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第三章 锌冶金
重金属冶金技术
冶金与材料工程系
3.1 锌 冶 金的一般知识
一、 概述
截至2002年，全世界查明锌储量为20000万吨，储量基础为 45000万吨，现有储量和储量基础的静态保证年限为23年和51 年。锌储量和储量基础占锌资源量的10.52％和3.68％。中国锌 的储量和储量基础均居世界首位，已成为世界最大的铅锌资源 国家。
1673K时显著升华。ZnO可被C、CO和H2还原，其中被 CO还原的反应在1073K下十分激烈：
ZnO + CO = Zn(g) + CO2 在823K以上，与Fe2O3形成铁酸锌。 3. ZnSO4
无天然矿物。易溶于水，比重为3.474，受热分解， 在1123K左右温度下分解压达到10132.5Pa，
三 、 炼锌原料
锌矿物的种类： 较常见的有：闪锌矿(ZnS)；磁闪锌矿(nZnSmFeS)； 菱锌矿(ZnCO3)；硅锌矿(Zn2SiO4)；异极矿(ZnSiO4·H2O) 等。 自然界中较多的为硫化矿。锌的单金属硫化物非常少 见，多与铜铅共生。其中最常见的有铅锌矿，其次为锌铜 矿和铜铅锌矿。
选矿后的硫化锌精矿含锌为38~62%，Zn、Fe、S总 和 为 9 0 ~ 9 5 % 。 锌 精 矿 中 还 含 有 SiO2 、 Al2O3 、 CaCO3 和 MgCO3以及Co、In、Ga、Ge、Tl等稀有金属。因此处理 锌精矿提炼锌时，必须充分回收其中的有价金属。
我国铅锌储量较多的省(区)主要是云南、广东、甘肃、四川、 广西、内蒙古、湖南和青海等八省(区)，其铅锌储量占全国总储 量的80.7%。大中型锌矿187处，探明资源总量7961万吨，储量 1950万吨，其中大型锌矿区44处，探明资源总量5352万吨，储量 1553万吨，分别占全国的 58.1%和76.6%。
火法炼锌有鼓风炉、竖罐、平罐和电炉炼锌等方法。 其中50年代投入使用的鼓风炉法(ISP法)，由于适合处理 铅锌混合精矿，有了一定的发展，竖罐和平罐炼锌由于能 耗高和污染环境等问题，几乎被淘汰。
图3-1 火法炼锌原则工艺流程图
2. 湿法炼锌方法 湿法炼锌是第一次世界大战期间开始应用的。其本质
是用稀硫酸(即废电解液)浸出焙烧矿中的锌，锌进入溶液 后再以电解法从溶液中沉积出来。湿法炼锌可直接得到很 纯的锌，不象火法蒸馏炼锌还需精炼。除此之外，操作所 需劳动力较少，劳动条件也较好，只是电能消耗大。
ZnSO4 = ZnO + SO2 + 1/2O2 在973K以上温度时，易与Fe2Hale Waihona Puke Baidu3生成铁酸锌，所以加速上 述分解反应的进行。
4. ZnCl2 Tm:591K， Tb:1003K，773K下显著升华，氯化锌的
这一特点是挥发锌并得以富集的依据。氯化锌易溶于水。
二、 锌的主要用途
1. 钢材的镀锌方面，起防腐作用。 2. 优良的合金，如做装饰品的铜锌合金(黄铜)，Cu-SnZn形成的青铜，作为耐磨合金的Cu-Sn-Pb-Zn合金。 3. 锌可以制造用于航天仪表上的Ag-Zn电池。 4. 利用Zn熔点低的特点，还可浇铸精密铸件。 5. 锌在冶金工业中作为还原剂，化学工业中作为制造颜 料用的原材料。
根据统计资料，在我国铅锌储量中铅锌平均品位只有 4.66% ， 而 根 据 目 前 铅 锌 价 格 水 平 和 成 本 水 平 ， 只 有 铅 锌 (1:2.5)合计地质品位在7％~8％以上的地质储量才是能经济利 用的储量，目前我国能经济利用的铅锌合计储量只有4513.86 万吨，仅占总储量的 42.6%。
2004年我国锌产量排名前5家企业: (1)株洲冶炼集团公司，产量30.18万吨； (2)葫芦岛有色集团公司，产量24.31万吨； (3)中金岭南有色金属股份公司，产量17.06万吨； (4)白银有色金属公司，产量14.26万吨； (5)云南冶金集团总公司，产量7.87万吨。
（一） 锌的主要性质
锌是白而略带蓝灰色的金属，原子量为65.37，Tm为 419.05℃，Tb为906.97℃，常温下比重为7.133，800℃下 的比重为6.22，锌有3种结晶状态：α-Zn、β-Zn和γ-Zn， 其同质异性变化温度为443K和603K，液态锌的蒸气压随 温度升高而迅速增大，到1179.97K时达到10132.5Pa，火 法炼锌就是利用了锌的这一特点。
ZnS + 3/2O2 = ZnO + SO2 在1373K下，与CaO反应生成CaS和ZnO
ZnS + CaO = CaS + ZnO 硫化锌在酸中可氧化分解，目前利用这一点已研究开发 了高压氧酸浸法处理硫化锌精矿的新工艺。
2. ZnO 无 天 然 矿 物 。 Tm:2273K ， 1473K 下 有 微 量 升 华 ，
锌在干燥空气或氧气中很稳定，但在潮湿空气中形成 碱式碳酸锌(ZnCO3·3Zn(OH)2)，这样可以保护锌进一步 地被腐蚀。熔融的锌能与铁形成化合物，可使钢铁免受腐 蚀，镀锌工业利用了锌的这一特点。
（二） 锌的主要化合物的性质
1. ZnS ZnS是炼锌的主要原料，在自然界中以闪锌矿的形态存
在。Tm:1923K，1473K下升华，在空气中753K下缓慢氧化， 在873K已上时剧烈氧化。
1. 火法炼锌方法 由硫化锌矿直接炼锌虽有可能，如：
ZnS + Fe = Zn + FeS 但在工业上还没有应用，因为还原硫化锌实际上在 1200~1300℃才开始，而此时精矿已熔化。氧化锌则较易 还原，为此硫化矿精矿首先焙烧成氧化锌。焙烧矿与碳质 还原剂混合装入密闭器皿加热到1100℃左右时，锌被还原 出来，然后引入到冷凝器内冷凝为液体锌。
除了矿物之外，冶金工业中产生的含锌烟灰、熔铸锌
时产出的浮渣和一些氧化锌，也可作为炼锌原料。
四、锌的冶炼方法
我国锌冶炼工艺以湿法冶炼为主，火法其次。据 2002年统计的全国锌产量中，湿法炼锌占70%，火法 炼锌占30%。火法中竖罐法占18%，ISP法约占9.5%， 其余(包括电热法、平罐、马槽炉、马鞍炉和四方炉) 约占2.5%。
总之，火法炼锌的前景远不如湿法炼锌好，湿法炼锌 是当前的主导炼锌方法。