精编制作3.2 硫化锌精矿的焙烧 1.5PPT课件

1、v 焙烧目的 硫化锌精矿焙烧过程是在高温下借助于空气中的氧进行 的氧化的过程 焙烧的目的与要求决定于下一步的生产流程 各具特点 火法炼锌 蒸馏馏法 是在焙烧时实行死焙烧 氧化焙烧 尽可能地除去全部 硫 以及尽可能完全使铅 镉 砷 锑挥发除去 得到主要 由金属氧化物组成的焙砂 使以后蒸馏时可以得到较高质量 的锌锭 产出浓度足够大的SO2烟气以供生产硫酸 含镉与 铅多的烟尘作为炼镉原料 3 2 硫化锌精矿的焙烧 鼓风风炉炼锌炼锌 通过过烧结烧结 机进进行烧结烧结 焙烧烧 既要脱硫 结块结块 还还要 控制铅铅的挥发挥发 精矿矿中含铜铜较高时 要适当残留一部分硫 以便在熔炼炼中制造冰铜铜 2 使砷与锑氧化并以挥发物状态从精矿中除去 湿法炼锌 1 尽可能完全地氧化金属硫化物并在焙砂中得到 氧化物及少量硫酸盐 3 4 SSO4 实行部分硫酸盐化 焙烧 焙砂中少量硫酸盐以补偿电解与浸出循环系统 中硫酸的损失 3 在焙烧时尽可能少地得到铁酸锌 4 得到SO2浓度大的焙烧炉气以制造硫酸 5 得到细小粒子状的焙烧矿以利于浸出的进行 Zn S O系基本反应 反应 lgK 900K1000K1100K1200

2、K1300K ZnS 2O2 ZnSO4 26 606922 158018 613915 673013 2063 3 ZnSO4 ZnO 2ZnSO4 SO2 1 2O2 3 9775 2 1197 0 86860 15071 0080 3ZnS 11 2O2 ZnO 2ZnSO4 SO275 843164 354454 973147 169740 6271 1 2 ZnO 2ZnSO4 3 2ZnO SO2 1 2O2 5 2601 3 3944 1 8799 0 62670 4237 ZnS 3 2O2 ZnO SO221 774319 188517 071115 305413 8248 Zn 气 液 SO2 ZnS O2 6 8524 6 3161 5 8755 5 5891 5 6713 2Zn 气 液 O2 2ZnO29 843825 744822 391219 432616 3070 3 2 1 硫化锌精矿焙烧的热力学基础 Zn S O系等温平衡状态图 当焙烧温度一定 时 焙烧过程中锌的 存在形态取决于pSO2 和pO2 不同气氛生产不同的 产物 Zn S O系等温平衡状态

3、图 1300K 当气相组成不变 改变焙烧温度时 也可改变焙烧产物中 锌存在的形态 提高温度有利于 ZnO的生成 Zn Fe S O系氧势 温度平衡图 PSO2 0 1 atm 当温度一定时 ZnS 氧化顺序是 ZnO ZnO 2ZnSO4 ZnSO4 火法炼锌空气过剩系数为 1 05 1 10 湿法炼锌空气过剩系数为 1 20 1 30 Zn Fe S O系氧势 温度平衡图 PSO2 0 1 atm 当PSO2 0 1 atm PO2 10132 5 20265 Pa 时 1203K 当 T 1203K 930 时 ZnO稳定 当 T 1203K 930 时 ZnO稳定 当 T 1203K 930 时 ZnO 2ZnSO4稳定 当 T 1143K 870 时 ZnSO4稳 定 Zn Fe S O系氧势 温度平衡图 PSO2 0 1 atm 当PSO2 0 1 atm PO2 10132 5 20265 Pa 时 1180K 当 T ZnO 2ZnSO4 Fe2O3 Zn Fe S O系氧势 温度平衡图 PSO2 0 1 atm 当PSO2 0 1 atm PO2 10132 5 202

4、65 Pa 时 1143K 当 T ZnO 2ZnSO4 Fe2O3 当 T ZnSO4 Fe2O3 湿法炼锌的焙烧温度一般控制在870 900 当进行硫酸化焙烧时 进行下列反应 ZnSO4 ZnO SO3 ZnO 2ZnSO4 3ZnO 2SO3 SO2 1 2O2 SO3 体系的总压pT为 图3 6 硫酸盐分解压与温度关系 湿法焙烧温度 高于A A 低于B B ZnO ZnSO4稳定 火法焙烧温度 高于B B ZnO稳定 锌精矿的焙烧是一个复杂过程 存在着气 固反 应 固 固反应以及固 液反应 除有一般的化学环节 还包括吸附 解吸 内扩散 外扩散等物理环节和 晶核的生成 新相的成长等化学晶形转变等现象 另 外 焙烧时还会出现稳定的中间化合物和多种硅酸盐 铁酸盐 硫酸盐等 3 2 2 硫化锌精矿焙烧动力学 q1 硫化锌锌精矿矿的着火温度 着火温度决定于硫化物的物理与化学性质质以及外界因素 着火温度可粗略作为划分焙烧反应的速度和控制环节的标志 1 氧通过颗粒周围的气膜向其表 面扩 散 外扩散 2 氧通过颗粒表面的氧化物层向反应 界面扩散 内扩散 3 在反应界面上进行化学反应 4 反应的

