硫化锌精矿中各个组分在焙烧时的行为
- 格式:doc
- 大小:72.50 KB
- 文档页数:5
式(3)反应为可逆反应,在温度低于500℃时反应向右进行,温度高于6 00℃时反应向左进行,故在沸腾焙烧过程中焙烧温度均在850℃以上,实际上气相中的三氧化硫是很少的。
反应式(4)表明,当气相中有SO3存在时,氧化锌才生成为硫酸锌,而硫酸锌在高温时又分解为氧化锌和三氧化硫,温度在800℃以上时分解十分剧烈。
硫酸锌生成的条件及数量,取决于焙烧温度及气相成分,即温度低、SO3浓度高时,形成的硫酸锌就多,当温度高、SO3浓度低时,硫酸锌发生分解,趋向于形成氧化锌。
由上述硫酸锌与氧化锌生成的条件可知,氧化焙烧与硫酸化焙烧在操作上的基本区别是:(1)硫酸化焙烧的温度(850℃~900℃)比氧化焙烧的温度(1050℃~l100℃)要低;(2)硫酸化焙烧所产生的炉气中,SO3的浓度要比氧化焙烧时高,所以硫酸化焙烧时要求供给较大的过剩空气量,以强化焙烧过程;(3)硫酸化焙烧要求炉气与炉料接触良好,并要求炉料在炉内停留时间较长。
总之,硫化锌在850℃~900℃的温度下进行焙烧,大部分生成氧化锌(Zn O)和少量的硫酸锌(ZnSO4)、硅酸锌(ZnO·SiO2)、铁酸锌(ZnO·Fe2O3),还有少量的硫化锌未被氧化。
2.3.5.2硫化铅铅在锌精矿中主要以硫化铅(PbS)形态存在,硫化铅又叫方铅矿,它在焙烧时按下列反应式进行反应。
PbS+2O2 ==PbSO43PbSO4+PbS ==4PbO+4SO2PbO+SO3==PbSO4硫化铅在焙烧过程的行为与硫化锌相似,所形成的硫酸铅在800℃以上时大量分解为氧化铅。
硫化铅的熔点约为l 120℃,熔化后具有很好的流动性,进入炉子的砖缝中。
硫化铅在600℃时开始挥发,800℃时大量挥发,当PbS挥发到炉子上部及炉气管道中时又被氧化成氧化铅。
而氧化铅要在900℃时才大量挥发,所以硫酸化焙烧脱铅率低。
氧化铅是一种很好的助熔剂,它能与许多金属氧化物形成低熔点共晶化合物,如硅酸铅(PbO·SiO2)、铁酸铅(PbO·Fe2O3)、铅酸钙(CaO·PbO6)、铅酸镁(MgPbO6),这些低熔点共晶化合物是极为有害的,它在800℃时就开始熔化,严重时引起炉料在沸腾炉中结块和在烟道中结块的现象,从而使操作恶化,焙烧脱硫不完全,因此要求配料时混合锌精矿含铅不超过2%。
锌精矿沸腾焙烧技术介绍
1.1工艺概述
1.1.1内蒙古巴彦淖尔紫金有色金属有限公司109㎡焙烧炉为酸化沸腾焙烧炉,处理的原料为浮选锌精矿。
其原理为:硫化锌精矿在氧化气氛中进行自热反应,使其发生物理、化学变化,改变其成分以适应下一步冶金过程的要求。
1.1.2酸化焙烧的主要任务
1.1.
2.1通过酸化焙烧,使锌精矿中的ZnS绝大部分转变为可溶于稀硫酸的ZnO,又为补偿冶金过程中硫酸的机械、化学损失,要求焙烧矿中有适量的可溶于水的硫酸锌。
1.1.
2.2最大限度地脱除铅、镉、汞等杂质,并使之进入烟气系统中,与烟气有效地分离,回收有价金属。
1.1.
2.3为制酸系统提供一定浓度的二氧化硫烟气。
1.1.
