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187-3313-2385锌元素和铅元素具有类似的外层电子结构和性质,因此,自然界中这两种元素的矿物常常紧密共生。工业上锌焙砂中的锌矿物有闪锌矿、菱锌矿、异极矿、硅锌矿、水锌矿等。
现代锌冶金工艺分为火法炼锌与湿法炼锌工艺两大类。火法炼锌是一种利用高温从矿石中提取金属锌的方法,主要包括焙烧-还原蒸馏-粗锌精炼三部分,目前火法炼锌工艺已发展成熟,其基本原理是碳还原剂还原氧化锌并利用锌和其他金属杂质沸点的不同从焙砂中提取锌。其主要过程包括(1)在高温条件下将ZnS精矿进行氧化焙烧,得到ZnO焙砂;(2)在一定温度下使用还原剂将ZnO还原成Zn;(3)升温使得单质Zn沸腾形成锌蒸汽;(4)将锌蒸汽进行冷凝得到金属锌。
火法炼锌主要包括竖罐炼锌、平罐炼锌、电炉炼锌和鼓风炉炼锌四种。火法炼锌历史悠久,工艺成熟,但是存在能耗高、污染严重、综合回收率低和产品质量较差的问题,目前大部分火法炼锌工艺已逐步淘汰。
湿法炼锌在现代锌冶金工艺中占主导地位,主要是利用酸性溶液从氧化锌焙砂或矿石中浸出锌,再利用电积技术从溶液中制取锌。相比于火法炼锌,湿法炼锌具有金属回收率高、能耗低、环境友好、易于连续化、大型化和环境友好等显著特点,因此越来越多的工厂采用湿法炼锌工艺。湿法炼锌工艺大致分为3种,分别为沸腾焙烧-浸出工艺、氧压浸出工艺、常压富氧浸出工艺等。
沸腾焙烧-浸出工艺是先将原料进行氧化焙烧,再利用酸性溶液对锌焙砂进行浸出。其标准流程大致分为以下四个过程:锌精矿焙烧、浸出、净化和电积。沸腾焙烧-浸出工艺可分为沸腾焙烧-常规浸出工艺与沸腾焙烧-热酸浸出工艺。
常规浸出工艺是在相对较高的pH条件下用酸浸出锌焙砂,尽可能使锌进入溶液,并以中和水解法除去溶液中铁等有害杂质,分离出的溶液经净化后得到合格的中性硫酸锌溶液,电积得到锌。
热酸浸出工艺则是分别对锌焙砂进行中性浸出和热酸浸出,使其中的锌尽可能地进入溶液,在热酸浸出工段可使锌焙砂中铁酸锌(ZnFe2O4)以及其他难以浸出的锌化合物实现浸出。
为简化锌冶炼工艺流程,并减小含SO2烟气对环境的影响,1959年加拿大舍利特·高顿公司(SherrittGordon)成功研发出了加压浸出法。该方法直接在加氧、高温高压的条件下对锌精矿进行浸出,生成硫酸锌和单质硫。
为了避免氧压浸出工艺中设备要求高、操作难度大、运营费用高的缺点,OUTOTEC公司开发了一种常压富氧浸出新工艺,该工艺本质上与加压浸出区别不大,只是在操作压力上采用了常压。
其优点为:常压下直接浸出,对设备要求较低且维护成本低;操作简单。其缺点为:生产周期较长;热量损失较大;渣量大。
总体而言,锌冶金工艺中,火法炼锌因能耗、污染等问题逐渐退出主流,而湿法炼锌凭借高效、环保等优势占据主导地位。不同湿法工艺各有侧重,从沸腾焙烧 - 浸出的经典应用,到氧压浸出的流程简化,再到常压富氧浸出的设备与操作优化,均体现了锌冶金技术向更高效、低耗、环保方向的不断探索与进步。
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