2023鋅冶金思考題

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第1章緒論1、煉鋅原料有哪些？（1）鋅礦物:

1）硫化礦(原生礦)：閃鋅礦(ZnS)；鐵閃鋅礦(nZnS?mFeS)

2）氧化礦（次生礦）：菱鋅礦(ZnCO3)；異極礦(ZnSiO4?H2O)

（2）含鋅二次資源：冶煉廠產(chǎn)出的氧化鋅煙塵、浮渣和鋅灰等。

2、簡述金屬鋅的用途。

鋅廣泛用于航天、汽車、船舶、鋼鐵、機(jī)械、建筑、電子及日用工業(yè)等行業(yè)。(1)鋅的初級用途：

最大用途是鍍鋅，約占總耗鋅量的40%以上；其次是用于制造黃銅，約占總耗鋅量的20%；制造各種鋅基合金、干電池(我國約60萬噸/年)、

氧化鋅、建筑五金制品及化學(xué)制品等。

（2）鋅的終端用途：

主要用于交通運(yùn)輸業(yè)（汽車)和建筑業(yè)（基礎(chǔ)設(shè)施、商用建筑和住宅）

3、現(xiàn)代煉鋅方法有哪些？

現(xiàn)代煉鋅方法分為火法和濕法兩大類，以濕法冶煉為主。

（1）火法煉鋅:有鼓風(fēng)爐煉鋅、豎罐煉鋅、平罐煉鋅、電熱法煉鋅等?火法煉鋅包括焙燒、還原蒸餾和精煉三個主要過程。平罐煉鋅和豎罐煉鋅都是間接加熱，存在能耗高、對原料的適應(yīng)性差等原因，平罐煉鋅幾乎被淘汰，豎罐煉鋅也只有為數(shù)很少的3~5家工廠采用。

?電熱法煉鋅雖然直接加熱但不產(chǎn)生燃燒氣體，也存在生產(chǎn)能力小、能耗高、鋅的直收率低的問題，因此發(fā)展前途不大，僅適于電力資源豐富的地方使用。?密閉鼓風(fēng)爐煉鋅由于具有能處理鉛鋅復(fù)合精礦及含鋅氧化物料，在同一座鼓風(fēng)爐中可生產(chǎn)出鉛、鋅兩種不同的金屬，采用燃料直接加熱，能量利用率高

的優(yōu)點(diǎn)，是目前主要的火法煉鋅設(shè)備，占鋅總產(chǎn)量的10%左右。（2）濕法煉鋅:包括傳統(tǒng)的濕法煉鋅和全濕法煉鋅兩類。

1）傳統(tǒng)的濕法煉鋅實(shí)際上是火法與濕法的聯(lián)合流程，是20世紀(jì)初出現(xiàn)的煉鋅方法，包括焙燒、浸出、凈化、電積和制酸五個主要過程。

根據(jù)浸出溫度和酸度的不同，濕法煉鋅分為常規(guī)浸出和熱酸浸出兩種工藝。?常規(guī)浸出時焙砂中的鐵酸鋅不能浸出，留在浸出渣中，用火法揮發(fā)焙燒回收，得到氧化鋅煙塵再浸出。

?熱酸浸出采用高溫高酸浸出鐵酸鋅，鋅的浸出率可達(dá)97%以上，浸出殘渣過濾得到鉛銀渣，浸出液用黃鉀鐵礬法沉鐵得到鐵渣堆存。

2）全濕法煉鋅是在硫化鋅精礦直接加壓浸出的技術(shù)基礎(chǔ)上形成的，于20世紀(jì)90年代開始應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。該工藝省去了傳統(tǒng)濕法煉鋅工藝中的焙燒和制酸工序，鋅精礦中的硫以元素硫的形式富集在浸出渣中另行處理。

3）氧化鋅礦濕法冶煉也屬于全濕法煉鋅。

濕法煉鋅由于資源綜合利用好、單位能耗相對較低、對環(huán)境友好程度高，是鋅冶金技術(shù)發(fā)展的主流，其產(chǎn)量約占世界鋅總產(chǎn)量的80%。

4、了解我國鋅冶煉工業(yè)的現(xiàn)狀。

我國鋅冶煉工藝，目前以濕法冶煉為主，火法其次。開發(fā)利用的鋅資源，以硫化礦為主，氧化礦數(shù)量有限。氧化鋅礦難于選礦富集，低品位氧化礦多通過回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)焙燒，得到品位較高的氧化鋅塵作為火法或濕法煉鋅原料。

鋅的總產(chǎn)量雖然居世界首位，但我國鋅企業(yè)的總體狀況是企業(yè)規(guī)模小、數(shù)量多、分布廣。但近年來我國鋅企業(yè)的規(guī)模和生產(chǎn)能力不斷提高。

鋅礦山主產(chǎn)區(qū)在云南、內(nèi)蒙、甘肅、湖南、廣西、陜西、廣東、四川、青海、福建。

鋅冶煉主產(chǎn)區(qū)有湖南、云南、遼寧、廣西、四川、甘肅、陜西、廣東、貴州。

5、分別畫出火法煉鋅及傳統(tǒng)濕法煉鋅的原則工藝流程圖。

火法煉鋅原則工藝流程

傳統(tǒng)濕法煉鋅原則工藝流程

第2章硫化鋅精礦的焙燒與燒結(jié)

1、根據(jù)Zn-S-O系狀態(tài)圖，說明ZnS難以直接氧化得到金屬鋅的原因。（1）ZnS直接獲得金屬鋅是比較困難的。

（2）硫酸鋅的分解經(jīng)過一個中間產(chǎn)物—堿式硫酸鋅。當(dāng)在產(chǎn)物只保持少量硫酸鹽時，得到的是堿式硫酸鹽而不是正硫酸鹽。生產(chǎn)中不能用降低Pso2及Po2方法來保證獲得ZnO焙燒產(chǎn)物。

（3）溫度升高時，硫酸鋅穩(wěn)定區(qū)縮小，提高沸騰焙燒溫度可以保證鋅硫酸鹽的完全分解。硫化鋅不能在高溫下直接氧化生成金屬。

（4）對于含Cu、Fe等的繁雜的含鋅原料進(jìn)行硫酸化焙燒時，希望Cu、Zn等有價金屬轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩猁}，須控制適當(dāng)?shù)谋簾郎囟?953±30K)，溫度降低50℃，鐵將被硫酸化隨后被大量浸出，溫度升高50℃，Cu、Zn的硫酸鹽發(fā)生分解。2、為什么說硫化鋅是較難焙燒的硫化物？