2.4充分有效地回收焙烧过程中的余热并加以利用。
1.1.3焙烧目的
在焙烧时,尽可能将锌精矿中的硫化物氧化成氧化物并产生少量硫酸盐,同时尽可能减少铁酸锌、硅酸锌的生成,以满足浸出对焙烧矿成分和粒度的要求及补偿系统中一部分硫酸根离子的损失。
同时得到较高浓度的二氧化硫烟气以便于生产硫酸。
1.1.4基本原理
锌精矿沸腾焙烧就是利用具有一定气流速度的空气自下而上通过炉内矿层,使固体颗粒被吹动,相互分离而成悬浮状态,达到固体颗粒(锌精矿)与气体氧化剂(空气)的充分接触,以利于化学反应进行。
硫化锌精矿制粒沸腾焙烧工艺硫化锌精矿炼锌在现行的湿法和火法工艺过程中,都必须先进行焙烧脱硫,同时,为了提高成品锌的质量,还必须尽可能脱铅和锐镉。
然而现行的高温氧化沸腾焙烧粉状锌精矿工艺,由于烟尘率高达20%以上,不但铅、镉得不到很好的富集,而且烟尘残硫高,必须进行二次焙烧脱硫。
我公司在进行冶炼技改时,采用了硫化锌精矿制粒沸腾焙烧并回收烟气制酸工艺。
一、工艺概况1、物料特点用于焙烧的硫化锌精矿,是由我公司自行生产的,其主要特点是:①、化学成分(表1)②、物理性能烧结点:1170℃~1180℃粒度:-200目占80%以上二、工艺特点①、制料工段制粒沸腾焙烧工艺要在锌精矿焙烧前进行制粒,并保证其强度在整个焙烧过程中不粉化,因此要添加粘结剂,设计时采用烟尘和锌精矿与粘结剂及适当的水份混合制粒,并干燥到水份入炉不汽化爆裂,一般含水2%以下,粘结剂为ZnSO4溶液和膨润土。
ZnSO4可用返回烟尘(ZnO)混上硫酸溶液(浓度30~40%)形成,增加少量膨润土(~1.5%)成粒强度更大,因此配料、混合、干燥以及筛分是不可少的过程。
②、焙烧工段由于入炉粒矿粒径较大,使粒矿表面因燃烧反应生成的氧化铁薄膜层较厚,阻碍氧分子向矿粒中心扩散。
生成的二氧化硫也不能很快地离开,即减慢了传递速度,使在一定的停留时间内,硫化锌精矿中的硫来不及燃烧完全,因而排出的焙砂残硫较高,为解决这一矛盾,采取了增加粒矿在沸腾炉内停留时间的办法,即在沸腾炉内的加料端和排粒端之间增加一道隔墙,从而在相同温度条件下,降低了焙砂的残硫。
③、主要设备本工艺主要设备见表2:三、生产情况试生产情况表明,制粒沸腾焙烧工艺的设计、施工及选用的设备是较为成功的。
主要技术经济指标如表3所表。
表3、主要技术经济指标表4、焙砂质量情况(平均值)四、几点体会①、在制粒过程中同时加入ZnSO4和膨润土作粘结剂,使粒矿强度很大,在焙烧过程中粉化较少,烟尘率在9%~13%左右,焙砂产出率已较高,但排硫效果不好,当沸腾层温度在1100℃~1150℃时,焙砂含硫在 1.8%左右,后取消膨润土,只用ZnSO4作为粘结剂,粒矿强度有所减少,烟尘率达13%~18%左右,但排硫效果有所提高,在相同温度条件下,焙砂含硫在1.2%左右。
冶 金 原 理 实 验 报 告专业班级: 冶金0905 学号: 0503090629 姓名:吴海艳 实验日期: 2011 年 11 月 日 室温: 20C ︒ 大气压:Pa 1001.15⨯实验名称:硫化锌精矿氧化过程动力学一.实验目的(1) 采用固定床进行硫化锌精矿氧化焙烧,分析各段时间硫的产出率,来测定氧化速度与时间曲线。
(2) 学会氧化动力学的研究方法。
(3) 了解硫化锌精矿氧化过程机理。
(4) 学会硫的分析方法。
二.实验原理在冶炼过程中,为了得到所要求的化学组分,硫化锌精矿必须进行焙烧,硫化锌的氧化是焙烧过程最主要的反应:ZnS+3/2O 2=ZnO+SO 2 反应过程的机理:ZnS+1/2O 2(气)——ZnS …[O]吸附——ZnO+[S]吸附 ZnO+[S]吸附+O 2——ZnO+SO 2解吸这个反应是有气相与固相反应物和生成的多相反应,包括向反应界面和从反应界面的传热与传质过程。
可以认为反应按如下步骤进行 (1) 氧通过颗粒周围的气体膜向其表面扩散; (2) 氧通过颗粒表面氧化生成物向反应界面扩散; (3) 在反应界面上进行化学反应;(4) 反应生成的气体SO 2向着氧相反的方向扩散,即反应从颗粒表面向其中心部位逐层进行,硫化物颗粒及其附近气体成分的浓度可用未反应核模型表示。
提高硫化物氧化速度,可以通过以下方式:提高氧分压,加速SO 2吸收,减小矿石粒度,降低氧化层厚度,提高温度 本实验采用固定床焙烧,来测定硫化锌氧化速度。
分析氧化过程某一时刻产生的SO 2的量,来计算硫化锌硫的脱出率;即单位时间硫的脱出率。
为了便于比较不同硫化物和不同条件下硫化物的氧化速度,引入以下公式:总S S S i R =式中R S ——精矿中硫的氧化分数;S i ——硫化锌精矿氧化过程中某一时间内失去的硫量;S 总——精矿中所有的含硫量。
利用氧化分数和时间关系作出,可以得出不同温度、不同粒度、不同气相组成对硫化锌焙烧过程的影响。