5、产物SO2向着与氧相反方向 的扩散 q2 焙烧烧反应应的机理与速度 锌冶金学 Zinc Metallurgy q3 影响锌精矿焙烧反应速度的因素 影响焙烧烧反应应速度的因素主要有 温度 氧气浓度 气流 速度 精矿粒度 精矿品位等 对于硫化锌矿氧化焙烧而言 决定反应速度的环 节是气膜中氧的扩散和界面反应 P138 表3 2 在830 以下时 界面反应的阻力占主要地位 在880 以上时 气膜传质的阻力占绝对优势 颗粒粒度的减小有利于界面反应 也有利于扩散 过程 但不能过小 否则增加烟尘率 硫化锌精矿焙烧时各成分的行为 1 硫化锌 硫化锌以闪锌矿或铁闪锌矿 nZnS mFeS 的形式 存在于锌精矿中 焙烧时硫化锌进行下列反应 ZnS 2O2 ZnSO4 1 2ZnS 3O2 2ZnO 2SO2 2 2SO2 O2 2SO3 3 ZnO SO3 ZnSO4 4 2 二氧化硅 SiO2 硫化锌锌精矿矿中往往含有2 8 SiO2 多以石英矿矿物 形态态存在 在焙烧过烧过 程中易与金属氧化物生成可溶性 硅酸盐盐 在浸出时时溶解进进入溶液 形成硅酸胶体 铅铅的存在能促使硅酸盐盐生成 促使精矿熔结 妨

6、碍焙烧进行 熔融状态的硅酸铅可以溶解其他金属氧化 物或其硅酸盐 形成复杂的硅酸盐 3 硫化铅铅 PbS 铅铅在硫化锌锌精矿矿中存在的矿矿物形式 称为为方铅矿铅矿 硫化铅铅在空气中焙烧时铅烧时铅 可被氧化为为PbSO4 和 PbO 硫化铅铅和氧化铅铅在高温时时具有大的蒸气压压 能够够 挥发进挥发进 入烟尘尘 因此可采用高温焙烧烧来气化脱铅铅 铅铅的各种化合物熔点较较低 容易使焙砂发生粘结 影响正常的沸腾焙烧作业的进行 4 硫化铁 锌精矿中主要的硫化铁矿铁矿 有黄铁矿铁矿 FeS2 磁硫 铁矿铁矿 FenSn 1 和复杂杂硫化铁矿铁矿 如铁闪锌矿铁闪锌矿 nZnS mFeS 黄铜矿铜矿 FeCuS2 砷硫铁矿铁矿 FeAsS 等 焙烧结果是得到Fe2O3与Fe3O4 由于FeO在焙烧条 件下继续被氧化以及硫酸铁很容易分解 故可以认为焙 烧产物中没有或极少有FeO与FeSO4存在 1 加速焙烧烧作业业 缩缩短反应时间应时间 2 增大炉料的粒度 以减小ZnO与Fe2O3颗颗粒的接触的表面 3 将锌锌焙砂进进行还还原沸腾腾焙烧烧 采用双室沸腾腾炉 用CO 还还原铁铁酸锌锌 破坏铁铁酸锌锌的结结构

7、而将ZnO析出 3 ZnO Fe2O3 CO 3ZnO 2 Fe3O4 CO2 q铁酸锌的生成 危害与防治 当温度在600 以上时 ZnO与Fe2O3按以下反应形成铁 酸锌 ZnO Fe2O3 ZnO Fe2O3 对于湿法炼锌厂来说 力求在焙烧中避免铁酸锌的生成 5 铜的硫化物 铜在锌精矿中存在的形式有辉铜矿 CuS 黄铜矿 CuFeS2 铜蓝 Cu2S 等 在高温下焙烧时铜主要以自 由状态的Cu2O存在 部分为结合状态的氧化铜 Cu2O Fe2O3 及自由状态或结合状态的氧化铜 6 硫化镉 镉在锌精矿中常以硫化镉的形式存在 在焙烧时被 氧化生成CdO和CdSO4 CdSO4在高温下分解生成CdO 与CdS挥发进入烟尘 成为提镉原料 8 Bi Au Ag In Ge Ga等的硫化物 Bi In Ge Ga等的硫化物在焙烧过程中生成氧 化物 以氧化物的状态存在于焙烧产物中 Au和Ag主 要以金属状态存在于焙烧产物中 7 砷与锑的化台物 在锌精矿中存在的砷 锑化合物有硫砷铁矿 即毒 砂 FeAsS 硫化砷 As2S3 辉锑矿 Sb2S3 在焙烧过 程中生成 As2O3 Sb2O3以及砷酸盐