硫化鋅以閃鋅礦或鐵閃鋅礦(nZnS·mFeS)的形式存在于鋅精礦中。焙燒時硫化鋅進(jìn)行以下反應(yīng)：ZnS+2O2＝ZnSO4

(1)

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

焙燒開始時，進(jìn)行反應(yīng)(1)與反應(yīng)(2)，反應(yīng)產(chǎn)生SO2之后，在有氧的條件下它又氧化成SO3。在有SO3存在時氧化鋅可以形成硫酸鋅。

調(diào)理焙燒溫度和氣相成分，就可以在焙砂中獲得所需要的氧化物或硫酸鹽。鉛的存在能促使硅酸鹽生成，由于硅酸鉛的易熔性，促使精礦熔結(jié)，阻礙焙燒進(jìn)行。熔融狀態(tài)的硅酸鉛可以溶解其他金屬氧化物或其硅酸鹽，形成繁雜的硅酸鹽。鐵酸鋅的生成是無法避免的。硫化鋅是較難焙燒的一種硫化物。3、簡述硫化鋅精礦焙燒的目的。

從硫化鋅精礦中提取鋅，除高溫加壓直接浸出流程外，無論采用火法和濕法工藝，一般須預(yù)先經(jīng)過焙燒，使焙燒產(chǎn)物適合下一步冶煉要求，因此，焙燒是生產(chǎn)鋅的第一個冶金過程。2ZnS+3O2=2ZnO+2SO2

硫化鋅精礦焙燒過程是在高溫下借助于空氣中的氧進(jìn)行的氧化的過程。焙燒的目的與要求決定于下一步的生產(chǎn)流程，冶煉方法不同其焙燒目的略有區(qū)別：

火法煉鋅(蒸餾法)：在焙燒時實(shí)行死焙燒(氧化焙燒)。1）盡可能地除去全部硫，以及盡可能完全使鉛、鎘、砷、銻揮發(fā)除去，得到主要由金屬氧化物組成的焙砂，使以后蒸餾時可以得到較高質(zhì)量的鋅錠。2）產(chǎn)出濃度足夠大的SO2煙氣以供生產(chǎn)硫酸。3）含鎘與鉛多的煙塵作為煉鎘原料。

鼓風(fēng)爐煉鋅：通過燒結(jié)機(jī)進(jìn)行燒結(jié)焙燒。1）既要脫硫、結(jié)塊，還要控制鉛的揮發(fā)。2）精礦中含銅較高時，要適當(dāng)殘留一部分硫，以便在熔煉中制造冰銅。濕法煉鋅：實(shí)行部分硫酸鹽化焙燒。1)盡可能完全地氧化金屬硫化物并在焙砂中得到氧化物及少量硫酸鹽(3~4%SSO4)，焙砂中少量硫酸鹽以補(bǔ)償電解與浸出循環(huán)系統(tǒng)中硫酸的損失；2)使砷與銻氧化并以揮發(fā)物狀態(tài)從精礦中除去；3)在焙燒時盡可能少地得到鐵酸鋅；4)得到SO2濃度大的焙燒爐氣以制造硫酸；5)得到細(xì)小粒子狀的焙燒礦以利于浸出的進(jìn)行。

4、在硫化鋅精礦焙燒的過程中，硅酸鹽和鐵酸鋅的生成對后續(xù)過程有什么影響？在焙燒過程中如何避免硅酸鹽和鐵酸鋅的生成？

在濕法浸出時，由于鐵酸鋅不溶于稀硫酸，留在殘渣中而造成鋅的損失。因此，對于濕法煉鋅廠來說，為了盡量提高焙燒產(chǎn)物中的可溶鋅率，力求在焙燒中避免鐵酸鋅的生成，可采用以下方法：

(1)加速焙燒作業(yè)，縮短反應(yīng)時間，以減少在焙燒溫度下ZnO與Fe2O3顆粒的接觸時間；

(2)增大爐料的粒度，以減小ZnO與Fe2O3顆粒的接觸的表面；(3)升高焙燒溫度并對焙砂進(jìn)行快速冷卻；

(4)將鋅焙砂進(jìn)行還原沸騰焙燒(采用雙室沸騰爐)，用CO還原鐵酸鋅，使其中的Fe2O3被還原，破壞了鐵酸鋅的結(jié)構(gòu)而將ZnO析出。3(ZnO·Fe2O3)+CO=3ZnO+2Fe3O4+CO2

在濕法浸出過程中，硅酸鋅和其他硅酸鹽易溶解，但生成的SiO2在濕法浸出時成膠體狀態(tài)，對澄清和過濾不利。為了避免硅酸鹽的形成，對入爐精礦中的鉛、硅含量要嚴(yán)格控制。

硅酸鹽的形成對火法煉鋅過程影響不大。

5、簡述硫化鋅精礦伴生礦物在焙燒的過程中的行為。

（1）硫化鋅

硫化鋅以閃鋅礦或鐵閃鋅礦(nZnS·mFeS)的形式存在于鋅精礦中。焙燒時硫化鋅進(jìn)行以下反應(yīng)：

硫化鋅以閃鋅礦或鐵閃鋅礦(nZnS·mFeS)的形式存在于鋅精礦中。焙燒時硫化鋅進(jìn)行以下反應(yīng)：ZnS+2O2＝ZnSO4

(1)

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

焙燒開始時，進(jìn)行反應(yīng)(1)與反應(yīng)(2)，反應(yīng)產(chǎn)生SO2之后，在有氧的條件下它又氧化成SO3。在有SO3存在時氧化鋅可以形成硫酸鋅。

（2）二氧化硅

鋅精礦中含有SiO2（2%~8%），SiO2易與ZnO生成硅酸鋅（2ZnO.SiO2），SiO2還易與PbO生成低熔點(diǎn)的硅酸鉛（2PbO.SiO2），熔融狀態(tài)的硅酸鉛能與其他金屬氧化物或硅酸鹽形成繁雜的硅酸鹽。

（3）硫化鉛

鉛在硫化鋅精礦中存在的礦物形式，稱為方鉛礦。硫化鉛在空氣中焙燒時鉛可被氧化為PbSO4和PbO：

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

硫化鉛和氧化鉛在高溫時具有較大的蒸氣壓，能夠揮發(fā)進(jìn)入煙塵，因此可采用高溫焙燒來氣化脫鉛。

(4)硫化鐵

鋅精礦中主要的硫化鐵礦有黃鐵礦（FeS2）、磁硫鐵礦(FenSn+1)和繁雜硫化鐵礦，如鐵閃鋅礦(nZnS·mFeS)、黃銅礦(FeCuS2)，砷硫鐵礦(FeAsS)等。