第 54 卷第 2 期2023 年 2 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.54 No.2Feb. 2023硫化锌精矿与锌浸出渣协同助浸机理及行为李倡纹1,李存兄1,王冲2,贾著红2,顾智辉1,刘强1,张兆闫1,张耀阳1(1. 昆明理工大学 冶金与能源工程学院,云南 昆明,650093;2. 云南驰宏锌锗股份有限公司,云南 曲靖,655000)摘要:针对硫化锌精矿两段氧压浸出能耗高、锌浸出渣处理产生危废铁渣量大等行业技术难题,提出硫化锌精矿与锌浸出渣协同助浸工艺,利用锌浸出渣中高价铁的载氧体特性促进硫化锌精矿中低价硫化物的高效溶解,同时实现铁酸锌、金属硫化物的强化解离和铁的高效沉淀分离。
研究结果表明:添加锌浸出渣可以强化硫化锌精矿的浸出;反应温度和初始酸度是关键影响因素,升高反应温度可显著提高锌浸出率,同时促进Fe 3+水解沉淀成铁矾,提高酸度可以促进硫化锌精矿的高效溶解,但酸度过高时氧气溶解度降低,将抑制硫化锌精矿的溶解和Fe 3+水解沉淀。
在锌浸出渣与硫化锌精矿质量比为1꞉3、初始酸度95 g/L 、反应温度160 ℃、液固比7꞉1、氧压0.8 MPa 、搅拌转速800 r/min 、反应时间120 min 的最优技术条件下,渣计锌浸出率为98.6%,同时溶液中92.69%的铁以铁矾的形式沉淀入渣,浸出终渣主要物相组成为单质硫、黄钾铁矾、黄钠铁矾和赤铁矿,其占比分别为40.00%、39.10%、16.60%和4.30%;浸出液中铁质量浓度仅为1.62 g/L ,为浸出液后续提锌创造了有利条件。
关键词:硫化锌精矿;锌浸出渣;协同助浸;锌浸出率;Fe 3+水解沉淀中图分类号:TF813 文献标志码:A 开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号:1672-7207(2023)02-0431-12Mechanism and behavior of synergistic leaching of zinc sulfideconcentrate and zinc leaching residueLI Changwen 1, LI Cunxiong 1, WANG Chong 2, JIA Zhuhong 2, GU Zhihui 1,LIU Qiang 1, ZHANG Zhaoyan 1, ZHANG Yaoyang 1(1. Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, Kunming University of Science and Technology,Kunming 650093, China;2. Yunnan Chihong Zinc and Germanium Co. Ltd., Qujing 655000, China)收稿日期: 2022 −09 −03; 修回日期: 2022 −10 −25基金项目(Foundation item):国家自然科学基金资助项目(52064034);云南省重点研发计划项目(202202AB080005);国家重点研发计划项目(2021YFC2902801) (Project(52064034) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project (202202AB080005) supported by the Key R&D Program of Yunnan Province; Project(2021YFC2902801) supported by the National Key R&D Program of China)通信作者:李存兄,博士,教授,从事有色金属冶金研究;E-mail :******************DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.02.004引用格式: 李倡纹, 李存兄, 王冲, 等. 硫化锌精矿与锌浸出渣协同助浸机理及行为[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2023, 54(2): 431−442.Citation: LI Changwen, LI Cunxiong, WANG Chong, et al. Mechanism and behavior of synergistic leaching of zinc sulfide concentrate and zinc leaching residue[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2023, 54(2): 431−442.