電爐熔煉車間畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、昆明冶金高等專科學(xué)校 09 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)0年產(chǎn)年產(chǎn) 32000t 粗鋅電爐熔煉車間設(shè)計(jì)粗鋅電爐熔煉車間設(shè)計(jì)摘要摘要：本設(shè)計(jì)主要是針對(duì)鋅火法冶煉和精練的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)，包括廠址選擇、工藝流程、生產(chǎn)方法的選擇及論證來(lái)設(shè)計(jì)一套生產(chǎn)方案。本設(shè)計(jì)主要側(cè)重考慮以上問(wèn)題，及建廠所需資料。建廠所需資料有地理?xiàng)l件資料、氣象資料、地質(zhì)情況、廠址周邊情況、交通運(yùn)輸條件，還有其他一系列相關(guān)的建廠資料等。全面合理的考慮以上設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，設(shè)計(jì)出在工藝上可靠，經(jīng)濟(jì)上合理，技術(shù)上先進(jìn)，系統(tǒng)優(yōu)先，原料來(lái)源廣泛的鋅冶煉生產(chǎn)工藝。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：鋅 、電爐熔煉、設(shè)備計(jì)算、車間設(shè)計(jì)WithWith anan annualannual

2、capacitycapacity ofof 3200032000 t t thickthick zinczincsmeltingsmelting furnacefurnace designdesign workshopworkshopAbstractAbstract: This design is mainly aimed at zinc smelting and scouring the dominated production process design, including site choice, process and production methods and the sele

3、ction of argument to design a production plan. This design focuses on the above consideration, and the plant the required information. The factory has the required information geographic conditions material, weather information, geological conditions, the site of surrounding situation, the transport

4、ation conditions, and a series of other relevant information of the factory. Comprehensive and reasonable considering above the problems of design, the design gives in process, reliable, and reasonable in economy, materials widely zinc smelting process for production. KeywordsKeywords: Zinc smelting

5、, equipment, electric calculation, workshop design昆明冶金高等?？茖W(xué)校 09 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)1目目 錄錄年產(chǎn)年產(chǎn) 32000T 粗鋅電爐熔煉車間設(shè)計(jì)粗鋅電爐熔煉車間設(shè)計(jì) .01 前言前言.42 緒論緒論.52.1 鋅的性質(zhì)及用途.52.1.1.鋅的物理性質(zhì).52.1.2 鋅的化學(xué)性質(zhì).52.1.3 鋅的主要用途.52.2 煉鋅原料.62.2.1 鋅的主要化合物的性質(zhì).62.2.2 鋅礦物的種類.62.2.3 鋅精礦的成分.73 電爐煉鋅生產(chǎn)和技術(shù)電爐煉鋅生產(chǎn)和技術(shù).83.1 鋅的生產(chǎn)方法.83.1.1 火法煉鋅工藝.83.1.2 濕法煉鋅工藝.8

6、3.2 硫化鋅精礦的焙燒.83.2.1. 焙燒目的.83.2.2 焙燒時(shí)硫化鋅精礦中各成分的行為.93.2.3 硫化鋅精礦焙燒動(dòng)力學(xué).93.2.4 焙燒生產(chǎn)實(shí)踐.103.3 火法煉鋅的基礎(chǔ)理論.113.3.1 火法煉鋅概述.113.3.2 火法煉鋅的基本原理.113.3.3 火法煉鋅的生產(chǎn)實(shí)踐.153.4 煉鋅電爐的基礎(chǔ)理論.183.4.1 電熱轉(zhuǎn)化與分配.183.4.2 熔池溫度場(chǎng)和熔渣的運(yùn)動(dòng).183.4.3 熔池內(nèi)的熱交換.193.5 電爐煉鋅工藝流程.193.5.1 爐料的準(zhǔn)備系統(tǒng).193.5.2 電爐本體系統(tǒng).203.5.3 電極系統(tǒng).203.5.4 渣系統(tǒng).213.5.5 冷卻循環(huán)系

7、統(tǒng).214 電爐鋅的精煉電爐鋅的精煉.224.1 概述.224.2 熔析法精煉.234.3 精餾法精煉.244.3.1 精餾法的基礎(chǔ)理論.244.3.2 精餾法的工藝.244.3.3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo).25昆明冶金高等?？茖W(xué)校 09 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)24.3.4 電爐鋅精煉的發(fā)展動(dòng)向.264.4 我國(guó)電爐煉鋅工藝的技術(shù)進(jìn)步.274.4.1 煉鋅電爐大型化和結(jié)構(gòu)合理化：.274.4.2 飛濺式鋅雨冷凝器由二級(jí)一冷改進(jìn)為三級(jí)一冷：.284.4.3 二冷洗滌器由二噴二文改進(jìn)三噴三文 ：.284.4.4 短網(wǎng)系統(tǒng).294.4.5 工藝技術(shù)條件更加合理、更加成熟.294.4.6 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的提高.304.

8、4.7 電爐鋅質(zhì)量有很大提高：.304.4.8 爐齡大大延長(zhǎng)：.314.4.9 爐底積鐵有所減緩：.314.5 電爐煉鋅的特點(diǎn).314.5.1 工藝流程簡(jiǎn)單.314.5.2 我國(guó)電爐煉鋅尚存在的問(wèn)題：.324.5.3 電爐煉鋅的發(fā)展前景.335 廠址的選擇與論證廠址的選擇與論證.345.1 工廠設(shè)計(jì)的原則.345.2 廠址選擇.356 冶金計(jì)算冶金計(jì)算.386.1 電爐煉鋅的工藝計(jì)算.386.1.1 爐料計(jì)算.386.1.2 電爐熔煉過(guò)程冶金計(jì)算.416.2 電爐選型與結(jié)構(gòu)計(jì)算.476.2.1 電爐主要電氣參數(shù)的選擇.476.2.2 電極直徑的確定.496.2.3 電爐主要尺寸的確定.527

9、電爐作業(yè)正常生產(chǎn)管理電爐作業(yè)正常生產(chǎn)管理.547.1 開(kāi)爐準(zhǔn)備.547.2 烘爐.547.3 電爐的開(kāi)爐與停爐.557.3.1 開(kāi)爐.557.3.2 停爐.557.4 電爐的正常操作與控制.567.4.1 配料.567.4.2 電爐熔煉操作.567.4.3 鋅蒸汽的冷凝與出鋅操作.567.5 電爐煉鋅的常見(jiàn)故障及其處理.577.5.1 判斷爐況的依據(jù).577.5.2 電極斷落故障.577.5.3 高壓停電.587.5.4 低壓停電.587.5.5 高低壓同時(shí)停電.587.5.6 跳閘.587.5.7 泡沫渣.58昆明冶金高等專科學(xué)校 09 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)37.5.8 黏渣.597.5.9 二水封

10、結(jié)疤.597.5.10 二水封底部藍(lán)粉堵死.597.5.11 二冷放炮.607.5.12 轉(zhuǎn)子斷軸或轉(zhuǎn)子葉輪磨損.607.5.13 U 形管漏水.607.5.14 爐殼燒紅.617.6 安全與環(huán)保.61主要參考文獻(xiàn)資料主要參考文獻(xiàn)資料.62總結(jié)與體會(huì)總結(jié)與體會(huì).63謝詞：謝詞：.64昆明冶金高等?？茖W(xué)校 09 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)41 前言前言電爐煉鋅技術(shù)在國(guó)外進(jìn)行了較長(zhǎng)時(shí)間的研究，直到十九世紀(jì)末，拉瓦爾發(fā)明的煉鋅電爐奠定了當(dāng)今電爐煉鋅的基礎(chǔ)。隨著科技的不斷進(jìn)步，特別是飛濺式冷凝器的研制成功，更加促進(jìn)了電爐煉鋅事業(yè)的發(fā)展。目前世界上一些中小規(guī)模的電爐煉鋅廠多數(shù)被大型濕法煉鋅廠所取代。但仍有一些國(guó)家采用

