火法煉鋅

火法煉鋅技術(shù)又分為豎罐煉鋅、密閉鼓風(fēng)爐煉鉛鋅、電爐煉鋅和橫罐煉鋅。前兩種方法是中國現(xiàn)行的主要煉鋅方法，電爐煉鋅僅為中小煉鋅廠采用，橫罐煉鋅已經(jīng)淘汰。

在高于鋅沸點(diǎn)的溫度下，于豎井式蒸餾罐內(nèi)，用碳作還原劑還原氧化鋅礦物的球團(tuán)，反應(yīng)所產(chǎn)生鋅蒸氣經(jīng)冷凝成液體金屬鋅。中國葫蘆島鋅廠是中國惟一和世界僅存的兩家豎罐煉鋅廠之一。豎罐煉鋅的生產(chǎn)工藝由硫化鋅精礦氧化焙燒、焙砂制團(tuán)和豎罐蒸餾三部分組成。

1.硫化鋅精礦的氧化焙燒

一般硫化鋅精礦的成分是:Zn 46%-62%，S27%-34%，Pb<2%，Cu<1%，F(xiàn)e2%-9%。焙燒的目的是使精礦中的ZnS轉(zhuǎn)變成ZnO，而將S、Pb、Cd、As、Sb等除去。經(jīng)在1000℃以上高溫和小于1.1的過?？諝庀禂?shù)條件下焙燒，產(chǎn)物焙砂中的鋅全部以ZnO及其鹽類形態(tài)存在，98%Cd被揮發(fā)除去，Pb脫除率70%。主要焙燒反應(yīng)為:

2ZnS+3O2====2ZnO+2SO2

2SO2+O2====2SO3

ZnO+SO3====ZnSO4

4FeS2+11O2====2Fe2O3+8SO2

ZnO進(jìn)而與Fe2O3生成鐵酸鋅ZnO.Fe2O3。

氧化焙燒鋅精礦的設(shè)備已從歷史上采用的多膛爐逐漸過渡到沸騰焙燒爐。沸騰爐結(jié)構(gòu)簡單，易操作，生產(chǎn)能力大于多膛爐3-4倍，煙氣SO2濃度在10%以上，現(xiàn)已成為最常用的焙燒設(shè)備。沸騰爐正向大型化、自動控制方向發(fā)展，葫蘆島鋅廠于1991年建成了一座世界上面積最大的45m2高溫氧化焙燒爐，處理能力305t/d。

大型沸騰爐斷面為圓形，下部設(shè)有耐高溫爐底，爐底上等距離按一定規(guī)則排列著風(fēng)帽。爐底以上lm高左右設(shè)有焙砂溢流口，爐頂有煙氣出口。加料室建在爐底局部擴(kuò)出部分。含水6%左右的鋅精礦自前室加進(jìn)爐內(nèi)，在風(fēng)帽吹出風(fēng)力鼓動下，迅速混入流態(tài)化層，被加熱，發(fā)生焙燒反應(yīng)。通過溢流口產(chǎn)出的焙砂送去制球團(tuán)，煙氣凈化后送硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)，捕集的煙塵供綜合利用。

沸騰焙燒的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是:脫硫率90%，鋅回收率99.5%，鎘回收率85%，煙塵率23%。

2.焙砂制團(tuán)與焦結(jié)

豎罐蒸餾煉鋅是氣固反應(yīng)過程，要求加入的物料必須具有良好透氣性和傳熱性能，以及相當(dāng)?shù)臒釓?qiáng)度，抗壓強(qiáng)度在4.9MPa以上。為此將鋅焙砂制成團(tuán)塊并焦結(jié)處理。工藝上首先將鋅焙砂和還原用粉煤、膠粘劑充分混合、碾磨、壓制成團(tuán)塊，然后送入機(jī)械化燃油干燥庫干燥。干燥后團(tuán)礦用機(jī)械提升從爐頂加入焦結(jié)爐，在800℃溫度下，在團(tuán)礦中的焦性煤產(chǎn)生粘結(jié)作用下使團(tuán)塊焦結(jié)，同時干團(tuán)礦中的殘存水分揮發(fā)分被徹底除去。