第 54 卷中南大学学报(自然科学版)Abstract:In view of the industrial technical problems such as high energy consumption of two-stage oxygen pressure leaching of zinc sulfide concentrate and large amount of hazardous waste iron slag from zinc leaching slag treatment, a synergistic leaching process of zinc sulfide concentrate and zinc leaching slag was proposed. The oxygen carrier properties of medium and high valent iron promote the efficient dissolution of low-valent sulfides in zinc sulfide concentrates, and the dissociation of zinc ferrite and metal sulfides and the efficient precipitation and separation of iron were enhanced. The results show that adding zinc leaching residue can strengthen the leaching of zinc sulfide concentrate. The reaction temperature and initial acidity are the key influencing factors.Increasing the reaction temperature can significantly improve the zinc leaching rate and promote the hydrolysis and precipitation of Fe3+into alum. Increasing the acidity can promote the efficient dissolution of zinc sulfide concentrate. However, when the acidity is too high, the oxygen solubility decreases, which will inhibit the dissolution of zinc sulfide concentrate and the hydrolysis and precipitation of Fe3+. The optimal technology is that the mass ratio of zinc leaching residue to zinc sulfide concentrate is 1:3, the initial acidity is 95 g/L, the reaction temperature is 160 ℃, the liquid-solid ratio is 7:1, the oxygen pressure is 0.8 MPa, the stirring speed is 800 r/min, and the reaction time is 120 min. Under the conditions, the leaching rate of zinc from the slag is 98.60%, and92.69% of the iron in leachate is precipitated into the slag in the form of jarosite. The main phase composition ofthe final leaching slag is elemental sulfur, jarosite, jarosite, hematite, whose proportions are 40.00%, 39.10%,16.60% and 4.30%, respectively. The iron concentration in the leaching solution is only 1.62 g/L, which createsfavorable conditions for the subsequent extraction of zinc from the leaching solution.Key words: zinc sulphide concentrate; zinc leaching residue; synergistic leaching; zinc leaching rate; Fe3+ hydrolysis precipitation金属锌被称为“现代工业的保护剂”,是消费量仅次于铝和铜的第三大有色金属[1−2]。
实验二硫化锌精矿氧化焙烧一、目的(1)用固定床进行硫化锌精矿氧化焙烧,分析各段时间硫的产出率,来测定氧化速度与反应时间的关系曲线。
(2)学会氧化动力学的研究方法。
(3)了解硫化锌精矿氧化过程机理。
(4)学会硫的分析方法。