11、電爐煉鋅工藝進(jìn)行中小規(guī)模的生產(chǎn)。我國(guó)電爐煉鋅起步較晚，約在二十世紀(jì)六十年代末廣西某廠建造了一座小型冶煉鋅粉的電爐，容量為 500KVA。直到九十年代初，出現(xiàn)了天水等地的幾家電爐煉鋅廠，由于技術(shù)還不成熟，電耗高（7518kwh/t） 、直收率低（60%） 、爐齡短、效益差，在此期間電爐煉鋅的發(fā)展仍然緩慢。1994 年天水秦川冶煉廠（天水鑫能電冶煉廠的前身）對(duì) 1250KVA 電爐進(jìn)行了技術(shù)改造，如加大電爐直徑，改進(jìn)渣線部位的耐火材料，改進(jìn)電工制度等，使?fàn)t日產(chǎn)量由原來(lái)的 13t/d 提高至 35t/d，電耗由原來(lái)的 7500kwh/t 降至 50005500kwh/t。1998 年天水鑫能電冶煉廠

12、建成國(guó)內(nèi)首臺(tái) 2000KVA 煉鋅電爐投產(chǎn)成功，爐日產(chǎn)量、電耗、爐襯壽命均創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)的較好水平，在國(guó)內(nèi)引起了強(qiáng)烈反響。1999 年 10 月由天水鑫能電冶煉廠主持召開(kāi)的全國(guó)首屆電爐煉鋅技術(shù)研討會(huì)，極大地推動(dòng)了我國(guó)電爐事業(yè)的發(fā)展。1998 年前，全國(guó)僅有電爐煉鋅廠幾家，如天水鑫能電冶煉廠、云南昭通鉛鋅礦等，總?cè)萘坎坏?1.0 萬(wàn) KVA，生產(chǎn)也很不正常。經(jīng)過(guò)近十年的發(fā)展，據(jù) 2006 年初不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)共有電爐煉鋅廠 61 家，擁有煉鋅電爐 111 座，裝機(jī)容量為 23.4 萬(wàn) KVA，年產(chǎn)能為 40 萬(wàn) t，約占全國(guó)鋅產(chǎn)能的1517%。此外在工藝裝備、主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都有重大突破。但由于電力

13、供應(yīng)不足、原料供應(yīng)緊張以及電價(jià)、鋅原料價(jià)格急劇上漲等種種原因，不少?gòu)S家的電爐未開(kāi)或未開(kāi)足，而實(shí)際產(chǎn)量不足 25 萬(wàn) t，約占全國(guó)鋅產(chǎn)量的 810%。目前電爐煉鋅廠主要分布在水力資源和鋅資源豐富的四川、云南、貴州、陜西、寧夏等地，尤以四川的漢源、滎徑、石棉等地為多。昆明冶金高等專科學(xué)校 09 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)52 緒論緒論2.1 鋅的性質(zhì)及用途鋅的性質(zhì)及用途2.1.1.鋅的物理性質(zhì)鋅的物理性質(zhì)（1）金屬鋅是銀白色略帶藍(lán)灰色的金屬，斷面有金屬光澤。密度為 7.14kg/m3，熔點(diǎn)為419.5，沸點(diǎn) 906 。（2）鋅在熔點(diǎn)附近的蒸汽壓很小，液體鋅蒸汽壓隨溫度的升高極具增大， 這是火法煉鋅的基礎(chǔ)。（3）

14、在室溫下，性較脆；100150時(shí)，變軟，延展性很好，可壓成 0.05mm 的薄片，或拉成細(xì)絲。超過(guò) 200后，又變脆。（4）鋅是良好很導(dǎo)熱體和導(dǎo)電體2.1.2 鋅的化學(xué)性質(zhì)鋅的化學(xué)性質(zhì)（1）鋅在干燥空氣或氧氣中很穩(wěn)定，但在潮濕空氣中形成堿式碳酸鋅(ZnCO33Zn(OH)2)，這樣可以保護(hù)鋅進(jìn)一步地被腐蝕。（2）熔融的鋅能與鐵形成化合物，可使鋼鐵免受腐蝕，鍍鋅工業(yè)利用了鋅的這一特點(diǎn)。（3）純鋅不溶于純硫酸或鹽酸，但鋅中若有少量雜質(zhì)存在則會(huì)被酸所溶解。因此，一般的商品鋅極易被酸所溶解，亦可溶于堿中。 （4）鋅的主要化合物有硫化鋅，氧化鋅，硫酸鋅和氯化鋅。2.1.3 鋅的主要用途鋅的主要用途鋅的用

15、途很廣，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有重要的作用。世界鋅的產(chǎn)量與銷售量均大于一半消費(fèi)在鍍鋅方面，作為包覆物以保護(hù)鋼材和鋼鐵制品，以免受大氣腐蝕。鋅易與很多有色金屬形成合金，如黃銅（銅、鋅合金） ，青銅（銅、錫、鋅合金）以及銅、鋅、鉛、錫、砷形成抗磨合金和抗蝕合金。在近代，利用鋅壓鑄技術(shù)制造鑄件并完全地充滿模型所有細(xì)小彎曲部分。鋅壓鑄技術(shù)廣泛用于汽車與航空工業(yè)及機(jī)械、電力等工業(yè)部門。由于鋅抗蝕性好，鋅被用來(lái)制成鋅板屋頂蓋、火藥箱、家具、貯存器及 電裝置的零件。鋅在化學(xué)工業(yè)中可供制造顏料。氧化鋅作為橡膠工業(yè)的硫化促進(jìn)劑、助促進(jìn)劑、涂料工業(yè)的填料、玻璃工業(yè)的澄清劑、增強(qiáng)劑、潤(rùn)滑油的添加劑以及陶瓷、搪瓷的輔助配料

16、。氯化鋅浸漬木材等可起保護(hù)作用。鋅在冶金工業(yè)中用來(lái)從氰化物溶液中置換金，在濕法中利用鋅粉凈夜除去銅、鎘等雜質(zhì)。（1）用作防腐蝕的鍍層(如鍍鋅板)，廣泛用于汽車、建筑、船舶、輕工等行業(yè)，約占鋅用量的 46%。 昆明冶金高等?？茖W(xué)校 09 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)6（2）制造銅合金材(如黃銅) 用于汽車制造和機(jī)械行業(yè)，約占 15%。 （3）用于鑄造鋅合金 主要為壓鑄件，用于汽車、輕工等行業(yè)，約占 15%。（4）用于制造氧化鋅 廣泛用于橡膠、涂料、搪瓷、醫(yī)藥、印刷、纖維等工業(yè)，約占11%。 （5）用于制造干電池，以鋅餅、鋅板形式，約占 13%。 2.2 煉鋅原料煉鋅原料2.2.1 鋅的主要化合物的性質(zhì)鋅的主要化

17、合物的性質(zhì)（1）ZnS ZnS 是煉鋅的主要原料，在自然界中以閃鋅礦的形態(tài)存在。在空氣中 753K 下緩慢氧化，在 873K 以上時(shí)劇烈氧化。ZnS + 3/2O2 = ZnO + SO2在 1373K 下，與 CaO 反應(yīng)生成 CaS 和 ZnOZnS + CaO = CaS + ZnO硫化鋅在酸中可氧化分解，目前利用這一點(diǎn)已研究開(kāi)發(fā)了高壓氧酸浸法處理硫化鋅精礦的新工藝。（2） ZnO 無(wú)天然礦物。ZnO 可被 C、CO 和 H2 還原，其中被 CO 還原的反應(yīng)在 1073K 下十分激烈：ZnO + CO = Zn(g) + CO2在 823K 以上，與 Fe2O3 形成鐵酸鋅。（3）ZnS