焙燒時在較低的溫度下即發(fā)生熱分解：2FeS2=2FeS+S2

也按以下反應(yīng)生成氧化物：4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO23FeS+5O2=Fe3O4+3SO2焙燒結(jié)果是得到Fe2O3與Fe3O4。

當(dāng)溫度在600℃以上時，焙燒硫化鋅精礦生成的ZnO與Fe2O3按以下反應(yīng)形成鐵酸鋅：

ZnO+Fe2O3=ZnO·Fe2O3

(5)銅的硫化物

銅在鋅精礦中存在的形式有輝銅礦(CuS)、黃銅礦(CuFeS2)、銅藍(lán)(Cu2S)等，在實(shí)際焙燒溫度下均發(fā)生分解，在高溫下焙燒時銅主要以自由狀態(tài)的Cu2O存在，部分為結(jié)合狀態(tài)的氧化銅(Cu2O·Fe2O3)及自由狀態(tài)或結(jié)合狀態(tài)的氧化銅。(6)硫化鎘

鎘在鋅精礦中常以硫化鎘的形式存在，在焙燒時被氧化生成CdO和CdSO4。CdSO4在高溫下分解生成CdO，與CdS揮發(fā)進(jìn)入煙塵，成為提鎘原料。

高溫焙燒可以很好地使鎘除去或富集在煙塵中。(7)砷與銻的化臺物

在鋅精礦中存在的砷、銻化合物有硫砷鐵礦(即毒砂FeAsS)、硫化砷(As2S3)、輝銻礦(Sb2S3)，在焙燒過程中生成As2O3、Sb2O3以及砷酸鹽和銻酸鹽。As2S3、Sb2S3、As2O3、Sb2O3簡單揮發(fā)進(jìn)入煙塵，砷酸鹽和銻酸鹽是穩(wěn)定化合物殘留于焙砂中。因此在焙燒時應(yīng)盡量避免形成砷酸鹽和銻酸鹽。(8)Bi、Au、Ag、In、Ge、Ga等的硫化物

Bi、In、Ge、Ga等的硫化物在焙燒過程中生成氧化物，以氧化物的狀態(tài)存在于焙燒產(chǎn)物中，Au和Ag主要以金屬狀態(tài)存在于焙燒產(chǎn)物中。

6、硫化鋅精礦的焙燒的設(shè)備有哪些？

硫化鋅精礦的焙燒可采用:反射爐，多膛爐。復(fù)試爐（多膛爐與反射爐的結(jié)合），飄懸焙燒爐和沸騰焙燒爐。

7、硫化鋅精礦焙燒為什么大多采用沸騰爐？

沸騰焙燒是加強(qiáng)焙燒過程的新方法，是使空氣以一定速度自下而上地吹過固體爐料層，固體爐料粒子被風(fēng)吹動相互分開，并作不停的繁雜運(yùn)動，運(yùn)動的粒子

處于懸浮狀態(tài)，其狀態(tài)宛如水的沸騰，因此稱為沸騰焙燒。

沸騰焙燒爐內(nèi)沸騰層高度在l～1.5米，料層溫度高達(dá)1123～1423K(850~1150℃)，爐內(nèi)熱容量大且均勻。由于固體粒子可以較長時間處于懸浮狀態(tài)，于是就構(gòu)成氧化各個礦粒最有利的條件，反應(yīng)速度快，強(qiáng)度高，傳熱傳質(zhì)效率高，溫差小，料粒和空氣接觸時間長，使焙燒過程大大加強(qiáng)。沸騰焙燒爐有哪幾種類型？

目前采用的沸騰焙燒爐有帶前室的直形爐、道爾型濕法加料直型爐和魯奇擴(kuò)大型爐三種類型，70年代以來多采用擴(kuò)大型的魯奇爐（Lurgi爐，又稱為VM爐）。8、沸騰焙燒的加強(qiáng)措施有哪些？

沸騰焙燒的加強(qiáng)措施主要有：高溫沸騰焙燒和富氧鼓風(fēng)沸騰焙燒，其它加強(qiáng)沸騰焙燒的措施還有制粒、利用二次空氣或貧SO2燒結(jié)煙氣焙燒、多層沸騰爐焙燒等。

第3章濕法煉鋅浸出過程1、簡述濕法煉鋅浸出的實(shí)質(zhì)與目的。

（1）浸出的實(shí)質(zhì)

濕法煉鋅的浸出是以稀硫酸溶液（廢電解液）作溶劑，控制適當(dāng)?shù)乃岫?、溫度和壓力等條件，將含鋅物料（如鋅焙砂、鋅煙塵、鋅氧化礦、鋅浸出渣及硫化鋅精礦等）中的鋅化合物溶解呈硫酸鋅進(jìn)入溶液、不溶固體形成殘渣的過程。浸出所得的混合礦漿再經(jīng)濃縮、過濾將溶液與殘渣分開。（2）浸出的目的

1）使物料中的Zn盡可能地全部溶解到浸出液中，得到高浸出率。2）使有害雜質(zhì)盡可能地進(jìn)入渣中，達(dá)到與鋅分開的目的。3）獲得一個過濾性良好的礦漿。

2、在濕法煉鋅過程中，鋅焙砂中性浸出的pH值為什么要控制在5.2左右？

根據(jù)已知的離子的電位原理繪制出的Zn-Me-H2O系φ-pH圖。為了得到很高的鋅離子濃度并使鐵、砷等雜質(zhì)以氫氧化物沉淀除去，在鋅中性浸出終了時，控制浸出終點(diǎn)pH=5.2。

3、影響鋅焙砂浸出的因素主要有哪些，如何提高鋅的浸出速率？

在鋅焙砂浸出過程中，鐵酸鋅是影響鋅浸出率的主要因素，如何提高鋅的直接浸出率？

熱酸浸出，ZnO·Fe2O3在中性浸出時(溫度60~70℃，終點(diǎn)酸度1~5g/LH2SO4)，浸出率只有1~3％，幾乎不溶解而進(jìn)入浸出殘渣中造成鋅的損失。采用高溫高酸浸出焙砂，鐵酸鋅可按以下反應(yīng)溶解：

ZnO·Fe2O3+4H2SO4=ZnSO4+Fe2(SO4)3+H2O

與此同時，大量的鐵進(jìn)入溶液。因此，采用此法時必需首先解決溶液的除鐵問題。4、簡述鋅焙燒礦浸出時中和水解除雜的原理。

中性浸出過程包括焙燒礦中ZnO的溶解和浸出液中Fe3+的水解兩個過程。對ZnO是溶解屬浸出過程。

對Fe3+是中和水解除鐵，屬凈化過程。

原理：中和水解除雜質(zhì)就是在浸出終了調(diào)理溶液pH值至5.2~5.4，使鋅離子不致水解，而雜質(zhì)金屬離子全部或部分以氫氧化物Me(OH)n形式析出。降低溶液的酸度是參與某些中和劑，如鋅焙砂、鋅煙塵、石灰乳等。