二、原理在冶炼过程中,为了得到所要求的化学组分,硫化锌精矿必须进行焙烧,硫化锌的氧化是焙烧过程最主要的反应:ZnS+3/2O2=ZnO+SO2反应过程的机理:ZnS+1/2O2(气)——ZnS+[O]吸附——ZnO+[S]吸附ZnO+[S]吸附+O2——ZnO+SO2解吸这个反应是气相与固相的化学反应,包括反应界面的传热与传质过程。
硫化锌颗粒开始氧化的初期。
化学反应速度本身控制着焙烧反应速度。
但当反应进行到某种程度时,颗粒表面便为氧化生成物所覆盖,参与反应的氧通过这一氧化物层向反应界面的扩散速度,或反应生成物SO2通过扩散从反应界面离去的速度等,便成为总氧化速度的控制步骤。
因此,可以认为反应按如下步骤进行:(1)通过颗粒周围的气体膜向其表面扩散;(2)氧通过颗粒表面氧化生成物向反应界面扩散;(3)在反应界面上进行化学反应;(4)反应生成的气体SO2向着氧相反的方向扩散,即反应从颗粒表面向其中心部位逐层进行,硫化物颗粒及其附近气体成分的浓度可用未反应核模型表示。
提高硫化物氧化速度,可以通过以下方式:提高氧分压,加速SO2吸收,减小矿石粒度,降低氧化层厚度,提高温度等措施。
本实验采用固定床焙烧,来测定硫化锌氧化速度。
分析氧化过程某一时刻产生的SO2的量,来计算硫化锌硫的脱出率;即单位时间硫的脱出率。
为了便于比较不同硫化物和不同条件下硫化物的氧化速度,引入以下公式:总S S S iR ∑= 式中R S ——精矿中硫的氧化分数;S i ——硫化锌精矿氧化过程中某一时间内失去的硫量; S 总——精矿中所有的含硫量。
利用氧化分数和时间关系作出,可以得出不同温度、不同粒度、不同气相组成对硫化锌焙烧过程的影响。
科技与创新┃Science and Technology & Innovation ·74·文章编号:2095-6835(2016)18-0074-02硫化锌精矿沸腾焙烧工艺特点探析陶家荣(马关云铜锌业有限公司,云南文山壮族苗族自治州 663700)摘 要:在炼锌的过程中,锌精矿的沸腾焙烧是第一道工序,也是最关键的一道工序。
沸腾焙烧后的焙砂能否达到后续炼锌工序的质量要求,关系着整个炼锌过程能否顺利进行。
锌精矿的物理状况及其化学成分都将对其沸腾焙烧过程和后续的炼锌工序产生重要的影响。
简要介绍和对比了鲁奇式沸腾炉氧化焙烧和硫酸盐化焙烧工艺技术,探析了锌精矿沸腾焙烧的特点和影响因素,并据此提出了科学的预防和控制措施,同时,还指出了沸腾焙烧技术未来的研究和发展方向,以期为日后的相关工作提供参考。
关键词:锌精矿;沸腾焙烧;锌冶炼;焙砂中图分类号:TF046.2 文献标识码:A DOI:10.15913/ki.kjycx.2016.18.074现代炼锌方法主要有火法炼锌和湿法炼锌2种。
火法炼锌包括平罐炼锌、竖罐炼锌、密闭鼓风炉炼锌和电炉炼锌;湿法炼锌指电解法炼锌,它根据不同的浸出沉铁工艺又可分为黄钾铁钒法、针铁矿法和赤铁矿法等。
除了锌精矿直接氧压浸出外,无论是火法炼锌,还是湿法炼锌,锌精矿的沸腾焙烧都是第一道必不可少的工序。
锌精矿的沸腾焙烧是固体流态化技术在锌冶炼工业中的具体应用。
沸腾焙烧炉内沸腾层高度在1~1.5 m,沸腾层温度高达849.85~1 149.85℃,炉内热容量大且均匀,反应速度快,强度高,传热传质效率高,温差小,精矿与空气接触时间长,大大强化了焙烧过程,这对促进炼锌工业的发展有重要的意义。
目前,国内外炼锌企业使用的焙烧炉主要有道尔型和鲁奇型2种,国内锌冶炼沸腾焙烧以鲁奇式沸腾炉为主,所以,本文主要分析了鲁奇炉在高温(1049.85~1099.85 ℃)氧化焙烧和在低温(939.85~979.85 ℃)硫酸盐化焙烧条件下的特点和区别。
锌湿法冶金流程实训指导书编者:胡小龙目录1.锌精矿的焙烧 (1)1.1湿法炼锌对锌精矿焙烧的目的与要求 (1)1.2硫化锌精矿焙烧的主要反应 (1)1.3锌精矿焙烧 (8)2 浸出 (9)2.1浸出的目的 (9)2.2中性浸出 (9)2.3酸性浸出 (11)2.4沉矾 (12)3 净化 (14)3.1净化目的 (14)3.2一段净化 (14)3.3二段净化 (15)3.4三段净化 (15)3.5工序产品的质量要求 (16)4 综合回收 (17)4.1工艺原理 (17)4.2原料、产品要求 (17)4.3铜镉渣浸出 (18)4.4铜渣酸洗及上清压滤 (18)4.5铜镉渣浆化及过滤 (18)4.6钴渣酸洗及压滤 (19)4.7贫镉液沉钴 (19)4.8Β-奈酚除钴 (19)1.锌精矿的焙烧1.1湿法炼锌对锌精矿焙烧的目的与要求根据湿法炼锌的工艺原理,湿法炼锌焙烧硫化锌精矿的目的主要是使锌精矿中的ZnS绝大部分转变为ZnO,少量则为ZnSO4,同时尽可能完全地除去砷、锑等杂质。
具体说来其要求有五点:(1)在湿法炼锌中,出于硫化锌在一般条件下不能直接用稀硫酸进行浸出,所以焙烧时,要尽可能完全地使ZnS转型,使其绝大部分氧化成为可溶于稀硫酸的ZnO。
不过为了补偿冶金过程中H2SO4的机械损失和化学损失,仍要求焙烧矿中有适量的可溶于水的ZnSO4。