18、O4無(wú)天然礦物。易溶于水，比重為 3.474，受熱分解，在 1123K 左右溫度下分解壓達(dá)到10132.5Pa， ZnSO4 = ZnO + SO2 + 1/2O2在 973K 以上溫度時(shí)，易與 Fe2O3 生成鐵酸鋅，所以加速上述分解反應(yīng)的進(jìn)行。2.2.2 鋅礦物的種類鋅礦物的種類（1）鋅礦石按其所含的礦物種類的不同可分為硫化礦和氧化礦。硫化礦主要包括閃鋅礦(ZnS)；磁閃鋅礦(nZnSmFeS)；氧化礦主要包括菱鋅礦(ZnCO3)；硅鋅礦(Zn2SiO4)；異極礦 (ZnSiO4H2O)等。（2）自然界中較多的為硫化礦。鋅的單金屬硫化物非常少見(jiàn)，多與銅鉛共生。其中最常見(jiàn)的有鉛鋅礦，其次為鋅

19、銅礦和銅鉛鋅礦。（3）除了礦物之外，冶金工業(yè)中產(chǎn)生的含鋅煙灰、熔鑄鋅時(shí)產(chǎn)出的浮渣和一些氧化鋅，也可作為煉鋅原料。昆明冶金高等專科學(xué)校 09 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)72.2.3 鋅精礦的成分鋅精礦的成分硫化礦含鋅約為 8.8%17%，氧化礦含鋅約為 10%。而冶煉要求鋅精礦含鋅大于45%55%，因此一般采用優(yōu)先浮選法對(duì)鋅礦物進(jìn)行選礦，選礦后的硫化鋅精礦含鋅為3862%，Zn、Fe、S 總和為 9095%。鋅精礦中還含有 SiO2、Al2O3、CaCO3 和 MgCO3 以及Co、In、Ga、Ge、Tl 等稀有金屬。因此處理鋅精礦提煉鋅時(shí)，必須充分回收其中的有價(jià)金屬。昆明冶金高等專科學(xué)校 09 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)

20、83 電爐煉鋅生產(chǎn)和技術(shù)電爐煉鋅生產(chǎn)和技術(shù)3.1 鋅的生產(chǎn)方法鋅的生產(chǎn)方法現(xiàn)代煉鋅方法分為火法煉鋅和濕法煉鋅。以濕法冶金為主。3.1.1 火法煉鋅工藝火法煉鋅工藝包括焙燒、還原蒸餾和精煉三個(gè)主要過(guò)程。主要工藝有平罐煉鋅、豎罐煉鋅、密閉鼓風(fēng)爐煉鋅及電熱法煉鋅。平罐煉鋅和豎罐煉鋅都是間接加熱，存在能耗高、對(duì)原料適應(yīng)性差等缺點(diǎn)，已基本被淘汰。電熱法煉鋅雖為直接加熱但不產(chǎn)生燃燒氣體，生產(chǎn)能力小、能耗高、鋅的直收率低，僅適用于電力資源豐富地區(qū)。密閉鼓風(fēng)爐煉鋅能處理鉛鋅復(fù)合精礦及含鋅氧化物料，在鼓風(fēng)爐內(nèi)可同時(shí)生產(chǎn)鉛、鋅，采用燃料直接加熱，能量利用率高，是目前主要的火法冶煉方法，產(chǎn)鋅量占鋅總產(chǎn)量的10%。3

21、.1.2 濕法煉鋅工藝濕法煉鋅工藝濕法煉鋅工藝包括傳統(tǒng)的濕法煉鋅和全濕法煉鋅兩種工藝。濕法煉鋅工藝資源綜合利用好，單位能耗較低，污染小，是鋅冶煉的主流工藝，產(chǎn)鋅量占鋅總產(chǎn)量的 80%。傳統(tǒng)的濕法煉鋅工藝是火法-濕法聯(lián)合流程。包括焙燒、浸出、凈化、電積和熔鑄五個(gè)主要工序。新建的鋅冶煉廠多采用此工藝。全濕法煉鋅是指在硫化鋅精礦直接加壓浸出技術(shù)基礎(chǔ)上形成的，該工藝省卻了傳統(tǒng)濕法煉鋅工藝中的焙燒和制酸工序，鋅精礦中的硫以元素硫的形式富集在浸出渣中另行處理。3.2 硫化鋅精礦的焙燒硫化鋅精礦的焙燒硫化礦的焙燒是火法煉鋅和濕法煉鋅工藝的第一步冶金過(guò)程。硫化鋅精礦的焙燒過(guò)程是在高溫下借助空氣中的氧進(jìn)行的氧化

22、脫硫過(guò)程，以改變其成分以適應(yīng)下一步冶金處理的要求。3.2.1. 焙燒目的焙燒目的（1）火法煉鋅工藝的焙燒目的完全脫硫，得到金屬氧化物組成的焙燒礦（焙砂） ，從而昆明冶金高等?？茖W(xué)校 09 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)9可使蒸餾得到的鋅較純，避免蒸餾過(guò)程鋅成為硫化鋅而造成的鋅的損失（2）濕法煉鋅工藝的焙燒目的不完全脫硫，焙燒時(shí)要保留少量的硫酸鹽，以補(bǔ)償浸出和電解過(guò)程中損失的硫酸。同時(shí)盡可能少生成鐵酸鋅。3.2.2 焙燒時(shí)硫化鋅精礦中各成分的行為焙燒時(shí)硫化鋅精礦中各成分的行為（1）硫化鋅（ZnS）：硫化鋅以閃鋅礦（nZnSmFeS）的形式存在于精礦中。焙燒開(kāi)始時(shí)進(jìn)行反應(yīng)（1）和反應(yīng)（2）：ZnS + 2O2 =

23、ZnSO4 (1)2ZnS + 3O2 = 2ZnO +2SO2 (2)生成 SO2后，在有氧的條件下發(fā)生可逆反應(yīng)（3）2SO2 + O2 = 2SO3 (3)生成 SO3后，發(fā)生可逆反應(yīng)（4）ZnO +SO3 = ZnSO4 (4)鋅精礦焙燒過(guò)程中，就是通過(guò)控制焙燒溫度和氣相組成來(lái)控制焙燒產(chǎn)物中鋅的存在形態(tài)。生產(chǎn)中通過(guò)控制供風(fēng)量(空氣過(guò)剩系數(shù))來(lái)調(diào)節(jié)氣相組成。（2）硫化鐵（FeS2）：硫化鐵統(tǒng)稱為黃鐵礦，是鋅精礦中常見(jiàn)成分。焙燒時(shí)在較低的溫度下即發(fā)生 熱分解：2eS2 = 2eS + S2也按下列反應(yīng)生成氧化物：4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO23FeS +5O2 =

24、Fe3O4 + 3SO2得到 Fe2O3和 Fe3O4。（3）鐵酸鋅的生成： 873K 以上焙燒生成的 ZnO 與 Fe2O3 反應(yīng)：ZnO+Fe2O3=ZnO.Fe2O3（鐵酸鋅）濕法浸出時(shí)，鐵酸鋅不溶于稀硫酸，留在殘?jiān)性斐?Zn 損失。因此，濕法浸出時(shí)要求在焙燒中避免鐵酸鋅的生成。傳統(tǒng)濕法煉鋅工藝要求精礦含鐵 5%6%。（4）硅酸鹽：鋅精礦中含有 SiO2（2%8%） ，SiO2易與 ZnO 生成硅酸鋅（2ZnO.SiO2） ，SiO2還易與PbO生成低熔點(diǎn)的硅酸鉛（2PbO. SiO2 ） ，熔融狀態(tài)的硅酸鉛能與其他金屬氧化物或硅酸鹽形成復(fù)雜的硅酸鹽。在濕法浸出過(guò)程中，硅酸鋅和其他硅酸