3.豎罐蒸餾

豎罐本體是用機(jī)械強(qiáng)度高、傳熱性能好、高溫下化學(xué)性穩(wěn)定的碳化硅材料砌成的直井狀爐體，橫斷面成狹長矩形，高8-12m，受熱面積100-110m2。近代大型豎罐的尺寸為(2535mm×2mm)×290mm×12261mm，兩長邊罐壁外側(cè)各有煤氣燃燒室，對罐內(nèi)團(tuán)礦進(jìn)行間接加熱。來自焦結(jié)爐的熱團(tuán)礦經(jīng)密封料鐘加入罐頂，下降過程中被加熱到1000℃以上，團(tuán)礦中ZnO還原反應(yīng)開始激烈進(jìn)行:

ZnO+CO====CO2+Zn (1)

CO2+C====2CO (2)

ZnO還原反應(yīng)主要是氣一固反應(yīng)，體系中(團(tuán)礦中)配入過量的碳在1000℃高溫下產(chǎn)生的CO在數(shù)量上完全可以保證反應(yīng)(1)順利完成。固體碳與ZnO間固一固還原反應(yīng)只具有極次要的意義。還原產(chǎn)生的爐氣中含氣體鋅約35%，經(jīng)罐口下的上延部進(jìn)入裝有石墨轉(zhuǎn)子的冷凝器，在轉(zhuǎn)子揚(yáng)起的鋅雨捕集下，鋅蒸氣冷凝成了液態(tài)鋅，定時從冷凝器中放出液態(tài)鋅并鑄成鋅錠。出冷凝器的氣體經(jīng)過洗滌凈化除去剩余的鋅，成為含CO 80%左右、含H2約10%的罐氣，全部返回豎罐作為燃料。豎罐底部有連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的排渣機(jī)，蒸鋅后的團(tuán)塊經(jīng)此機(jī)械排出。豎罐煉鋅的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如下:鋅冶煉回收率>94%;棄渣含鋅<1.0%;煤耗2.3 t/t Zn;罐體壽命2年;電耗550 kWt/t Zn;設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率93%以上。

該方法是在密閉爐頂?shù)墓娘L(fēng)爐中，用碳質(zhì)還原劑從鉛鋅精礦燒結(jié)塊中還原出鋅和鉛，鋅蒸氣在鉛雨冷凝中冷凝成鋅，鉛與爐渣進(jìn)入爐缸，經(jīng)中熱前床使渣與鉛分離。此方法是英國帝國熔煉公司(Imperial Smelting Carp, Let.)研究成功的，簡稱ISP,對原料適應(yīng)性強(qiáng)，既可以處理原生硫化鉛鋅精礦，也可以熔煉次生含鉛鋅物料，能源消耗也比豎罐煉鋅法低。

燃料燃燒和金屬氧化物還原是密閉鼓風(fēng)爐中的基本反應(yīng)。加入爐內(nèi)的焦炭在高溫下與風(fēng)口鼓入空氣中的氧發(fā)生燃燒，產(chǎn)生煉鋅過程所需的熱量。主要熔煉反應(yīng)為:

C+O2====CO2

CO2+C====2CO

ZnO+CO====Zn+CO2

CdO+CO2====Cd+CO2

PbO+CO====Pb+CO2

ISP的技術(shù)特點(diǎn)是:①采用密封高溫爐頂(1000-1100℃)，以防止鋅蒸氣進(jìn)入鉛雨冷凝器之前降溫氧化;②采用高密度、低熔點(diǎn)、低蒸氣壓的鉛作冷凝捕收鋅蒸氣介質(zhì)，有利于鋅蒸氣的快速冷凝，防止氧化和鉛鋅分離;③采用高鈣渣系(CaO/SiO2=1.0-1.5)，渣型熔點(diǎn)高(125℃)，密度較低，為降低爐渣含鋅和渣與鉛分離創(chuàng)造了有利條件。