8、和锑酸盐 As2S3 Sb2S3 As2O3 Sb2O3容易挥发进入烟尘 砷酸盐和锑酸 盐是稳定化合物残留于焙砂中 硫化锌精矿的焙烧多采用沸腾炉焙烧 沸腾焙烧是使空气以一定速度自下而上地吹过固体炉料 层 固体炉料粒子被风吹动互相分离 并作不停的复杂运动 运动的粒子处于悬浮状态 其状态如同水的沸腾 因此称 为沸腾焙烧 3 2 3 焙烧生产实践 沸腾焙烧炉内料层温度高达850 1150 炉内热容量 大且均匀 由于固体粒子可以较长时间处于悬浮状态 反应 速度快 传热传质效率高 温差小 料粒和空气接触时间长 使焙烧过程大大强化 沸腾炉所用设备简单 易于实现自动化控制 沸腾焙烧 的应用始于1944年 当时应用于硫铁矿的焙烧 1952年才应 用到炼锌工业中 我国于1957年末建成第一座工业沸腾焙烧 炉并投入生产 3 2 3 1 硫化锌精矿沸腾焙烧的理论基础 q1 固体流态化的特征 沸腾焙烧的基础是固体流态化 当气体通过固体炉料层时 由于气体的速度不同可分为三个阶段 即固定床 膨胀床及流态 化床 如图a所示 图b为直线速度与床层压力降的关系图 图a 吹风速度对炉料层状态的影响 图b 直线速度与床层压

9、力降的关系图 q 2 沸腾层腾层 的鼓风压风压 力与鼓风风量 在固定层层高度不变时变时 粒径增大沸腾层腾层 的临临界直线线速度 也增大 即临临界鼓风风量也增大 而沸腾层腾层 的压压力降不变变 3 2 3 2 硫化锌精矿沸腾焙烧的工艺和设备 1 沸腾焙烧的工艺沸腾焙烧的工艺 沸腾焙烧的工艺过程一般包括炉料准备及加料系统 炉本体 系统 收尘及气体处理系统和排料系统四个部分 炉料准备包括配料 干燥 破碎与筛分 沸腾焙烧炉的加料方式有干法加料与湿法加料两种 沸腾焙烧所得焙烧矿自沸腾层溢流口排出 排出后多采用冷 却圆筒进行冷却 焙烧矿可采用湿法和干法两种输送方式 锌冶金学 Zinc Metallurgy 2 沸腾腾焙烧烧的工艺艺 硫化锌精矿的焙烧可采用反射炉 多膛炉 复式炉 多 膛炉与反射炉的结合 飘悬焙烧炉和沸腾焙烧炉 目前采用的沸腾焙烧炉有带前室的直形炉 道尔型湿法 加料直型炉和鲁奇扩大型炉三种类型 多采用扩大型的鲁奇 炉 Lurgi炉 又称为VM炉 2 5 2 硫化锌精矿沸腾焙烧 的工艺和设备 2 5 2 硫化锌精矿沸腾焙烧的工艺和设备 2 5 2 硫化锌精矿沸腾焙 烧的工艺和设备 锌冶金学 Zinc Metallurgy 3 沸腾腾焙烧烧炉的结结构 q内衬耐火材料的炉身 q装有风帽的空气分布板 q下部的钢壳送风斗 q上部的炉顶和炉气出口 q侧边的加料装置和焙砂溢流排料口 沸腾炉炉底空气分布板及风帽 必须满足以下要求 q 必须使空气经过炉底的整个截面均匀送入 沸腾层 q 不应使炉内焙烧矿漏入炉底的送风斗中 q 炉底应能够耐热 不致于在高温下发生变形 或损坏 锌冶金学 Zinc Metallurgy 空气能否均匀地送入沸腾层腾层 主要取决于风风帽的排列及风风帽本 身的结构 q 对圆型炉子 采用同心圆的排 列 q 对于长方形炉子 采用棋盘排列 风帽形状有菌型 锥形和伞型

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