25、鹽易溶解，但生成的 SiO2在濕法浸出時(shí)成膠體狀態(tài)，對(duì)澄清和過(guò)濾不利。為了避免硅酸鹽的形成，對(duì)入爐精礦中的鉛、硅含量要嚴(yán)格控制。硅酸鹽的形成對(duì)火法煉鋅過(guò)程影響不大。 昆明冶金高等專科學(xué)校 09 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)103.2.3 硫化鋅精礦焙燒動(dòng)力學(xué)硫化鋅精礦焙燒動(dòng)力學(xué)決定硫化鋅精礦氧化焙燒速度的控制環(huán)節(jié):(1) 氧通過(guò)顆粒周圍的氣膜向其表面擴(kuò)散(外擴(kuò)散)；(2) 氧通過(guò)顆粒表面的氧化物層向反應(yīng)界面擴(kuò)散(內(nèi)擴(kuò)散)；(3) 在反應(yīng)界面上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)；(4) 反應(yīng)的產(chǎn)物 SO2向著與氧相反方向的擴(kuò)散。反應(yīng)速度是由以上四個(gè)環(huán)節(jié)中最慢的環(huán)節(jié)來(lái)決定。硫化鋅礦氧化生成的氧化鋅層比較疏松，對(duì)氧和 SO2的擴(kuò)散阻力不

26、大，因此決定反應(yīng)速度的環(huán)節(jié)是氣膜中氧的擴(kuò)散和界面反應(yīng)。在 830以下，界面反應(yīng)的阻力占主要地位，880以上，氣膜傳質(zhì)的阻力占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。顆粒粒度的減小有利于界面反應(yīng)，也有利于擴(kuò)散過(guò)程，但不能過(guò)小，否則增加煙塵率。3.2.4 焙燒生產(chǎn)實(shí)踐焙燒生產(chǎn)實(shí)踐3.2.4.1 焙燒設(shè)備硫化鋅精礦的焙燒采用沸騰爐焙燒。在焙燒過(guò)程中使空氣自下而上地吹過(guò)固體爐料層，使精礦懸浮于爐氣中進(jìn)行焙燒，懸浮粒子不停地翻動(dòng)，形如水的沸騰。3.2.4.2 沸騰焙燒爐構(gòu)造沸騰焙燒爐可分為帶前室的直形爐、道爾型濕法加料直形爐和魯奇上部擴(kuò)大型爐，目前多采魯奇上部擴(kuò)大型爐。爐體結(jié)構(gòu)包括爐身、空氣分布板、鋼殼送風(fēng)箱、爐頂、爐氣出口、加料裝

27、置和焙砂溢流排料口。3.2.4.3 沸騰焙燒方式沸騰焙燒包括高溫氧化焙燒和低溫部分硫酸化焙燒3.2.4.4 高溫氧化焙燒（1）工藝目的主要是為了獲得適合火法煉鋅工藝的還原蒸餾過(guò)程的焙砂。除了把精礦含硫脫除至最低限度外，還要把精礦中的鉛、鎘等主要雜質(zhì)脫除大部分，以得到較好的還原指標(biāo)。（2）工藝原理主要是利用鉛、鎘的氧化物和硫化物的揮發(fā)性大，以及硫酸鋅高溫氧化分解的特性除去雜質(zhì)。焙燒溫度升高有利于雜質(zhì)的脫除，但焙燒溫度過(guò)高，會(huì)使精礦顆粒燒結(jié)成塊，因此高溫氧化焙燒時(shí)采用 13431373K 溫度為適宜。3.2.4.5 低溫部分硫酸化焙燒工藝目的：得到適合傳統(tǒng)濕法煉鋅工藝浸出用的焙砂。焙砂要求含一定數(shù)

28、量的硫酸鹽形態(tài)的硫（2%4%） ，焙燒溫度要低于高溫氧化焙燒，焙燒溫度一般采用 11231173K。低溫焙燒有利于保存部分以硫酸鹽形式存在的硫，但也會(huì)增加以硫化物形態(tài)存在的硫（不溶硫） 。昆明冶金高等專科學(xué)校 09 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)113.3 火法煉鋅的基礎(chǔ)理論火法煉鋅的基礎(chǔ)理論 3.3.1 火法煉鋅概述火法煉鋅概述火法煉鋅是將含 ZnO 的死焙燒礦用碳質(zhì)還原劑還原得到金屬鋅的過(guò)程。由于 ZnO 較難還原，所以火法煉鋅必須在強(qiáng)還原和高于鋅沸點(diǎn)的溫度下進(jìn)行。還原出來(lái)的鋅蒸氣經(jīng)冷凝后得到液體鋅。 還原蒸餾法主要包括豎罐煉鋅、平罐煉鋅和電爐煉鋅。豎罐和平罐煉鋅是間接加熱，電爐煉鋅為直接加熱。共同特點(diǎn)是：

29、產(chǎn)生的爐氣中鋅蒸氣濃度大，而且 CO2含量少，容易冷凝得到液體鋅。20 世紀(jì) 50 年代開(kāi)發(fā)，60 年代投入工業(yè)生產(chǎn)的密閉鼓風(fēng)爐煉鋅(簡(jiǎn)稱 ISP)法是一種適合于冶煉鉛鋅混合礦的煉鋅方法。它的特點(diǎn)是采用鉛雨冷凝法從含 CO2含量高而鋅含量低的爐氣中冷凝鋅，產(chǎn)出鉛和鋅兩種產(chǎn)品。3.3.2 火法煉鋅的基本原理火法煉鋅的基本原理3.3.2.1 氧化鋅的碳熱還原反應(yīng)基礎(chǔ)-CO 還原在生產(chǎn)實(shí)踐中，用碳質(zhì)還原劑還原 ZnO 時(shí)，起還原作用的主要還原劑是 CO，則主要還原反應(yīng)為:ZnO(s) + CO(s) = Zn(g) + CO2(g)GT0=178020-111.67T(J)該反應(yīng) PCO2=PZn

30、;PT=PCO+PCO2+PZn-lgK=lg(PT-2PZn) /PZn2；設(shè) PT=105Pa，可以求出不同溫度下格組分的分壓上式反應(yīng)在不同溫度下的個(gè)平衡分壓值（MPa）項(xiàng) 目973K1173K1373K1573KPCO2=PZnPCOPZn0.001660.096880.00470.011450.07710.0590.03270.03440.3410.04600.00771.2361該表說(shuō)明：(1)CO 還原氧化鋅產(chǎn)出鋅蒸汽，也必須降溫到 PZn平衡分壓才能冷凝得到鋅液；(2)平衡氣相中 CO2/CO 的比例隨溫度提高而增大，在 10001100條件下，該比例接近 1；但溫度降低時(shí)，該比

31、例降低很大，因此冷凝時(shí)鋅蒸汽易于被 CO2 氧化。(3)在還原生產(chǎn)過(guò)程中，可以依靠過(guò)量的碳利用布多爾反應(yīng)維持較高的 CO 分壓，促進(jìn)ZnO 還原反應(yīng)的進(jìn)行。3.3.2.2 氧化鋅的碳熱還原反應(yīng)基礎(chǔ)-還原歷程CO 還原：(1) ZnO(s) + CO(g) = Zn(g) + CO2 (g)昆明冶金高等專科學(xué)校 09 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)12lgK(1)=-9740/T+6.12 lgPCO2/PCO=-9740/T+6.12-lgPZn(2) ZnO(s) + CO(g) = Zn(l) + CO2 (g)lgK(2)=-3650/T+0.88 lgPCO2/PCO=-3650/T+0.88-lgaZ