密閉鼓風(fēng)爐煉鉛鋅流程主要包括含鉛鋅物料燒結(jié)焙燒、密閉鼓風(fēng)爐還原揮發(fā)熔煉和鉛雨冷凝器冷凝三部分。

1.燒結(jié)焙燒

一般鉛鋅精礦含Pb+Zn在45%-60%，與其他含鋅物料混合配料后，在燒結(jié)機(jī)上脫硫燒結(jié)成塊。燒結(jié)塊要有一定的熱強(qiáng)度，以保證爐內(nèi)的透氣性，燒結(jié)塊的成分是(%):Zn41.4、Pb 19.2、FeO 12、CaO 5.7、SiO2 3.8、S 0.8。

2.密閉鼓風(fēng)爐還原揮發(fā)熔煉

早期爐子風(fēng)口區(qū)斷面積為5.1-6.4m2，目前最大的達(dá)27.2m2，多數(shù)工廠采用10m2和17.2m2。爐內(nèi)料柱高度6m，爐高10.66m，風(fēng)口內(nèi)徑159mm，共16個。爐頂設(shè)雙層料鐘密封加料器，爐身上部內(nèi)砌輕質(zhì)高鋁磚，下部為高鋁磚，爐缸用鎂磚砌成，鋼板外壁三杯水冷卻。熔煉時，燒結(jié)塊、石灰熔劑和經(jīng)預(yù)熱的焦炭分批自爐頂加入爐內(nèi)，燒結(jié)塊中的鉛鋅被還原，鋅蒸氣隨CO2、CO煙氣一道進(jìn)入冷凝器，熔煉產(chǎn)物粗鉛、銅锍和爐渣經(jīng)過爐缸流進(jìn)電熱前床進(jìn)行分離，爐渣煙氣處理回收鋅后棄去，锍和粗鉛進(jìn)一步處理。

3.鋅蒸氣冷凝

冷凝設(shè)備為鉛雨飛濺冷凝器，冷凝器外形長7-8m，高3m，寬5-6m，內(nèi)設(shè)8個轉(zhuǎn)子，浸入冷凝內(nèi)的鉛池中。轉(zhuǎn)子揚(yáng)起的鉛雨使含鋅蒸氣爐氣迅速降溫到600℃以下，使鋅冷凝成鋅液溶入鉛池，鉛液用泵不斷循環(huán)，流出冷凝器鉛液在水冷流槽中被冷卻到450℃，然后進(jìn)入分離槽，液體鋅密度小在鉛液上層，控制一定深度使其不斷流出，澆鑄成鋅錠。

鼓風(fēng)爐煉鉛鋅的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為:熱風(fēng)溫度950-1150℃，冷凝效率90%-92%，煙化爐渣含Pb 0.15%、Zn 1.35%，粗鋅含鋅大于98%、含鉛1.2%-1.5%，粗鉛含鉛大于98%、含鋅0.1%，冶煉回收率Pb>93%、Zn>94%，原料中S利用率90%-92%。

20世紀(jì)30年代在國外出現(xiàn)電爐煉鋅技術(shù)。80年代，中國開始采用電爐煉鋅技術(shù)，至今已有10多處小型火法煉鋅廠推廣應(yīng)用，生產(chǎn)規(guī)模為500-2500 t/a。

電爐煉鋅是以電能為熱源，在焦炭或煤等還原劑存在條件下，直接加熱爐料使其中的ZnO成分連續(xù)還原成鋅蒸氣并冷凝成金屬鋅。該工藝可以處理高銅高鐵鋅礦，但要求原料含S不得大于1%，對于含S高的碳酸鹽鋅礦需要預(yù)脫除處理。

電爐形狀為圓形或矩形，臥式，功率有500kW、1250kW、200kW和2250kW多種。爐床面積4-8m2，電極直徑200-350mm。主要指標(biāo)為:熔煉溫度1250一1350℃，電能消耗4600kWh/t Zn，殘?jiān)\3%-5%，粗鋅品位98.7%，直收率80%，總回收率95%。

在高溫下，用碳作還原劑從氧化鋅物料中還原提取金屬鋅的過程就叫做火法煉鋅。