生产实践证明,一般浸出流程,只要使焙烧矿中含有2.5~4%的ZnSO4形态的硫就可以补偿冶金过程中H2SO4的损失,并不希望过多,否则会导致冶金过程中硫酸根的过剩,影响正常生产的进行和增加原材料的消耗。
(2)使砷,锑氧化成挥发性的氧化物除去,同时除去部分铅,以减轻浸出、净化工序工作量。
(3)使炉气中的SO2浓度尽可能地高,以利制造硫酸。
(4)焙烧得到细小粒子状的焙烧矿,以利下一步浸出,即不希望有烧结现象发生。
(5)在焙烧时应尽可能地少产生铁酸锌和硅酸锌。
因为铁酸锌不溶于稀硫酸,而导致锌的浸出率降低;硅酸锌虽然能溶于稀硫酸,但溶解后会产生胶体状的二氧化硅,影响浸出矿浆的澄清与过滤。
6.1硫化锌精矿的沸腾焙烧工序(甲24m2沸腾炉操作规程)6.1.1备料部分:(1)备料的基本任务:①保证入沸腾炉的精矿主成份和杂质含量均匀、稳定,对不同的精矿进行合理搭配。
②确保入沸腾炉的精矿含水量为6-8%。
③保证入沸腾炉的精矿粒度小于10毫米,并不含机械夹杂,干燥后精矿要进行破碎和筛分。
(2)备料工艺流程:①工艺流程简述:入精矿库后的精矿利用桥式抓斗起重机抓入湿式圆盘给料机,通过皮带运输机运至回转干燥窑干燥,干燥后精矿通过锤式破碎机破碎,再利用斗式提升机提至振动筛过筛,筛上物返回破碎机破碎,筛下物入沸腾炉焙烧。
②工艺流程图(见图6.1-1)(3)设备名称、规格、性能(见表6.1-1)(4)主要技术操作条件及技术指标:④干燥窑温度窑头600-650℃,窑尾150-200℃。
干燥精矿煤气消耗105Nm3/吨精矿图6.1-1 24m2沸腾炉备料工艺流程图表6.1-1 备料部分设备名称规格①抓斗桥式起重机岗位:A 严格按抓斗桥式起重机使用、维护规程和安全规程操作。
B抓斗桥式起重机运行时,大车、小车、抓斗不能同时运行,最多只能两者同时运行。
C 交接班和班中应经常检查钢丝绳和制动器、滑轮、行程开关、各润滑点,发现异常情况及时处理。
D 及时将入库的精矿抓到指定的地点堆存备用。
E 按规定要求配料,以保证入炉精矿成份稳定均匀。
F 圆盘料仓最多只能贮放两抓斗精矿。
②圆盘给料岗位:A 根据干燥岗位要求调整圆盘转速和圆盘出料口闸门,保证给料稳定、正常。
B 保证圆盘出料口不堵塞不断料。
③1#皮带岗位:A 严格按皮带运输机的使用、维护规程和安全规程操作。
B 保证1#皮带下料口畅通,发现堵塞及时清理。
C 皮带运输过程中,经常巡回检查,发现皮带跑偏、撕裂、托轮不转、电磁铁不起作用等异常现象及时处理。
D 经常检查皮带的料量,发现大块物料或机械夹杂及时清除,以免损坏干燥窑进口螺旋。
E 每次打料完毕,都应对电磁铁、下料溜管等进行清理。
锌精矿焙烧设计任务书电锌⼚焙烧车间⼯艺设计及计算⼀.原始数据⼆.技术条件选择1.沸腾层⾼度2.空⽓过剩系数3.沸腾层温度4.炉顶温度5.炉顶负压6.直线速度7.出炉烟⽓量三.技术经济指标1.焙烧矿产出率(包括烟尘和焙砂)2.烟尘含锌量3.焙砂含锌量4.焙烧料含锌量5.脱硫率6.焙烧锌直收率7.出炉烟⽓含尘量8.出炉烟⽓SO2量9.烟尘含S S量10.焙砂含S S量11.烟尘含S so42-量12.焙砂含S so42-量四.冶⾦计算(1)选取计算的有关主要指标(各种成分进⼊烟⽓的⽐例)(2)锌精矿的物相组成计算(3)烟⽓产出率及其化学成分和五项组成计算(4)焙砂产出率及其化学成分和五项组成计算(5)焙烧需要的空⽓量及产出烟尘量与组成计算(6)沸腾炉焙烧物料平衡计算(7)热平衡计算五.参考书⽬1.铜铅锌设计参考资料铜铅锌冶炼设计参考资料编写组19782.有⾊冶⾦⼯⼚设计基础陈枫19893.重⾦属冶⾦学赵天从编1987 第⼆版4.锌冶⾦学冶⾦⼯业出版社5.冶⾦原理冶⾦⼯业出版社6.锌冶⾦彭荣秋中南⼤学出版社7.湿法炼锌学梅光贵等中南⼤学出版社绪论锌精矿来源较⼴,成分复杂,为了使焙烧有⼀个相对稳定的⼯艺条件,必须对锌精矿进⾏配料以使精矿成分控制在焙烧操作允许的范围内,这关系到整个锌冶⾦过程中的稳定性。
本次设计的主要内容是锌精矿的沸腾焙烧,沸腾焙烧是现代焙烧昨业的新技术,也是强化焙烧的⼀种新⽅法。
其实质是:使空⽓⾃下⽽上地吹过固体料层,吹风速度达到使固体粒⼦相互分离,并做不停地复杂运动,运动的粒⼦处于悬浮状态,其外状如同⽔的沸腾翻动不已。
由于粒⼦可以较长时间处于悬浮状态,就构成了氧化各个矿粒最有利的条件,故使焙烧⼤⼤强化。
沸腾焙烧的基本原理是利⽤流态化技术,使参与反应或热、质传递的⽓体和固体充分接触,实现它们之间最快的传质,传热和动量传递速度,获得最⼤设备的⽣产能⼒。
在此次设计中,我们充分运⽤了现有的专业知识,加上⾃⼰⼤量查阅资料。
锌精矿主要杂质成分焙烧过程中的反应行为
晏心
【期刊名称】《山西冶金》
【年(卷),期】2013(036)002
【摘要】对锌精矿沸腾焙烧过程相关反应进行了热力学分析;并系统分析了锌精矿原料主要元素对某厂沸腾焙烧系统的产品质量、操作条件、运行周期等的影响.最后结合某厂生产实际情况,提出解决问题的具体措施.
【总页数】3页(P25-27)
【作者】晏心