中和水解的主要反應(yīng)為：水解反應(yīng)：中和反應(yīng)：總反應(yīng)：

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

Fe2(SO4)3+3ZnO+3H2O=3ZnSO4+2Fe(OH)3↓

5、簡述鋅焙燒礦中各成份在浸出的過程中的行為。

（1）鋅的化合物：鋅在焙燒礦中呈ZnO、ZnSO4、ZnS、2ZnO·SiO2、ZnO·Fe2O3、ZnO·A12O3等狀態(tài)存在。焙燒礦的主要成份是自由狀態(tài)的氧化鋅(ZnO)。1）氧化鋅

氧化鋅浸出時與硫酸作用進(jìn)入溶液：

ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O2）硫化鋅

ZnS在常規(guī)的浸出條件下不溶而入渣，但溶于熱濃的硫酸中，其反應(yīng)為：ZnS+H2SO4=ZnSO4+H2S在硫酸鐵的作用硫化鋅可按下反應(yīng)部分地溶解：

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

實(shí)際浸出溶液中高鐵鹽含量很少，且廢電解液中硫酸濃度不大，故硫化鋅在實(shí)際浸出過程中基本不溶解而進(jìn)入浸出渣中。3）硅酸鋅（2ZnO·SiO2）

2ZnO·SiO2能溶解在稀硫酸中。當(dāng)60℃浸出時，溶液pH（2）鐵

鐵在鋅焙燒礦中主要呈Fe2O3狀態(tài)、自由狀態(tài)或結(jié)合成鐵酸鹽狀態(tài)，部分以Fe3O4狀態(tài)存在。Fe2O3在以很稀的硫酸浸出時不溶解，但以廢電解液浸出時部分地以Fe2(SO4)3形式進(jìn)入溶液中。

FeO在很稀的硫酸溶液中溶解呈FeSO4進(jìn)入溶液。硫酸鹽狀態(tài)的鐵可溶于水。Fe3O4不溶于稀硫酸。當(dāng)浸出物料中有金屬硫化物存在時，F(xiàn)e2(SO4)3被還原為FeSO4。

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

中性浸出時，焙燒礦中的鐵約有10~20%進(jìn)入溶液，溶液中存在Fe2+和Fe3+兩種鐵離子。

在中性浸出終了時，pH值為5~5.4，F(xiàn)e2+不水解，而Fe3+則很易水解形成Fe(OH)3沉淀除去。為了在浸出終了能使鐵鹽水解除去，需要將Fe2+氧化成Fe3+。在實(shí)際浸出操作中，常用二氧化錳(軟錳礦或陽極泥)作氧化劑在酸性介質(zhì)中氧化Fe2+，其反應(yīng)如下：

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

（3）銅、鎳、鎘、鈷銅在中性浸出時不溶解，在酸性浸出時約有50%溶解進(jìn)入溶液。在酸性浸出時很簡單溶解，生成硫酸鹽進(jìn)入溶液。

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

（4）砷和銻焙燒時精礦中的砷和銻將有部分呈高價氧化物As2O5和Sb2O5與爐料中的各種堿性氧化物形成相應(yīng)的砷酸鹽和銻酸鹽留在焙砂中，浸出時主要以絡(luò)陰離子存在：

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

（5）鉛與鈣、鎂的化合物鉛的化合物在浸出時呈硫酸鉛(PbSO4)和其它鉛的化合物(如PbS)留在浸出殘渣中。

鈣與鎂常以氧化物和碳酸鹽含于焙砂中，浸出時按如下反應(yīng)生成硫酸鈣：

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

CaSO4微溶，主要進(jìn)入浸出渣中，消耗硫酸。MgSO4溶解度較高，當(dāng)

溶液溫度降低時，MgSO4便結(jié)晶析出，堵塞管道。Al2O3在酸性浸出時部分溶解，大部分不溶。

（6）硅焙砂中游離態(tài)的SiO2不溶進(jìn)入渣中，硅酸鹽則在稀硫酸溶液中部分溶解，生成的二氧化硅呈膠體狀態(tài)存在于溶液中。

（7）金與銀金在浸出時不溶解，完全留在浸出殘渣中。銀在鋅焙砂中以硫化銀(Ag2S)與硫酸銀(AgSO4)的形態(tài)存在，硫化銀不溶解，硫酸銀溶入溶液中，溶解的銀與溶液中的氯離子結(jié)合為氯化銀沉淀進(jìn)入渣中。

（8）鎵、銦、鍺、鉈鎵、銦、鍺在酸性浸出時，能部分地溶解，在中性浸出過程中水解而進(jìn)入浸出的殘渣中。鉈浸出時進(jìn)入溶液中，在加鋅粉凈化除銅、鎘時將與銅、鎘一道進(jìn)入銅鎘渣中而被除去。6、分別寫出鋅焙砂常規(guī)浸出和熱酸浸出的工藝流程圖。鋅焙砂常規(guī)浸

熱酸浸出流程

中性上清液送凈化后電積中浸渣鋅焙燒礦分級細(xì)磨中性浸出中性濃縮廢電解液熱酸浸出濃縮分離廢電解液鋅焙燒礦攪拌槽分級磨礦中性浸出pH=5~5.2中性濃縮中性上清液送凈化后電積終點(diǎn)干燥酸性浸出酸性濃縮ZnO粉酸性上清液酸性濃泥過濾洗滌浸出液ZnO粉浸出煙化渣堆存終酸1~5g/L煙化處理含鉛渣送鉛廠中性濃泥濾液浸出渣(含Zn20%)沉鐵液固分離鐵渣待處理Pb-Ag渣熱酸浸出液鋅溶液送去回收Pb、Ag7、在濕法煉鋅的熱酸浸出過程中，從含鐵高的浸出液中沉鐵有哪些方法？請分別說明其原理及優(yōu)缺點(diǎn)。

根據(jù)沉淀鐵的化合物形態(tài)不同，熱酸浸出過程中采用的沉鐵方法有黃鉀鐵礬法、轉(zhuǎn)化法、針鐵礦法和赤鐵礦法。（1）黃鉀鐵礬法的原理：

使三價鐵以黃鉀鐵礬復(fù)鹽的形式從弱玻溶液里沉淀出來并使ZnO·Fe2O3中的鋅溶解，其基本反應(yīng)為：

3Fe2(SO4)3+2A(OH)+10H2O=2AFe3(SO4)2(OH)6+5H2SO4式中A代表K+、Na+、NH4+、H3O+等離子。ZnO·Fe2O3+4H2SO4=ZnSO4+Fe2(SO4)3+4H2O黃鉀鐵礬法的優(yōu)缺點(diǎn)：