32、nCO 再生(3) C(s) + CO2(g) = 2CO(g)ZnO 被碳還原的過(guò)程如下：lgK(3)=-8916/T+9.113T lgPCO2/PCO=8916/T-9.113+lgPCO由以上 3 個(gè)反應(yīng)看，還原產(chǎn)出的鋅蒸汽分壓與 lgPCO2/PCO 和 T 有關(guān)；還原產(chǎn)出鋅液活度也與 lgPCO2/PCO 和 T 有關(guān)；而布多爾反應(yīng) PCO 和 lgPCO2/PCO 與 T 有關(guān)。因此 PZn 、 aZn 和 PCO 均可在 lgPCO2/PCOT 圖中表示出來(lái)，用以闡述還原生產(chǎn)過(guò)程。當(dāng) PZn =10132、50662、101325、1013250Pa 時(shí)，可分別求出反應(yīng)（1）

33、（CO 還原產(chǎn)生鋅蒸汽）的 lgPCO2/PCOT 關(guān)系；當(dāng) aZn=1 和 0.1 時(shí)，分別求出反應(yīng)（2） （CO 還原產(chǎn)生鋅液）的 lgPCO2/PCOT 關(guān)系；當(dāng) PCO =101325、50662、10132 時(shí)，分別求出反應(yīng)（3）的 lgPCO2/PCOT 關(guān)系；當(dāng) PZn =10132、50662、101325、1013250Pa 時(shí)的 lgPCO2/PCOT 關(guān)系曲線，表示還原得到不同鋅蒸汽分壓所需的 PCO2/PCO 比例與溫度的關(guān)系；同理 當(dāng) aZn=1 和 0.1 時(shí)的 lgPCO2/PCOT 關(guān)系曲線；表示還原得到不同活度鋅液所需的PCO2/PCO 比例與溫度的關(guān)系；而

34、PCO =101325、50662、10132 時(shí)的 lgPCO2/PCOT 關(guān)系；表示保持不同 CO 分壓所需的 PCO2/PCO 比例與溫度的關(guān)系；圖圖 3 31 1（1）PZn =50662Pa 的 p 線與 aZn=1 的 Q 線相交于 B 點(diǎn)（826） ，此時(shí) Zn 的氣液兩相昆明冶金高等?？茖W(xué)校 09 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)13共存 ；（2）溫度大于 826生成鋅蒸汽，低于 826生成液態(tài)鋅。但低溫還原要求 PCO2/ PCO 10-3 ，且 PCO 分壓很低，難于實(shí)現(xiàn)；因此還原產(chǎn)出液態(tài)鋅在工程上是不可行的。（3）PZn=50662Pa 的 p 線 PCO=50662Pa 的 R 線相交于

35、A 點(diǎn)（920） ，這是總壓 1atm時(shí) ZnO 與 Zn(g)共存點(diǎn)；（4）總壓 1atm 時(shí)，溫度大于 920， Zn(g)穩(wěn)定；溫度小于 920， ZnO 穩(wěn)定；（5）相同的 PCO 下，提高溫度可獲得更高鋅蒸汽壓；為了獲得同等壓力的鋅蒸汽，提高溫度所需的 PCO 變?。ńY(jié)合PT=PCO+PZn+PCO2；看縱軸） ，在實(shí)際 ZnO 被碳質(zhì)還原的生產(chǎn)過(guò)程中，由于原料中的鐵的化合物對(duì)火法煉鋅特別是鼓風(fēng)爐法煉鋅的影響較大，所以有必要研究鐵在煉鋅過(guò)程中的行為。氧化鋅還原過(guò)程的氣相溫度曲線如圖 3-18 所示。與圖 3-20 相比，橫坐標(biāo)由 1/TK換成 K，縱坐標(biāo)由 lgPCO2/PCO 換成

36、 PCO2/PCO，因此原來(lái)的直線會(huì)變成曲線3.3.2.3 火法煉鋅過(guò)程分析圖 32 火法煉鋅分析(a)蒸餾煉鋅區(qū) （b）鼓風(fēng)爐煉鋅區(qū) （C）鐵還原區(qū) （d）液鋅穩(wěn)定區(qū) 昆明冶金高等專科學(xué)校 09 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)14(1)CO2 還原氧化鋅曲線IIIIIIIVVaZnO1.01.00.10.0050.01PZn(Atm)0.060.450.060.060.06(2)A、B 曲線：C + CO2 = 2CO (3)i: ZnO(s) + CO(q) = Zn(l) +CO2(q) Ii:Zn(l) = Zn(q)ABa(4)BCdPCO2+PCOFe3O4(s)Fe3O4(s)FeO(s)FeO(

37、l)0.2Atm0.6 AtmFe(r)FeO(s)Fe(r)Fe(r)圖中各曲線分別是下列反應(yīng)在不同條件下平衡的 PCO2/PCOT 的關(guān)系曲線。 ZnO(s) + CO(g) = Zn(g) + CO2圖中、這 5 條曲線為反應(yīng)在以下 5 種設(shè)定條件下的曲線。曲線IIIIIIIVVaZnO1.01.00.10.0050.01PZn(Atm)0.060.450.060.060.06 C(s) + CO2(g) = 2CO(g) 圖中繪出 A、B 兩條線，其設(shè)定的條件為： A 線：PCO +PCO2 = 20265Pa（0.2atm） B 線： PCO +PCO2 = 60795Pa（0.6a

38、tm） 鐵氧化物的還原曲線 a: Fe3O4(s) + 4CO(g) = 3Fe() + 4CO2(g)曲線 b: Fe3O4(s) + CO(g) = 3FeO(s) + CO2(g)曲線 c: FeO(s) + CO(g) = Fe() + CO2(g)曲線 d: FeO(l) + CO(g) = Fe() + CO2(g) Zn(l)的穩(wěn)定范圍 曲線(i): ZnO(s) + CO(g) = Zn(l) + CO2(g) 曲線(): Zn(l) = Zn(g)1.間接加熱時(shí)鋅的還原揮發(fā)間接加熱方式將燃料燃燒產(chǎn)生的氣體與 ZnO 還原產(chǎn)生的含鋅氣體用罐體分開(kāi)，從而進(jìn)行火法煉鋅過(guò)程。所以罐體

39、內(nèi) ZnO 的還原產(chǎn)生的爐氣中含鋅 45%左右，含 CO2 只有 1%，其余為 CO。在正常的冶煉條件下，蒸餾法煉鋅區(qū)域?yàn)閳D 3-18 中的曲線 II 和曲線 B 的右側(cè)打點(diǎn)區(qū)域。 從圖中可以看到，即使 PCO2/PCO 大，ZnO 仍能被還原。要在大氣壓下進(jìn)行還原，溫度至少需要 1170K(曲線 II 和曲線 B 的交點(diǎn))。由于罐內(nèi)氣體組成 PCO2/PCO 低于曲線 C 所示的 FeO 還原反應(yīng)的平衡組成，F(xiàn)eO 被還原成金屬鐵，分散在蒸餾殘?jiān)?。昆明冶金高等?？茖W(xué)校 09 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)152.直接加熱時(shí)鋅的還原揮發(fā) 鼓風(fēng)爐煉鋅與蒸餾法煉鋅不同，大量的燃燒氣體和還原產(chǎn)出的鋅蒸氣混在一起，從

40、而氣相中 Zn 蒸氣的濃度比較低，通常只有 57%。平衡爐氣成分在圖 3-18 中曲線 I 與曲線 A所包圍的區(qū)域鼓風(fēng)爐煉鋅時(shí)，鋅的還原揮發(fā)與殘留在爐渣中的 ZnO 活度有關(guān)。 鼓風(fēng)爐煉鋅產(chǎn)出的是液態(tài)爐渣，而從液態(tài)爐渣中還原 ZnO 比較困難，要求較強(qiáng)的還原氣氛和較高的溫度，如圖 3-18 中的、線所示。 隨著渣中 ZnO 活度的降低，要求 PCO2/PCO 越來(lái)越小，溫度越來(lái)越高。在鼓風(fēng)爐煉鋅時(shí)，不希望渣中的 FeO 還原成 Fe，因?yàn)?Fe 的存在會(huì)給操作帶來(lái)困難。通常鼓風(fēng)爐渣中 FeO 的活度為 0.4 左右，此時(shí) FeO 還原的平衡反應(yīng)曲線為圖 3-18 中的d 線。只有爐內(nèi)氣相組成在