【作者单位】长沙有色冶金设计研究院有限公司,湖南长沙410011
【正文语种】中文
【中图分类】TF813
【相关文献】
1.高硅硫化锌精矿氧化焙烧中硅酸锌生成反应的动力学 [J], 刘风林;金作美;王励生
2.锌精矿沸腾焙烧过程中砷锑杂质的脱除 [J], 吴仲
3.镓在锌精矿焙烧过程中的行为[J], Г.,АА;刘国鼎
4.加碳条件下钼精矿真空冶炼过程中主要杂质元素的行为分析 [J], 王磊; 郭培民; 孔令兵; 赵沛; 田志凌
5.锌精矿沸腾焙烧过程中SiO_2的行为 [J], 王利君
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
式(3)反应为可逆反应,在温度低于500℃时反应向右进行,温度高于6 00℃时反应向左进行,故在沸腾焙烧过程中焙烧温度均在850℃以上,实际上气相中的三氧化硫是很少的。
反应式(4)表明,当气相中有SO3存在时,氧化锌才生成为硫酸锌,而硫酸锌在高温时又分解为氧化锌和三氧化硫,温度在800℃以上时分解十分剧烈。
硫酸锌生成的条件及数量,取决于焙烧温度及气相成分,即温度低、SO3浓度高时,形成的硫酸锌就多,当温度高、SO3浓度低时,硫酸锌发生分解,趋向于形成氧化锌。
由上述硫酸锌与氧化锌生成的条件可知,氧化焙烧与硫酸化焙烧在操作上的基本区别是:(1)硫酸化焙烧的温度(850℃~900℃)比氧化焙烧的温度(1050℃~l100℃)要低;(2)硫酸化焙烧所产生的炉气中,SO3的浓度要比氧化焙烧时高,所以硫酸化焙烧时要求供给较大的过剩空气量,以强化焙烧过程;(3)硫酸化焙烧要求炉气与炉料接触良好,并要求炉料在炉内停留时间较长。
总之,硫化锌在850℃~900℃的温度下进行焙烧,大部分生成氧化锌(Zn O)和少量的硫酸锌(ZnSO4)、硅酸锌(ZnO·SiO2)、铁酸锌(ZnO·Fe2O3),还有少量的硫化锌未被氧化。
2.3.5.2硫化铅铅在锌精矿中主要以硫化铅(PbS)形态存在,硫化铅又叫方铅矿,它在焙烧时按下列反应式进行反应。
PbS+2O2 ==PbSO43PbSO4+PbS ==4PbO+4SO2PbO+SO3==PbSO4硫化铅在焙烧过程的行为与硫化锌相似,所形成的硫酸铅在800℃以上时大量分解为氧化铅。
硫化铅的熔点约为l 120℃,熔化后具有很好的流动性,进入炉子的砖缝中。
硫化铅在600℃时开始挥发,800℃时大量挥发,当PbS挥发到炉子上部及炉气管道中时又被氧化成氧化铅。
而氧化铅要在900℃时才大量挥发,所以硫酸化焙烧脱铅率低。
氧化铅是一种很好的助熔剂,它能与许多金属氧化物形成低熔点共晶化合物,如硅酸铅(PbO·SiO2)、铁酸铅(PbO·Fe2O3)、铅酸钙(CaO·PbO6)、铅酸镁(MgPbO6),这些低熔点共晶化合物是极为有害的,它在800℃时就开始熔化,严重时引起炉料在沸腾炉中结块和在烟道中结块的现象,从而使操作恶化,焙烧脱硫不完全,因此要求配料时混合锌精矿含铅不超过2%。
总之,硫化铅在焙烧过程中多数生成氧化铅(PbO),只有极少量生成硫酸铅及低熔点共晶化合物。
2.3.5.3 硫化铜铜在锌精矿中主要以辉铜矿(Cu2S)、黄铜矿(CuFeS2)、铜蓝(CuS)等形态存在。
硫化铜熔点很高(约1805℃~1900℃),在低温下(550℃)按下式进行反应。
2Cu2S+5O2=2CuO+2CuSO44CuFeS2=2Cu2S+4FeS+S2CuS+2O2=CuSO4所形成的硫酸铜,当温度高于700℃时按下式发生分解。
5CuSO4+3CuS=4Cu2O+8SO24CuSO4 = 2CuO·CuSO4+2SO2+O22CuO·CuSO4=4CuO+2SO2十O2硫化铜在焙烧温度下按下式进行氧化反应。
2Cu2S+3O2=Cu2O+SO2Cu2S+2O2=2CuO+SO24CuS+5O2=Cu2O+2SO212CuFeS2+35O2=3Cu2O+2Fe3O4+12SO2由此可见,铜的化合物在焙烧过程中的产物,主要是氧化铜(CuO)和氧化亚铜(Cu2O),还有少量的硫酸铜(CuSO4)、铁酸铜(CuO·Fe2O3)及硅酸铜(CuO·SiO3)。
2.3.5.4硫化镉镉在锌精矿中以硫化镉(CdS)形态存在,并往往与铅、镁共生。
在焙烧时硫化镉按下式进行氧化。
2CdS+3O2=2CdO+SO2或CdS+2O2=CdSO4硫化镉的挥发温度为980℃,高温焙烧时在炉子上部挥发,并在烟道中氧化成氧化镉(CdO),所以在1050℃~l100℃的温度下进行高温氧化焙烧时,95%以上的镉挥发并氧化成氧化镉进人烟气系统,通过收尘净化,镉富集在烟尘中,这种烟尘可作为提镉的原料。
当温度较低时,即在850℃~900℃下进行硫酸化焙烧时,硫化镉氧化生成氧化镉(CdO)和硫酸镉(CdSO4),CdSO4是十分稳定的化合物,只有在高于1000℃时才分解为CdO和SO3,而CdO要在高于1 000℃以上时才能挥发。
所以在硫酸化焙烧过程中,CdO及CdSO4几乎得不到挥发而留在焙砂中,它们在浸出时与ZnO一起进入硫酸溶液,通过溶液净化得到富集的铜镉渣,作为提镉的原料。