1)黃鉀鐵礬沉淀為晶體，易澄清過濾分開。2)金屬回收率高3)堿試劑稍耗量少。

4)沉鐵是在微酸性(pH＝1.5)溶液中進(jìn)行，需中和劑ZnO少。5)鐵礬帶走一定的硫酸根，有利于保持酸的平衡。6)脫砷、銻的效果不佳，也不利于稀散金屬的回收。

7)黃鉀鐵礬渣渣量大(渣率40%)，渣渣鋅高(3~6%)，渣中含鐵低(25~30％)，難于利用，堆存時其中可溶重金屬會污染環(huán)境。（2）針鐵礦法原理：

在較低酸度（pH=3~5）、低Fe3+濃度（③黃銅廢件再生冶煉回收銅時以氧化鋅粉形態(tài)回收的鋅。

這些氧化鋅粉的成份繁雜，含有數(shù)量較多的對鋅電解沉積有害的氟、氯、砷、銻等雜質(zhì)。因此，一般需采取專門措施脫除這些雜質(zhì)，將其單獨(dú)浸出，得到的ZnSO4溶液再泵至焙砂浸出系統(tǒng)。（2）組成：

氧化鋅粉一般含有銦、鍺、鎵等稀散金屬，應(yīng)考慮進(jìn)行綜合回收。其工藝流程的選擇主要依原料性質(zhì)及稀散金屬含量而定。

對含鋅高、含稀散金屬低的氧化鋅粉以提取鋅為主，并盡可能富集稀散金屬。對稀有金屬含量較高、含鋅稍低的氧化鋅粉，應(yīng)以提取稀散金屬為主。（3）氧化鋅粉的處理流程可分為兩種：

1）、處理含鋅高、含稀散金屬低的料時，一般與硫化鋅精礦濕法處理流程相結(jié)合，即氧化鋅經(jīng)一次浸出（中性或酸性）、濃密，濃泥作二次酸性浸出。銦、鍺進(jìn)入酸性上清波，經(jīng)富集得銦、鍺富集渣，用以綜合回收銦和鍺。一次浸出液和沉銦、鍺后的二次浸出液均送焙燒礦浸出系統(tǒng)。二次浸出渣（鉛渣）經(jīng)洗滌、過濾、枯燥，送鉛鼓風(fēng)爐熔煉回收鉛。

2）、處理稀有金屬含量較高、含鋅稍低的氧化鋅粉時，則按濕法煉鋅過程建立單獨(dú)的處理系統(tǒng)，即氧化鋅粉經(jīng)兩次酸性浸出，從浸出液中沉淀鍺后，經(jīng)凈化、電解沉積得陰極鋅。

11、浸出礦漿液固分開的方法包括哪些？簡述其工藝過程及特點(diǎn)。

濕法煉鋅廠浸出礦漿一般采用濃縮和過濾兩種方法進(jìn)行液固分開。所采用的設(shè)備主要有濃密機(jī)（又稱濃縮槽）和各類過濾機(jī)。

（1）浸出礦漿的濃縮

濃縮是礦漿中固體粒子從溶液介質(zhì)中沉淀而使溶液得到澄清的過程，是使礦漿進(jìn)行液固分開的初步作業(yè)。經(jīng)濃縮澄清后得到含有少量固體（1~2g/L）懸浮物的上清液和含有一定量液體（>50%）的濃泥（或稱底流）。

濃密機(jī)又稱沉降器、增濃器或濃縮槽，廣泛應(yīng)用的是單層連續(xù)式耙集沉降器。特點(diǎn)：

濃縮機(jī)具有作業(yè)連續(xù)、生產(chǎn)穩(wěn)定可靠、能耗低、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用，其缺點(diǎn)是生產(chǎn)效率低，占地面積大，只能對液固進(jìn)行初步分開。

(2)浸出礦漿的過濾

過濾的基本原理:是利用具有毛細(xì)孔物質(zhì)作介質(zhì)，在介質(zhì)兩邊形成壓力差，

從而產(chǎn)生一種推動力，使礦漿中的液體從細(xì)小的毛細(xì)孔道通過，使懸浮固體物被截留在介質(zhì)上。過濾的顯著特點(diǎn):

是礦漿中的固體顆粒連續(xù)不斷地沉積在介質(zhì)孔隙內(nèi)部和

表面上，因而在過濾過程中過濾阻力不斷增加。12、簡述影響礦漿濃縮和過濾的主要因素。（1）影響濃縮過程的因素有：

1)礦漿pH值：一般pH值控制在5.2～5.4。

2)溶液中硅酸和氫氧化鐵的含量：礦漿的澄清性能隨膠體物質(zhì)的增加而逐漸變壞，膠質(zhì)二氧化硅和氫氧化鐵過多時，礦漿澄清性能顯著惡化。

3)礦漿中固體顆粒的粒度：礦漿粒度大簡單沉降，粒度愈細(xì)沉降速度愈小。4)溶液與固體顆粒的密度：固體顆粒與溶液的密度差愈大，沉降速度愈快，澄清濃縮的狀況愈好，一般溶液中含鋅140g/L以上時，溶液的密度和粘度均增大，對澄清濃縮不利。

5)浸出時間：浸出時間較短時，焙砂溶解不完全，固體顆粒較大，澄清較易。6)礦漿溫度：礦漿溫度升高，粘度減小，沉降速度加快。中性浸出礦漿濃密溫度應(yīng)保持在55~60℃，酸性礦漿應(yīng)在60~75℃。

7)濃縮槽的負(fù)荷：濃縮槽的負(fù)荷愈大，沉降澄清時間愈短，則效果愈差。濃縮槽內(nèi)濃泥未及時排出數(shù)量過多，則相對縮小了澄清區(qū)，影響沉降過程。8)礦漿的液固比：礦漿的液固比越大，礦漿的粘度就越小，越有利于顆粒的沉降，濃縮效果也越好。

9)絮凝劑的參與量：絮凝劑可使微小的懸浮顆粒凝聚成大粒子，從而加速沉淀速度，使?jié)饷軝C(jī)能力提高1.5~2.0倍。3#絮凝劑用量視礦漿沉淀性能好壞而定，沉淀性能好的可少加或不加，沉淀性能不好可適當(dāng)多加，中性浸出礦漿每立方米參與10~30g（10~30ppm）。(2)影響過濾的因素:

1）固體顆粒度：物料愈小，則粒間的孔隙愈小，粒層的滲透性就愈低，故使過濾阻力愈大，甚至還可堵死濾布毛細(xì)孔道。

2）礦漿粘度：過濾速度與礦漿粘度成反比。當(dāng)濃泥中含有Fe(OH)3、硅酸以及粒狀氧化鋅、PbSO4等膠狀物質(zhì)時，將使?jié)饽嗟恼扯仍黾?，使過濾阻力

大大增加。溶液中鈣鎂含量高，將產(chǎn)生CaSO4、MgSO4飽和結(jié)晶，也是影響過濾的重要因素。3）礦漿溫度：

A、隨著溫度的升高，礦漿的粘度減小，提高礦漿的滾動性，可加快過濾速度；

B、提高溫度對排除毛細(xì)孔道中的氣泡有利，從而可提高過濾速度；C、提高礦漿溫度有利于礦漿中的細(xì)顆凝聚成大顆粒，可消除細(xì)粒堵塞孔隙通道，從而加快過濾速度。過濾溫度一般為70～80℃。13、簡述沸騰浸出槽的原理及其優(yōu)點(diǎn)。（1）沸騰浸出槽的原理

沸騰槽裝置是一個從下向上擴(kuò)大的空心圓錐體，利用泵不斷地將的軟錳礦、廢電解液及沖來的焙砂等所組成的礦漿由下部打入，并在內(nèi)部產(chǎn)生上升液流而形成流態(tài)化層，硫酸溶液由上部參與，形成逆流運(yùn)動，并在不同區(qū)域內(nèi)發(fā)生流態(tài)化的同時也按粒度進(jìn)行分級。隨著固體顆粒中的金屬不斷溶解上浮而進(jìn)入流速較小的區(qū)域，最終排出沸騰浸出槽。（2）沸騰浸出槽的優(yōu)點(diǎn)：

1)能保證溶液質(zhì)量穩(wěn)定和較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：既保證了中性上清液質(zhì)量穩(wěn)定，也保證了酸浸浸出渣中酸溶鋅含量穩(wěn)定在0.7~1.2%的范圍內(nèi)，金屬損失小。

2)勞動生產(chǎn)率得到提高：中性浸出的單位生產(chǎn)能力增加到原來的10倍；濃縮槽的單位生產(chǎn)能力可增加到原來的3倍；酸性浸出單位生產(chǎn)能力提到原來的15倍；

3)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，大大減少了維修工作量和維修時所用的防腐材料；4)生產(chǎn)設(shè)備占用面積少，投資費(fèi)用低；

5)易于實(shí)現(xiàn)自動化。

第4章硫酸鋅浸出液的凈化

1、鋅焙砂中性浸出液凈化時，鋅粉置換除銅鎘的原理是什么？影響鋅粉置換反應(yīng)的因素有哪些？

（1）鋅粉置換凈化的原理

鋅粉置換除銅、鎘的是用較負(fù)電性的鋅從硫酸鋅溶液還原較正電性的銅、鎘、鈷等金屬(用Me表示)離子，基本反應(yīng)為：

Zn+Me2+=Zn2++Me

置換反應(yīng)進(jìn)行的極限程度取決于它們之間的電位差：E=E?Me2+/Me－E?Zn2+/Zn＋0.0295lg(aMe2+/aZn2+)

兩種金屬電位差愈大，置換反應(yīng)愈完全。當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時：E?Me2+/Me－E?Zn2+/Zn＝0.0295lg(aZn2+/aMe2+)

由熱力學(xué)計算可得出，鋅粉置換除銅、鎘可降至很低的程度。實(shí)踐證明，鋅粉置換除銅、鎘很簡單進(jìn)行，

（2）影響鋅粉置換除銅、鎘的因素有：

①鋅粉質(zhì)量：鋅粉的用量與鋅粉純度、粒度及溶液中被置換金屬的含量有關(guān)，鋅粉消耗量一般為理論需要量的2~3倍。一般要求鋅粉粒度應(yīng)通過100~120目篩。鋅粉過細(xì)簡單飄浮在溶液表面，也不利于置換反應(yīng)的進(jìn)行。

②攪拌強(qiáng)度：攪拌強(qiáng)度不宜過分猛烈，以防止帶入空氣溶解于溶液中，引起鋅粉氧化而出現(xiàn)鈍化現(xiàn)象以及鎘的氧化和復(fù)溶。因此，一般在機(jī)械攪拌槽或沸騰凈化槽內(nèi)進(jìn)行。

③置換溫度：一般控制在45~60℃，溫度過高會促使鎘復(fù)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值為5.2~5.4，鋅的濃度為150~180g/l。

⑤添加劑的作用：單獨(dú)用鋅粉置換沉積鎘時，Cu2+具有催化作用，因此置換沉鎘時溶液中必需有足夠的Cu2+，銅的濃度為0.20~0.25g/L，溶液中[Cu2+]：[Cd2+]=1：3時除鎘效果最正確。

2、在硫酸鋅溶液中的雜質(zhì)Cu、Cd、Co、Ni、As、Sb、F、Cl在電積過程中有什么危害？如何將它們凈化過程中將他們除去？

（1）Cu、Cd、Pb、Co、Ni可在陰極析出，促使在陰極上形成Zn-H微電池，加速H+放電和陰極鋅反溶而造成燒板現(xiàn)象，降低陰極鋅的品質(zhì)和電流效率。

在高溫及添加活化金屬的鋅粉置換過程中，在除鈷的同時，還能除去溶液中其它微量雜質(zhì)砷、銻、鎳、銅、鍺等，從而達(dá)到溶液的深度凈化。方法有砷鹽凈化法、銻鹽凈化法和合金鋅粉凈化法。

（2）As、Sb、Ge嚴(yán)重地降低電流效率和增加電能消耗。鍺與銻共存時危害加劇，鍺、銻還會加劇其它雜質(zhì)的危害。鍺、砷、銻都會使陰極鋅起皺，嚴(yán)重時產(chǎn)生蜂窩狀或海綿狀沉積物，嚴(yán)重降低電鋅質(zhì)量。

