锌冶金学第7章.ppt

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1、锌冶金学《有色重金属冶金学》精品课程主讲教师：魏昶陈为亮邓志敢7火法炼锌简介7.1蒸馏炼锌的理论基础7.2密闭鼓风炉炼锌7.3粗锌火法精炼7.4烟化法处理含锌物料7.5火法炼锌新技术7火法炼锌简介火法炼锌是将已死焙烧的矿与炭混合，在高温（＞1000℃）下ZnO能被炭质还原剂还原得到的锌蒸气，在几乎不含CO2的气体中冷凝得到液体金属锌的过程，其主要反应为：ZnO(s)+CO(g)=Zn+CO2(g)CO2(g)+C(s)=2CO(g)总反应为：ZnO(s)+C(s)=Zn+CO(g)火法炼锌包括平罐炼锌、竖罐炼

2、锌、电炉炼锌与密闭鼓风炉炼锌（帝国熔炼法，简称ISP）。平罐炼锌和竖罐炼锌是间接加热，电炉炼锌为直接加热但不产生燃烧气体，密闭鼓风炉采用燃料直接加热，能量利用率高，是目前主要的火法炼锌设备。ISP适合冶炼铅锌混合矿，采用铅雨冷凝器从含CO2高而含锌低的炉气中冷凝锌，除得到金属锌外，还产出金属铅。7.1蒸馏炼锌的理论基础7.1.1ZnO还原的热力学ZnO被炭还原的特点是产生锌蒸气，还原反应为：ZnO被炭还原，实际上是被CO还原：还原所消耗的CO可由炭的气化反应来补充：ZnO(s)+C(s)=Zn(g)+CO(g

3、)ZnO(s)+CO(g)=Zn(g)+CO2(g)Gº=178020–111.67TJC(s)+CO2(g)=2CO2(g)Gº=170460–174.43TJK=P2CO/(aC·PCO2)=P2CO/PCO27.1.1ZnO还原的热力学对反应ZnO(s)+CO(g)=Zn(g)+CO2(g)P总=PCO+PZn+PCO2，ZnO被还原时，Zn与O的原子个数相等，因此有：PZn=PCO+2PCO2则平衡常数为：lgK1=lg(PCO2·PZn)/PCo=-17315/T-3.51lgT+22.93联解

4、以上两式及K=P2CO/(aC·PCO2)=P2CO/PCO三个方程，可得：2P3CO+K2P2CO-K22K1=0在温度为1100~1400K的范围内，计算出反应的平衡常数K1、K2及PCO、PZn、PCO2和锌的饱和蒸气压PZn°，并将PZn、PZn°及P总与温度的关系曲线绘图。7.1.1ZnO还原的热力学7.1.1ZnO还原的热力学由上图可见，从1283K开始，PZn＞PZn°，锌蒸汽应冷凝为液体锌，直到PZn＝P°Zn为止。当ZnO在920℃被炭还原时，还原产生的锌蒸汽是未饱和的，因此不能得到液体锌。

5、但当温度升高且压力增大时，还原反应产生的锌蒸汽压力增加，到1280K时两线相交，相交点PZn≈PZn°≈2×105Pa，P总≈3.5×105Pa。可见，ZnO用固体炭还原生产液体锌的必要条件是温度高于1280K，总压大于350kPa。在ZnO被炭还原的同时，如果有另一种不挥发的金属（如铜），而它又能溶解锌形成液体合金，合金中锌的活度小于1，则ZnO开始还原的温度也可以降低。这是Cu-Zn矿直接还原生产黄铜的基础。7.1.2其它锌化合物的还原锌焙砂中除了ZnO外，还有铁酸锌(ZnO·Fe2O3)、硅酸锌(2Zn

6、O·SiO2)、硫化锌(ZnS)及硫酸锌(ZnSO4)等锌化合物。1、铁酸锌存在于焙砂中的铁酸锌（ZnO·Fe2O3）在蒸馏过程可被CO按如下反应还原为FeO：ZnO·Fe2O3+CO＝ZnO+2FeO+CO2ZnO·Fe2O3+3CO＝ZnO+2Fe+3CO2（＜900℃）ZnO+CO＝Zn+CO2，ZnO+Fe＝Zn+FeO铁酸锌也可以被金属铁还原：ZnO·Fe2O3+2Fe＝Zn+4FeO铁酸锌可以被很好地还原，焙烧形成铁酸锌对火法蒸馏炼锌不是特别有害。7.1.2其它锌化合物的还原2、硅酸锌焙砂中的硅酸

7、锌较氧化锌和铁酸锌难还原，在加入石灰、Fe2O3后可以促使硅酸锌分解，加速锌的还原。3、硫化锌和铝酸锌但焙砂中的ZnS和铝酸锌在蒸馏过程中不被还原而进入残渣造成锌的损失。4、硫酸锌硫酸锌在蒸馏过程中可以分解为ZnO和SO2，ZnO又可以被还原成锌蒸汽，但SO2也被还原成元素S与锌结合成ZnS造成锌的损失。此外，硫酸锌也可被C或CO还原成ZnS。因此，焙烧矿中的硫酸盐中的硫会造成锌损失在蒸馏残渣中。7.1.3ZnO还原的动力学ZnO用炭还原由下列过程组成：（1）吸附在ZnO表面的CO还原ZnO；（2）在炭表面发

8、生的CO2被炭还原的反应；（3）ZnO和炭两固相表面之间气体的扩散。在固体炭与ZnO表面间的气体扩散是整个过程的控制过程。增大两固体的表面积和缩短两表面之间的距离，可以提高整个反应的速度。应用在平罐和竖罐炼锌中，必须将原料与还原剂细磨，并很好地混合，增加蒸馏罐中气流速度，有利于气体扩散，从而加速过程的进行，所以保证炉料有良好的透气性特别重要。7.1.4锌蒸气的冷凝锌蒸气的冷凝必须使锌蒸气温度降到露点