，也會增進鋅粉的溶解和鎘的復(fù)溶，一般以控制6070為宜。對鎘的置換來說，由于鎘在4055之間存在同素異形體的轉(zhuǎn)變，當(dāng)溫度過高時會促使鎘的復(fù)溶，工藝上一般控制在5060之間。 d浸出液成分 浸出液的濃度低些固然有利于鋅粉表面Zn2+的擴散傳質(zhì)，但如果濃度過低則因為增大了鋅與氫之間的電勢差而有利于H2的析出，從而導(dǎo)致鋅粉消耗量的增大，故鋅濃度一般以150180g/L較為合適。溶液的PH值越低越

16、有利于H2的析出，但會增大鋅粉無益耗損和鎘的復(fù)溶。在鋅粉用量為理論量的3倍時，要使溶液殘余的銅和鎘符合要求，溶液的PH值應(yīng)維持在3以上。如果溶液含銅高而需要優(yōu)先沉積銅保留鎘，則宜將中性浸出液酸化至含H2SO40.10.2g/L，以便活化鋅表面，促進銅的沉積。 e預(yù)防副反應(yīng)的發(fā)生 前已述及，溶液中的砷和銻在置換過程中尤其在酸度較高的情況下，可能會析出極毒氣體AsH3和SbH3，因此，應(yīng)盡可能在中性浸出時將砷和銻沉淀完全。 另外，研究結(jié)果表明，單獨用鋅粉置換沉積鎘時，Cu2+具有催化作用，銅的濃度以0.200.25g/L為好。(3)鋅粉置換法除鈷鎳 從Co/Co2+與Zn/Zn2+的標(biāo)準(zhǔn)電勢來看，

17、溶液中的鈷Co2+應(yīng)該可以被鋅粉置換出來，溶液中殘余的鈷濃度可以下降到相當(dāng)?shù)偷乃剑s5×10-12mg/L）。但是根據(jù)研究證實，即使溶液中鈷的起始濃度很高，高到在實際上幾乎遇不到的程度，加入過量很多的鋅粉，甚至加數(shù)百倍當(dāng)量的鋅粉，置換過程的溫度也很高，溶液稍微加以酸化，并且加入可觀數(shù)量的、氫超電壓相當(dāng)高的陽離子（例如加入含鎘0.8g/L的溶液，在10A/cm2時的氫超電壓（0.981V），也不能使溶液中殘余的鈷量降到符合鋅電積所要求的程度。因此需要加入其它活化劑來實現(xiàn)加鋅粉置換沉鈷，采用的方法有砷鹽凈化法、銻鹽凈化法和合金鋅粉法等。 添加銻鹽、砷鹽用鋅粉置換鈷的反應(yīng)，是在鋅粉表面形

18、成微電池的電化反應(yīng)。這種電化反應(yīng)的進行主要取決于電池兩極的電勢。由于鋅和鈷的電勢都為負值，當(dāng)鋅的析出電勢絕對值大于鈷的析出電勢絕對值時，鋅粉置換鈷的反應(yīng)便會不斷進行。通過研究發(fā)現(xiàn)，無論溶液溫度多高，鈷離子在鋅表面析出的超電壓很高，使得鈷的析出電勢絕對值高于鋅的析出電勢絕對值。但鈷離子在Sn、Sb等金屬表面析出的超電壓會隨溫度升高而下降。所以如果采用合適的陰極金屬和控制一定的溫度，能夠使Co2+的析出電勢大大降低，達到遠小于鋅的溶出電勢時，Co2+就容易被鋅粉置換出來。實驗證明，加入Pb、Sn、As也可得到很好的結(jié)果。 熔鑄 旋渦爐熔煉是一種強化冶金的工藝過程，其主要特點是在筒形爐體的上部切向送入高速熱空氣，使?fàn)t形成高速旋轉(zhuǎn)的渦，渦流在靠近爐壁側(cè)為正壓向下旋轉(zhuǎn)，靠近中心部位為負壓而且向上抽吸，在爐創(chuàng)造了爐料快速進行熱交換的條件，其中的可燃物便發(fā)生強烈燃燒，使旋渦爐斷面熱強度達到25l06kJ/平方米。濕法煉鋅浸出渣采用旋渦熔煉新工藝濕法煉鋅在世界圍占鋅冶金總量的80%以上，而濕法煉鋅過程中排出的浸出渣中鋅大部分以鐵酸鋅的形態(tài)存在，難以處理。旋渦爐熔煉是一種強化冶金的工藝過程，其主要特點是在筒形爐體的上部切向送入高速熱空氣，使?fàn)t形成高速旋轉(zhuǎn)的渦，渦流在靠近爐壁側(cè)為正壓向下旋轉(zhuǎn)，靠近中心部位為負壓而且向上抽吸，在爐創(chuàng)造了爐料快