41、 d 線以下時(shí)，渣中 FeO 才不被還原。因此爐內(nèi)氣氛應(yīng)控制在 I 線和 d 線所包圍的區(qū)域內(nèi)。由于采取低還原性氣氛，所以渣含鋅比較高，這是鼓風(fēng)爐煉鋅不可避免的缺點(diǎn)。3. 鋅蒸氣的冷凝 ZnO + CO = Zn(g) + CO2 為吸熱反應(yīng)，所以當(dāng)爐氣中溫度下降時(shí)，CO2 將使產(chǎn)出的鋅蒸氣再氧化成 ZnO，并包裹在鋅液滴的表面，形成藍(lán)粉，降低冷凝效率。為了防止氧化反應(yīng)的發(fā)生，盡可能在高溫下直接將鋅蒸氣導(dǎo)入冷凝器內(nèi)，使之急冷。如圖 3-18 中的左上部所示。鼓風(fēng)爐煉鋅得到的爐氣組成與蒸餾法大不相同，產(chǎn)出的爐氣 CO 和 Zn 蒸氣濃度低，CO2 濃度高。此時(shí)用蒸餾法采用的鋅雨冷凝法冷卻，得不到

42、液態(tài)鋅。因此生產(chǎn)中采用高溫密閉爐頂和鉛雨冷凝的方法。利用鉛雨冷凝時(shí)，利用鋅在液體鉛中有一定的溶解度，降低冷凝下來(lái)的鋅的活度，從而保護(hù)鋅不被爐氣中的 CO2 所氧化。3.3.3 火法煉鋅的生產(chǎn)實(shí)踐火法煉鋅的生產(chǎn)實(shí)踐由硫化鋅礦直接煉鋅雖有可能，如：ZnS + Fe = Zn + FeS但在工業(yè)上還沒(méi)有應(yīng)用，因?yàn)檫€原硫化鋅實(shí)際上在 12001300才開(kāi)始，而此時(shí)精礦已熔化。氧化鋅則較易還原，為此硫化礦精礦首先焙燒成氧化鋅。焙燒礦與碳質(zhì)還原劑混合裝入密閉器皿加熱到 1100左右時(shí)，鋅被還原出來(lái)，然后引入到冷凝器內(nèi)冷凝為液體鋅。 火法煉鋅有鼓風(fēng)爐、豎罐、平罐和電爐煉鋅等方法。3.3.3.1 平罐煉鋅圖圖

43、3-3 平罐煉鋅裝置平罐煉鋅裝置昆明冶金高等?？茖W(xué)校 09 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)16平罐煉鋅是 20 世紀(jì)初采用的主要的煉鋅方法。其裝置如圖 3-19 所示。平罐煉鋅時(shí)一座蒸餾爐約有 300 個(gè)罐，生產(chǎn)周期為 24 小時(shí)，每罐一周期生產(chǎn)2030kg，殘?jiān)泻\約 510%，鋅回收率只有 8090%。平罐煉鋅的生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單，基建投資少，但由于罐體容積少，生產(chǎn)能力低，難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化和機(jī)械化生產(chǎn)。而且燃料及耐火材料的消耗大，鋅的回收率還很低，所以目前已基本淘汰。3.3.3.2 豎罐煉鋅豎罐煉鋅的原料是從罐頂加入，殘?jiān)鼜墓薜着懦觯€原產(chǎn)出的爐氣與爐料逆向運(yùn)動(dòng)，從上沿部進(jìn)入冷凝器。離開(kāi)爐子上沿部的爐氣的組分為

44、Zn40%、CO45%、H28%、N27%、幾乎不含 CO2。在冷凝器內(nèi)，鋅蒸氣被鋅雨急劇冷卻成為液態(tài)鋅，冷凝器冷凝效率為 95%左右。工藝流程如圖 6-4 所示圖圖 3-4 豎罐煉鋅工藝流豎罐煉鋅工藝流3.3.3.3 豎罐煉鋅豎罐煉鋅是 20 世紀(jì) 30 年代應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，經(jīng)歷了 70 多年，已基本淘汰，但目前在昆明冶金高等?？茖W(xué)校 09 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)17我國(guó)的鋅生產(chǎn)仍占一定的地位。它的生產(chǎn)過(guò)程包括焙燒、制團(tuán)、焦結(jié)、蒸餾和冷凝 5 個(gè)部分。豎罐煉鋅具有連續(xù)性作業(yè)，生產(chǎn)率、金屬回收率、機(jī)械化程度都很高的優(yōu)點(diǎn)，但存在制團(tuán)過(guò)程復(fù)雜、消耗昂貴的碳化硅耐火材料等不足。3.3.3.4 電爐煉鋅電爐煉鋅

45、的特點(diǎn)是直接加熱爐料的方法，得到鋅蒸氣和熔體產(chǎn)物，如冰銅、熔鉛和熔渣等。此法可處理多金屬鋅精礦、鋅的回收率約為 90%;電耗為 30003600KWh/t(Zn)電爐煉心所的為粗鋅，一般為 5 號(hào)或 4 號(hào)鋅，由于本身工藝的工藝特點(diǎn)，電爐煉鋅對(duì)鋅精礦要求如下：（1）含鋅品位高，要求鋅精礦含鋅品位在 50%以上，如果品位太低，相對(duì)地其他雜質(zhì)含量就會(huì)高，將會(huì)影響冶金熔煉過(guò)程中的技術(shù)條件的掌握和各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。（2）雜質(zhì)鉛、鐵、砷、氟等含量要低，在電爐煉鋅的第一步工序（即焙燒）雖然能夠比較有效地脫除鉛、鎘等雜質(zhì)，但畢竟有一定的限度。砷、氟的含量過(guò)高勢(shì)必增加了制酸系統(tǒng)的正常運(yùn)行，鐵的含量過(guò)高一

46、方面降低了鋅品位，另一方面在還原熔煉過(guò)程中，大量的鐵被還原，造成爐底沉鐵，而且往往由于熔體鐵含量過(guò)高，熔體導(dǎo)電性強(qiáng)，操作電流難以控制，造成熔煉困難。（3）水分。鋅精礦水分含量不能過(guò)高，否則，不但給運(yùn)輸及沸騰焙燒工藝爐料準(zhǔn)備系統(tǒng)造成了很大的麻煩。而且會(huì)影響焙燒溫度的穩(wěn)定。造成 焙燒礦質(zhì)量下降，一般要求在夏季水分不大于 10%、在冬季不大于 8%。在實(shí)踐操作中一般控制在 7%左右為宜。3.3.3.5 密閉鼓風(fēng)爐煉鋅鉛鋅密閉鼓風(fēng)爐熔煉法-又稱帝國(guó)熔煉法 (ISP 法) 煉鋅的工藝流程如圖 3-5 所示。圖 3-5 為 ISP 法設(shè)備流程圖。昆明冶金高等專科學(xué)校 09 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)18溫度400450

47、500540560600650Zn(%)1.432.173.074.04.65.98.3鉛液入 440，Zn2.02%；出 560570，Zn2.26%；循環(huán)鉛量 QPb，產(chǎn)鋅量 QZn， QPb /QZn =417 倍鉛雨冷凝法的特點(diǎn): 鉛的熔點(diǎn)低，在操作溫度下（550）蒸氣壓低 ；鉛對(duì)鋅的溶解度隨溫度變化大；鉛的熱容量大，便于急冷。 鼓風(fēng)爐煉鋅對(duì)物料適應(yīng)性大，可處理成份復(fù)雜的鉛鋅礦以及各種鉛鋅氧化物殘?jiān)椭虚g物料，而且熱效率高，生產(chǎn)成本低。但存在 SO2、鉛蒸氣和粉塵對(duì)環(huán)境污染問(wèn)題3.4 煉鋅電爐的基礎(chǔ)理論煉鋅電爐的基礎(chǔ)理論3.4.1 電熱轉(zhuǎn)化與分配電熱轉(zhuǎn)化與分配電能通過(guò)爐用變壓器，經(jīng)電極