2.3.5.5砷、锑硫化物砷在锌精矿中以毒砂(FeAsS)或硫化砷(AS2S3)形态存在,锑以辉锑矿(Sb2S3)形态存在,砷、锑化合物在600℃时显著离解,在氧化气氛中极易氧化,其反应式为:2As2S3+9O2=2As2O3+6SO22Sb2S3+9O2=2Sb2O3+6SO22FeAsS+5O2=Fe2O3+As2O3+2SO2砷、锑的三氧化物是极易挥发的化合物,但在温度高、过剩空气量充足的情况下氧化成五氧化物,其反应式为:As2O3+O2一As2O5As2O3+2SO3=2As2O5+2SO22As2O3+2Fe2O3=2As2O5+2FeOSb2O3+O2 =Sb2O52Sb2O3+2SO2=2Sb2O5+2SO22Sb2O3+Fe2O3=2Sb2O5+4FeO砷、锑的五氧化物是很难挥发的物质,在有氧化铅、氧化铁存在的情况下易生成砷、锑酸盐。
3PbO+As2O5 = Pb3(AsO4)23FeO+ As2O5=Fe3(AsO4)23PbO+Sb2O5 = Pb3(SbO4)23FeO+ Sb2O5=Fe3(SbO4)2形成砷、锑酸盐后,砷、锑在焙烧过程中就很难除去。
湿法炼锌过程中当原料含As,Sb过高时,As,Sb进入电积液中使电积过程产生“烧板”。
故在焙烧时要求控制较低的温度和较少的过剩空气量,尽可能使As、Sb以挥发性氧化物进入烟气。
在烟气收尘中,这些砷、锑氧化物大部分被收集在烟尘中。
2.3.5.6硫化银银在锌精矿中以辉银矿(Ag2S)形态存在。
它在605℃时着火,按下列反应氧化。
Ag2S+2O2=Ag2SO42Ag2S+3O2=2Ag2O十2SO2在锌焙烧温度下,硫化银被氧化时与别的金属硫化物不一样,生成的氧化银(Ag2O)是一种极不稳定的化合物,易发生分解。
2Ag2O=4Ag+O2硫化银在焙烧时,当有大量SO3存在的条件下生成硫酸银(Ag2SO4),其反应式如下。
Ag2S+4SO3=Ag2SO4+4SO2生成的硫酸银在650℃左右时是稳定的,但在锌焙烧温度(850~900℃)时按下式进行分解。
Ag2SO4=2Ag+SO2+O2总之,硫化银在焙烧过程中,大部分生成金属银和硫酸银,同时由于氧化不完全,焙砂中仍有少部分的硫化银存在。
2.3.5.7铟和锗铟、锗在锌精矿中以硫化物或复合物形态存在。
当焙烧温度在800~1 100℃时变为氧化物,因为它难于被稀硫酸溶解,所以大部分留在浸出渣中,在处理浸出渣的过程中加以回收。
2.3.5.8硫化铁铁在锌精矿中一般以黄铁矿(FeS2)、磁黄铁矿(Fe2S)或铁闪锌矿(n ZnS·m FeS)形态存在。
铁的硫化物在焙烧温度800~l 100℃时进行氧化,其反应为:4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO23FeS+5O2=Fe3O4+3SO2硫化铁在焙烧时也能被SO2和SO3所氧化。
FeS+3SO3=FeO+4SO23FeO+SO3=Fe3O4+SO23FeS+5O2= Fe3O4+3SO2高价氧化铁也能与硫化铁作用。
16Fe2O3+FeS2=11Fe3O4+2SO210Fe2O3+FeS=7Fe3O4+SO2综上所述,硫化铁焙烧得到大部分的三氧化二铁(Fe2O3)和少部分的四氧化三铁(Fe3O4)。
由于氧化亚铁易于氧化成高价铁,同时硫酸铁Fe2(SO)3也极易分解,所以FeO及Fe2(SO4)3在焙烧产物中是少量的。
另外在焙砂中还有少量未氧化的FeS及FeS2存在。
当焙烧温度高于650℃时,特别是在高温焙烧时氧化锌与氧化铁生成铁酸锌,其反应式为:ZnO+Fe2O3=ZnO·Fe2O3铁酸锌是一种很难溶于稀硫酸的物质,在锌焙砂浸出过程中进入到浸出渣中,使锌的浸出率降低,并且导致锌的总回收率降低。
所以锌精矿配料时,要求铁的含量不能太高,一般不超过8%。
为了减少铁酸锌的生成,在焙烧中可以采取加速焙烧作业,以减少在焙烧温度下氧化锌与氧化铁的接触时间。
另外在焙烧允许的条件下,适当增大炉料的颗粒,缩小其接触面积,也可以减少铁酸锌的生成。
2.3.5.9二氧化硅在锌精矿中常含有大量的二氧化硅(SiO2),有时高达6%以上。
在焙烧过程中它们与金属氧化物(ZnO,FeO,PbO,CaO)接触时生成低熔点硅酸锌及其他硅酸盐,其反应为:ZnO+SiO2==ZnO·SiO2PbO+SiO2==PbO·SiO2所形成的硅酸盐,特别是硅酸铅(PbO·SiO2,熔点726℃),能使炉料软化点降低,促使焙砂结块,阻碍焙烧的正常进行。
硅酸锌及其他硅酸盐虽然能溶解于稀硫酸中,但此时生成的二氧化硅呈胶体状态进人溶液,造成浸出、澄清、过滤困难,所以在混合锌精矿中严格控制SiO2的含量不超过5%。
2.3.5.10硫化汞锌精矿中一般含汞量很少,主要以辰砂的形态存在,与其他硫化物不同,在焙烧条件下HgS直接生成金属Hg,而不是氧化物和硫酸盐。
其反应为:HgS+O2=Hg+SO2汞蒸气将进入到焙烧烟气中,在烟气净化中加以回收。