向電解液中參與膠質(zhì)，可不同程度地消除鍺與銻的危害。

（3）Fe、Mn一般不會在陰極析出，但是會在陰極、陽極之間進(jìn)行氧化還原反應(yīng)消耗電能，使鋅反溶，降低電流效率。

（4）氯離子會腐蝕陽極，縮短陽極壽命，增加溶液的含鉛量，使陰極鋅的含鉛量增加而降低鋅的品質(zhì)。

當(dāng)有MnO2存在時，可抑制氯離子的危害。

MnO2+4H++2Cl-＝Mn2++C12+2H2O

（5）氟離子能破壞陰極表面的氧化鋁膜，使析出的鋅與鋁板發(fā)生粘結(jié)而使陰極鋅難于剝離。

參與酒石酸銻鉀可改善剝離狀況。

第6章濕法煉鋅發(fā)展動態(tài)1、濕法煉鋅有哪些新方法？

濕法煉鋅的新方法主要有硫化鋅精礦的直接電解、Zn–MnO2同時電解、溶劑萃取-電解法提鋅及熱酸浸出-萃取法除鐵等。

2、簡述硫化鋅精礦的直接電解和Zn–MnO2同時電解的基本原理并寫出其電極反應(yīng)。

1）硫化鋅精礦的直接電解

在酸性溶液中，用70%硫化鋅精礦與30%石墨粉為陽極，鋁板為陰極，直接用電解生產(chǎn)鋅。陰極和陽極反應(yīng)為：

陽極

陰極

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

陽極電流效率為96.8~120%，陰極電流效率為91.4~94.8%，陰極鋅純度達(dá)99.99%以上。

2）Zn–MnO2同時電解

將鋅精礦磨細(xì)至200目，ZnS/MnO2按化學(xué)計量配入并用硫酸進(jìn)行浸出，浸出液經(jīng)凈化后用鉛-銀（1%銀）合金為陽極、鋁板為陰極在硫酸體系中進(jìn)行電解。電解時陰極和陽極反應(yīng)為：

陽極Mn2++2H2O-2e=MnO2+4H+

陰極Zn2++2e=Zn

總反應(yīng)ZnSO4+MnSO4+2H2O=Zn+MnO2+2H2SO4

槽電壓為2.6~2.8V，陰極電流效率為89~91%，陽極電流效率為80~85%。陰極電鋅含Zn≥99.99%，陽極產(chǎn)出γ-MnO2，品位＞91%。產(chǎn)品比Zn:MnO2=1:1.22。節(jié)能50~60%。雙電解廢液再進(jìn)行鋅的單電解，進(jìn)一步回收鋅、錳。

第7章火法煉鋅

1.根據(jù)Zn-Cd二元系沸點(diǎn)組成圖，說明粗鋅火法精餾精煉的基本原理和過程。

由圖可以看出，當(dāng)鋅中熔有低沸點(diǎn)鎘時，鋅的沸點(diǎn)便會降低，其變化規(guī)律如圖中I線所示。當(dāng)成分為A的粗鋅加熱到a的溫度時，這種含鎘的鋅便會沸騰，鋅、鎘同時揮發(fā)。蒸氣冷卻時，其組成則是沿著線II變化，從I線上的a點(diǎn)作橫坐標(biāo)的平行線，交于b點(diǎn)，b點(diǎn)所代表成分，即為A成分的合金加熱至a點(diǎn)蒸發(fā)，氣液兩相平衡時氣相的平衡成分。

因此，被冷凝下來的液相含鋅較b點(diǎn)多、含隔少。未被冷凝的氣相則正好相反，即氣相中富集了低沸點(diǎn)的金屬鎘，這樣反復(fù)屢屢地蒸發(fā)與冷凝，液相中就富集了高沸點(diǎn)金屬，氣相中富集了低沸點(diǎn)的金屬，從而使沸點(diǎn)有區(qū)別的兩種金屬，達(dá)到完全分開的目的。

2、密閉鼓風(fēng)爐煉鋅法從低鋅蒸氣中冷凝鋅獲得成功的主要措施有哪些？

鼓風(fēng)爐煉鋅的主要設(shè)備有：為密閉鼓風(fēng)爐爐體、鉛雨冷凝器、冷凝分開系統(tǒng)以及鉛渣分開的電熱前床。

冷凝分開系統(tǒng)可分為冷凝系統(tǒng)和鉛、鋅分開系統(tǒng)兩部分，鉛雨冷凝器是鼓風(fēng)爐煉鋅的特別設(shè)備，鉛鋅的分開一般采用冷卻熔析法將鋅分開出來。

鉛鋅精礦與熔劑配料后在燒結(jié)機(jī)上進(jìn)行燒結(jié)焙燒，燒結(jié)塊和經(jīng)過預(yù)熱的焦炭一道參與鼓風(fēng)爐，燒結(jié)塊在爐內(nèi)被直接加熱到ZnO開始還原的溫度后，ZnO被還原得到鋅蒸氣，鋅蒸氣與風(fēng)口區(qū)燃燒產(chǎn)生的CO2和CO氣體一道從爐頂進(jìn)入鉛雨冷凝器，鋅蒸氣被鉛雨吸收形成Pb-Zn合金，從冷凝器放出再經(jīng)冷卻后析出液體鋅，形成的粗鉛、冰銅和爐渣從爐缸放入前床分開，

粗鉛進(jìn)一步精煉，爐渣經(jīng)煙化或水淬后堆存。3、密閉鼓風(fēng)爐煉鋅有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？

（1）對原料的適應(yīng)性強(qiáng)，可以處理鉛鋅的原生和次生原料，特別適合處理難選的鉛鋅混合礦，簡化了選冶工藝流程，提高了選冶綜合回收率。（2）生產(chǎn)能力大，燃料利用率高，有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化，提高勞動生產(chǎn)率。

（3）基建投資費(fèi)用少。

（4）可綜合利用原礦中的有價金屬，金、銀、銅等富集于粗鉛中予以回收，鎘、鍺、汞等可從其它產(chǎn)品或中間產(chǎn)品中回收。（1）需要消耗較多質(zhì)量好、價格高的冶金焦炭。

（2）技術(shù)條件要求較高，特別是燒結(jié)塊的含硫量要低于1%，使精礦的燒結(jié)過程控制繁雜。

（3）爐內(nèi)和冷凝器內(nèi)部不可避免地產(chǎn)生爐結(jié)，需要定期清理，勞動強(qiáng)度大。4、火法煉鋅的基本原理。

ZnO被炭還原的特點(diǎn)是產(chǎn)生鋅蒸氣，還原反應(yīng)為ZnO(s)+C(s)=Zn(g)+CO(g

ZnO被炭還原，實(shí)際上是被CO還原：

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

還原蒸餾法煉鋅往往在密閉的蒸餾罐內(nèi)進(jìn)行，采用間接加熱，還原蒸餾得到的鋅蒸氣必需在冷凝器中冷凝成為液體鋅。5、鉛雨冷凝器的特點(diǎn)。

鉛雨冷凝器的優(yōu)點(diǎn)

①鉛的價格低廉，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；

②在鋅的冷凝溫度下鉛不易氧化，且與鋅部分互溶，溶解度隨溫度的升

高而增大；

③鋅在鉛液中的活度系數(shù)小于1，冷凝爐氣對鉛液中鋅的氧化比純鋅液要困難。

鉛雨冷凝器的缺點(diǎn)