48、輸入煉鋅電爐，電極插在熔融爐渣中。電能以下列兩種方式轉(zhuǎn)化成熱能。3.4.1.1 電弧方式電弧方式就是由電極與熔渣交界面上形成微電弧放電而轉(zhuǎn)換成人能的方式，該方式是依靠插入熔渣中的電極發(fā)射的熱電子沖擊電極周圍的爐渣，電子動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。而且在電子壓的作用下，將熔融爐渣拍開(kāi)，于是在電極與熔渣接觸面之間形成許多分散的氣隙，電流通過(guò)氣隙形成眾多的微電弧放電，而使部分電能轉(zhuǎn)化為人能。3.4.1.2 電阻方式電阻方式就是電流通過(guò)熔渣時(shí)，因熔渣本身電阻的作用，使分電能轉(zhuǎn)化成熱能。其數(shù)量關(guān)系服從焦耳-楞次定律 電能在電弧部分和渣層電阻部分的分配、通常隨電極插入熔池的深度而異。故通常用改變電極插入熔池深度來(lái)調(diào)

49、節(jié)。在其他條件相同時(shí)電能分配到電弧部分的比例，隨電極插入熔池深度的增加而降低，分配到渣層電阻部分的比例則電極插入熔池的深度的增加而加大。 電極插入深度應(yīng)適當(dāng)。如果電極插的過(guò)深會(huì)引起爐渣激烈翻騰，再遇上冷料或含水分較高的爐料時(shí)，冷爐料和過(guò)熱渣混在一起，使得反應(yīng)的氣體產(chǎn)物不易排除，容易產(chǎn)生泡沫渣。而且電流增高。反之。若電極插的過(guò)淺會(huì)使電弧拉長(zhǎng)，造成渣面溫度和煙氣溫度升高、熔池底部溫度降低，給放渣造成困難。對(duì)造作不利，熱效率降低，電耗增加。對(duì)煉鋅電爐，通常電極插入的深度約為渣層厚度的 1/32/5.3.4.2 熔池溫度場(chǎng)和熔渣的運(yùn)動(dòng)熔池溫度場(chǎng)和熔渣的運(yùn)動(dòng)昆明冶金高等?？茖W(xué)校 09 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)19圖

50、 36 熔池的溫度場(chǎng)（帶數(shù)字曲線是渣層內(nèi)的等溫曲線） 由于電場(chǎng)的不均勻性，電熱功率密度的差異帶來(lái)熔池內(nèi)溫度分布的不均勻性。熔池內(nèi)電極附近的溫度最高。離電極越遠(yuǎn)，溫度越低。使接近電極表面的爐渣強(qiáng)烈過(guò)熱，爐渣密度降低，從而上浮至熔池表面，并沿熔池表面的上層向西周流動(dòng)。在流動(dòng)過(guò)程中當(dāng)與料堆下部相遇時(shí)，便將部分熱量傳遞給爐料，使之溶化，此時(shí)形成熔體溫度較低，密度較大，于是下沉在爐渣下層向電極方向移動(dòng)，回流電極周圍，又重新被過(guò)熱而上浮。對(duì)于煉鋅電爐，熔煉的性質(zhì)是還原揮發(fā)熔煉，還原出來(lái)的鋅呈氣態(tài)熔融體的激烈移動(dòng)有利于鋅蒸汽的擴(kuò)散和逸出。再則，煉鋅的原料問(wèn)鋅焙燒礦或鋅氧化礦其中硫含量很少，一般不會(huì)形成金屬硫

51、化物的冰銅層，煉鋅原料含鉛很低，在還原熔煉過(guò)程中絕大部分鉛也呈氣態(tài)進(jìn)入產(chǎn)品和藍(lán)粉，很少的鉛進(jìn)入渣中。3.4.3 熔池內(nèi)的熱交換熔池內(nèi)的熱交換高溫熔融爐渣在流動(dòng)過(guò)程中與浮于渣層的固體料坡相遇時(shí)，熔融爐渣以對(duì)流換熱方式將熱能傳給料坡表面的固體爐料，使之熔化并過(guò)熱，發(fā)生還原反應(yīng)形成還原熔融產(chǎn)物和新的爐渣。在熔池垂直方向上，爐渣上層對(duì)下層的傳熱方式對(duì)于銅鎳熔煉爐而言，主要是傳導(dǎo)。锍層上部到底部的傳熱，由于锍層處于相當(dāng)平靜的狀態(tài)，因此幾乎的單一的傳導(dǎo)方式。對(duì)于煉鋅還原揮發(fā)熔煉電爐來(lái)睡，由于熔池中熔體的垂直方向運(yùn)動(dòng)較為激烈，其傳熱方式主要是對(duì)流，這樣可避免或減少金屬鐵的沉積。至于底部的金屬鐵層與其上部渣層

52、之間的垂直方向運(yùn)動(dòng)畢竟不甚激烈。其間的傳熱方式既有對(duì)流又有傳導(dǎo)。其傳導(dǎo)熱仍符合上式的描述。3.5 電爐煉鋅工藝流程電爐煉鋅工藝流程 電爐煉鋅工藝包括爐料準(zhǔn)備和配料、電爐本體，電極系統(tǒng)，一冷、二冷及出渣系統(tǒng)。 3.5.1 爐料的準(zhǔn)備系統(tǒng)爐料的準(zhǔn)備系統(tǒng) 3.5.1.1 工藝簡(jiǎn)述 由本廠焙燒車間產(chǎn)出的合格焙砂，按級(jí)堆放在焙砂酷內(nèi)，取樣做全分析，供配料使用。準(zhǔn)備好冶金焦炭和溶劑石灰，將準(zhǔn)備好的原料和輔助材料按照一定的配比經(jīng)計(jì)算配料及混料均勻，并由提升裝置運(yùn)送至爐上部爐料料倉(cāng)，由下部螺旋給料機(jī)供電爐加料之用，本工序的基本任務(wù)就是為電爐提供化學(xué)成分合理、穩(wěn)定、粒度合格、水分為 0.5%1.0%的爐料。3.

53、5.1.2 原料及輔助材料的要求昆明冶金高等專科學(xué)校 09 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)203.5.1.3 主要設(shè)備（1）干燥設(shè)備。電爐對(duì)爐料的水分要求比較嚴(yán)格。一般情況下，在產(chǎn)出，運(yùn)輸，貯存過(guò)程中各種原料和輔助材料帶人水分是必然的，因此需要干燥。石灰和石英砂只要把好運(yùn)輸和貯存關(guān)，也可以不需干燥。但是焦炭是人造固體燃料，其空隙率可達(dá) 45%左右，熾熱的焦炭是通過(guò)噴水直接冷卻的，所以焦炭的水含量較高。一般水含量在 5%10%，有時(shí)竟達(dá) 20%以上，因此焦炭必須經(jīng)過(guò)干燥才能用。（2）混料設(shè)備。混料多采用人工方法，也有的采用回轉(zhuǎn)式攪拌機(jī)（3）破碎及過(guò)篩設(shè)備。石灰、石英、塊狀焦炭均需專用設(shè)備破碎過(guò)篩，是粒度符合要求（