①由于鉛的熱容量小以及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420倍；

②鋅鉛合金中的正偏差關(guān)系使鋅在鉛液中的活度很大，使鋅的氧化損失

增大。

6、密閉鼓風(fēng)爐煉鋅的爐渣特點(diǎn)。

為了提高鋅的揮發(fā)率和降低渣含鋅，要求鼓風(fēng)爐煉鋅爐渣具有較高的熔點(diǎn)（1200℃）和較高的氧化鋅活度，因此鼓風(fēng)爐煉鋅爐渣為高氧化鈣爐渣，爐渣的CaO/SiO2一般為1.4~1.5，爐渣中一般含0.5%Pb和6~8%Zn，鋅隨渣的損失占入爐總鋅量的5%。

為了減少渣含鋅損失，應(yīng)減少渣量和降低渣含鋅。采用高鈣爐渣有利于減少熔劑消耗量和渣量，從而提高鋅的回收率。7、粗鋅真空蒸餾的原理及其優(yōu)點(diǎn)。

粗鋅的真空蒸餾是利用鋅與各雜質(zhì)的蒸氣壓的區(qū)別，在高溫柔真空中使它們與鋅分開。

鋅具有較好的揮發(fā)性，粗鋅中各種雜質(zhì)有在蒸發(fā)時不蒸發(fā)或很少蒸發(fā)，少數(shù)如鎘的揮發(fā)性大于鋅，只要采取一定措施分開鎘，就能有效地真空蒸餾鋅。真空蒸餾和常壓精餾鋅比較，由于真空蒸餾法是在低于大氣壓的環(huán)境下進(jìn)行，因此具有一下優(yōu)點(diǎn)：

作業(yè)溫度低：常壓蒸餾在1423～1473K，真空蒸餾在1073K以下，較多的采用798K，二者相差約673～973K；

產(chǎn)品質(zhì)量好：常壓精餾鋅純度為含鋅99.995%，含鋁量少于0.003%，含銅、鐵、鎘各在0.001%以下，而真空蒸餾產(chǎn)品鋅純度更高。

第5章硫酸鋅溶液的電解沉積1、寫出鋅電積的主要電極反應(yīng)。電積時總的電化學(xué)反應(yīng)為：

電極反應(yīng)為：陰極Zn2++2e=Zn

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

2、鋅與氫的標(biāo)準(zhǔn)電極電位分別為-0.763V和0.00V。理論上，在陰極上析出鋅之前，電位較正的氫應(yīng)先析出，在實(shí)際電積鋅過程中為什么是鋅優(yōu)先于氫析出？陰極區(qū)存在有Zn2+、H+、微量Pb2+及其它雜質(zhì)金屬離子(Men+)，通直流電時，在陰極上的可能的反應(yīng)有：

Zn2++2e=ZnE?Zn2+/Zn=-0.763V2H++2e=H2E?H+/H2=0.0V在298K時，鋅和氫的放電電位如下：

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

0EZn?EZn?在工業(yè)生產(chǎn)條件下，電解液的成份為H2SO4120g/l、Zn2+55g/l，在40℃，Zn和H2析出的平衡電位可表示為：

EZn2+/Zn=E?Zn2+/Zn+0.0295lgaZn2+=-0.806VEH+/H2=E?H+/H2+0.0591lgaH+=-0.053V從熱力學(xué)上可以看出，

在陰極上析出鋅之前，電位較正的氫應(yīng)先析出。在實(shí)際的電積鋅過程中，

由極化現(xiàn)象而產(chǎn)生電極反應(yīng)的超電壓（?），陰極反應(yīng)的析出電位應(yīng)為：E?Zn=-0.763+lnaZn2+-?Zn

E?H2=lnaH+-?H

在鋅電極上的超電壓為1.105V，鋅的超電壓為0.05V。E?Zn=-0.856V

E?H2=-1.158V

由于氫氣超電壓的存在，使氫的析出電位比鋅負(fù)，

鋅優(yōu)先于氫析出，從而保證了鋅電積的順利進(jìn)行。

3、雜質(zhì)在鋅電積時的行為有哪些？

根據(jù)電化反應(yīng)性質(zhì)和發(fā)生地點(diǎn)的不同，可以把各種雜質(zhì)分為以下幾類：（1）在陰極上放電的雜質(zhì)離子?鉛、鎘、錫、鉍

較鋅優(yōu)先放電并在陰極上沉積析出，降低電鋅質(zhì)量。?銅、鈷、鎳

在陰極上較鋅優(yōu)先析出，降低電鋅質(zhì)量，在陰極上造成各種“燒板〞（鋅的反溶）現(xiàn)象，顯著降低電流效率，增大電耗。?鍺、砷、銻

嚴(yán)重地降低電流效率和增加電能消耗。鍺與銻共存時危害加劇，鍺、銻還會加劇其它雜質(zhì)的危害。鍺、砷、銻都會使陰極鋅起皺，嚴(yán)重時產(chǎn)生蜂窩狀或海綿狀沉積物，嚴(yán)重降低電鋅質(zhì)量。

（2）在陰、陽極之間進(jìn)行氧化-還原的雜質(zhì)離子

主要是Fe2+、Mn2+，一般不在陰極析出，不會影響電鋅的質(zhì)量，但能夠在陽極氧化為高價Fe3+、MnO2和MnO4-，在陰極又被還原為低價的Fe2+、Mn2+。在陰、陽極之間進(jìn)行的這種氧化-反應(yīng)消耗電能，使鋅反溶，降低電流效率。

陰極Fe2(SO4)3+Zn＝ZnSO4+2FeSO4

陽極4FeSO4+2H2SO4+O2＝2Fe2(SO4)3+2H2O（3）在陽極和陰極上都不放電析出的雜質(zhì)元素

?鉀、鈉、鋁、鎂、鈣會使電解液的粘度和電阻增大而增加電能消耗。當(dāng)鈣、鎂含量過高時，決造成冷卻器和管道的結(jié)垢現(xiàn)象，阻塞管道，影響操作。?氯離子會腐蝕陽極，使陰極鋅的含鉛量增加而降低電鋅質(zhì)量，同時縮短陽極壽命。

Pb+6H++ClO3-＝Pb2++Cl-+3H2O

當(dāng)有MnO2存在時，可抑制氯離子的危害。

MnO2+4H++2Cl-＝Mn2++C12+2H2O

?氟離子會破壞陰極鋁板表面的氧化膜，使鋅與鋁板發(fā)生粘結(jié)，使鋅片難于剝離。參與酒石酸銻鉀可改善剝離狀況。4、如何降低陰極鉛含量，