54、4）提升設(shè)備。準(zhǔn)備好的爐料裝入料車，有提升裝置提至爐頂料倉(cāng)，供電爐用。此外，還有計(jì)量設(shè)備、通風(fēng)防塵設(shè)備等。3.5.2 電爐本體系統(tǒng)電爐本體系統(tǒng)電爐本體系統(tǒng)主要由爐體、爐墩，加料等系統(tǒng)組成3.5.2.1 工藝簡(jiǎn)述準(zhǔn)備好的爐料儲(chǔ)存在錐部沒(méi)有螺旋給料機(jī)的料倉(cāng)內(nèi)，有 螺旋機(jī)將爐料送入爐內(nèi)，還原出來(lái)的鋅蒸汽隨爐氣一氣經(jīng)爐氣出口進(jìn)入冷凝系統(tǒng)。熔渣由放渣口定時(shí)放出。電爐的爐型有圓形和矩形兩種，圓形爐其電極排列在同心圓周上呈等邊三角形。矩形爐的電極呈直線排列。爐料均從爐頂?shù)闹苓吇蛩倪叺难b料口裝入。3.5.2.2 主要設(shè)備設(shè)備主要由煉鋅電爐、旋轉(zhuǎn)加料機(jī)等3.5.3 電極系統(tǒng)電極系統(tǒng)電極通過(guò)短網(wǎng)將電爐同外部電源連

55、接起來(lái)。電源系統(tǒng)要承擔(dān)電極的升降，電極夾持裝置、電極中心的調(diào)整等。電極系統(tǒng)包括立柱平臺(tái)、立柱、立柱連接架及鋼絲繩滑輪組、滑車架、電極升降臂、電極升降傳動(dòng)裝置、夾緊氣動(dòng)裝置等。電極升降臂的上下限位由上下兩個(gè)行程開(kāi)關(guān)控制，確保電極行程為 1.21.4m。立柱上裝有導(dǎo)軌，供滑車上下滑動(dòng)。達(dá)到電極升降之目的，立柱可以轉(zhuǎn)動(dòng)，供調(diào)整電極中心位置。滑車架上的走輪由一個(gè)偏心軸天調(diào)整它與導(dǎo)軌之間的間隙。昆明冶金高等專科學(xué)校 09 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)21圖 37 電極升降原理示意圖3.5.4 渣系統(tǒng)渣系統(tǒng)電爐內(nèi)的熔渣由放渣口放出（每日放一次），經(jīng)兩段高溫渣槽后，流至水淬渣槽。熔渣經(jīng)水淬渣池。水淬渣池分為沉降池和循環(huán)池兩

56、種。水淬后的渣睡混合物首先流至沉降池，渣在池中沉降下來(lái)，上清水流至循環(huán)池后由循環(huán)水泵送至水淬渣槽，沉降池的沉渣由人工鏟出運(yùn)至渣場(chǎng)。根據(jù)冶煉情況，決定是否更換底渣，或者停爐時(shí)放底渣，底渣放至由河沙鋪成厚度為400500mm 的底渣池。放出后可向渣面噴灑水降溫，便于打開(kāi)便于裝運(yùn)。3.5.5 冷卻循環(huán)系統(tǒng)冷卻循環(huán)系統(tǒng)除上述的沖渣水，洗滌水閉路循環(huán)外，煉鋅電爐還有及處用冷卻水：（1） 飛濺式冷卻器（一冷）冷卻鋅液的 U 形管冷卻用水。（2） 一冷的底側(cè)、端部冷卻水套用水。（3） 轉(zhuǎn)子軸承座冷卻水套用水。（4） 電極系統(tǒng)的到點(diǎn)管冷卻水。圖 38 冷卻水循環(huán)流程圖昆明冶金高等?？茖W(xué)校 09 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)2

57、24 電爐鋅的精煉電爐鋅的精煉4.1 概述概述電爐煉鋅產(chǎn)出的粗鋅，一般為五號(hào)鋅，其純度為 98.7%，當(dāng)然焙砂質(zhì)量好，電爐鋅也可達(dá)四號(hào)鋅（Zn99.5%）其雜志主要有鉛、鎘、鐵、砷、銻等。這些雜質(zhì)含量依據(jù)焙砂中雜質(zhì)含量和操作過(guò)程的情況而異。鋅中含有較多的雜質(zhì)，就嚴(yán)重的影響鋅的質(zhì)量，使粗鋅在某些工業(yè)上不能獲得應(yīng)用。比如，鉛和其他雜質(zhì)含量較高時(shí)，就不適合于制造進(jìn)行熱壓加工的黃銅；錫含量超過(guò) 0.01%時(shí)，忽悠不要能用于壓片，鎘含量超過(guò) 0.02%時(shí)，使間接法生產(chǎn)的氧化鋅顏色白度變差，且不適用于醫(yī)療和化妝用品，作為鍍鋅用的鋅，為了提高鍍鋅件的抗蝕性，對(duì)其中雜質(zhì)的含量也有一定的要求。因此，為了滿足某些

58、工業(yè)對(duì)心質(zhì)量的要求，不適用的鋅必須進(jìn)一步進(jìn)行精煉。精煉的方法有：熔析法、重蒸餾法、真空蒸餾法和精餾法，目前多用精餾法，而熔析法僅用作精餾法的輔助過(guò)程。精餾法的特點(diǎn)：（1） 可制的鋅含量為 99.99%99.998%的高純鋅。（2） 可富集原料中的鉛、鎘、銦、鍺等金屬，有利于綜合回收。（3） 可用于生產(chǎn)規(guī)模為 1000100000t/a的工廠。（4） 對(duì)原料適應(yīng)性大。（5） 需要用一些高級(jí)耐火材料（碳化硅制品） 。（6） 塔體設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，筑爐和生產(chǎn)操作要求較嚴(yán)。精餾法大約是與豎罐煉鋅同一時(shí)期發(fā)展起來(lái)的。由美國(guó)澤西公司首創(chuàng)，因此又稱為新澤西精餾法。20 世紀(jì) 30 年代后來(lái)，世界各國(guó)凡有火法煉鋅

59、工廠的國(guó)家，幾乎先后都建立了這種裝置。我國(guó)的精餾法技術(shù)是葫蘆島鋅廠于 1957 年由波蘭引進(jìn)的以后多家煉鋅廠相繼推廣應(yīng)用。表 41 火法煉鋅產(chǎn)出鋅的化學(xué)成分（%）昆明冶金高等?？茖W(xué)校 09 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)23表 42 工業(yè)陰鋅牌號(hào)及去組成4.2 熔析法精煉熔析法精煉在熔融狀態(tài)下，鉛鋅能相互部分溶解，熔體分層，上層為含少量鉛的鋅，下層為含少量鋅的鉛。 從圖中可以看到，隨著溫度的降低，鋅和鉛的分離比較完全。在 418，鋅含鉛 0.9%，鉛含鋅 2%。當(dāng)含鐵的粗鋅冷卻時(shí)，化合物 FeZn7 進(jìn)行結(jié)晶。析出的 FeZn7 結(jié)晶因?yàn)檩^重，沉于鋅熔池下面，形成糊狀結(jié)晶，稱作硬鋅。熔析法精煉鋅可得含鋅約 99

60、%的精煉鋅。鋅的回收率僅為 90%。熔析法僅能除去鋅中的鉛和鐵。圖 6-6 為 PbZn 系和 FeZn 系狀態(tài)圖FeZn7熔析精煉在反射爐或榕析鍋內(nèi)進(jìn)行，一般周期 2448h，控制溫度在 430450；除了表面少量浮渣外，熔池分上、中、下 3 層，上層：熔析精煉鋅，Zn99%,Pb0.91%，F(xiàn)e0.020.03%；中層：由鐵和鋅化合物組成；下層：鉛鋅合金熔體，含 Zn56%；昆明冶金高等專科學(xué)校 09 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)244.3 精餾法精煉精餾法精煉為了較完全地除去鋅中的雜質(zhì)，獲得很純的鋅，最好采用精餾法精煉鋅。精餾設(shè)備是連續(xù)作業(yè)的精餾塔，包括鉛塔和鎘塔。鉛塔是用來(lái)分離沸點(diǎn)較高的 Pb、Cu、