【文章內(nèi)容簡介】 nd 鋅廠首先工業(yè)化應(yīng)用，它能實現(xiàn)設(shè)備的大型化和消除火法冶金的有些缺陷，有利于環(huán)境保護(hù)， 1960 年后得到迅速發(fā)展和應(yīng)用。 濕法煉鋅由焙燒、浸出、凈化和電積四個工序組成。在 20世紀(jì) 60年代以前，濕法煉鋅廠都是采用簡單的浸出流程，一部分鋅損失在浸出渣中，鋅的直接回收率 只有 80%左右，因此需設(shè)置渣處理設(shè)備，以回收渣中的鋅。自 濕法煉鋅本質(zhì)是用稀硫酸（即廢電解液）浸出焙燒礦中的鋅，鋅進(jìn)入溶液后再以電解法從溶液沉積出來。當(dāng)浸出焙燒礦時鋅按下列反應(yīng)溶入溶液中： ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O 60年代末以來，高酸高溫浸出法以及各種沉鐵方法（黃鉀鐵礬法和針鐵礦法等）投入工業(yè)生產(chǎn)以來，有效地解決了浸出渣的處理，整個流程鋅的回收率最高可達(dá) 98%。在焙燒、浸出和電積車間實現(xiàn)了設(shè)備的大型化、機(jī)械化和自動化，明顯地減輕了勞動強(qiáng)度，提高了勞動生產(chǎn)率。濕法煉鋅能綜合回收十多種有價元 素。對環(huán)境的影響小，可以產(chǎn)出高品位鋅。目前世界鋅總產(chǎn)量的 80%以上是由濕法煉鋅技術(shù)產(chǎn)出的。 火法流程與濕法流程的選擇論證 重慶科技學(xué) 院課程設(shè)計 5 濕法煉鋅最早于 1916 年投入生產(chǎn)，由于它具有生產(chǎn)規(guī)模大、能耗低、勞動條件好、易于實現(xiàn)機(jī)械化和自動化等優(yōu)點(diǎn)而得到迅速發(fā)展。在此過程中，它經(jīng)歷了回轉(zhuǎn)窯火法處理浸出渣和用熱酸浸出處理浸出渣的兩種工藝流程的發(fā)展變化，使?jié)穹掍\更趨完善。在工業(yè)上濕法煉鋅工藝種類繁多，主要有：硫化鋅精礦焙燒一常壓酸浸工藝；硫化鋅精礦加壓直接酸浸工藝及氧化鋅精礦直接酸浸工藝等。在 60年代以前中性酸浸 渣通常采用火法熔煉處理，一般根據(jù)渣中鉛、鋅及其他有價金屬含量和各自的條件采用不同的方式處理。其中主要有：回轉(zhuǎn)窯還原揮發(fā)，用作密閉鼓風(fēng)爐煉鋅及煉鉛的烷結(jié)配料；也有的將其烷結(jié)脫硫后用電爐蒸鋅或浸出渣硫酸化焙燒等。 60 年代以后由于濕法煉鋅渣處理技術(shù)的進(jìn)步，克服了火法處理浸出渣工藝能耗高、流程長、貴金屬回收率低等缺點(diǎn)。濕法煉鋅與火法煉鋅相比濕法煉鋅可直接得到很純的鋅，因而具有產(chǎn)品質(zhì)量好 (含鋅99． 99％ )；鋅冶煉回收率高 (97％一 98％ )、伴生金屬回收效果好，以及易于實現(xiàn)機(jī)械化自動化和易于控制環(huán)境影響等優(yōu)點(diǎn)。不象 火法蒸餾煉鋅大多還須精煉。該法操作所需勞動力較少，勞動條件也較好，但電能消耗也大。 焙燒工段工藝選擇流程論證 焙燒是用蒸餾法、鼓風(fēng)爐法、電熱法或電解法從硫化鋅精礦中煉得鋅的第一步冶金過程。對于金屬鋅的生產(chǎn)，由于 ZnS 不能被廉價的、工業(yè)上最廣泛應(yīng)用的碳質(zhì)還原劑還原，也不容易被廉價的、在浸出 電積濕法煉鋅生產(chǎn)流程中可以再生的硫酸的水溶液（廢電解液）浸出，因此對硫化鋅精礦浸出是很必要的。在氧化鋅氣氛下，將 ZnS 轉(zhuǎn)化為ZnO ，以便下一步被浸出。在焙燒過程 中脫去的硫形成 SO2 進(jìn)入煙氣，用于生產(chǎn)硫酸。這種硫化物焙燒所得的產(chǎn)物中的主金屬化合物形態(tài)是氧化物的焙燒過程稱為氧化焙燒。硫化鋅精礦的焙燒是典型的氧化焙燒過程。鋅精礦焙燒的目的： （ 1）將精礦中的 ZnS 盡量氧化變成 ZnO ，同時，也使精礦中的鉛、鎘、砷和銻等雜質(zhì)氧化變成易揮發(fā)的化合物或直接揮發(fā)而從精礦中分離。 （ 2）使精礦中的硫氧化變成 SO2 ，產(chǎn)出足夠的濃度的二氧化硫煙氣，以便制取硫酸。 近代煉鋅工廠鋅精礦粉狀焙燒所用方法有多層焙燒、懸浮焙燒和沸騰焙燒。燒結(jié)焙燒多采用直線型燒結(jié)機(jī)或回 轉(zhuǎn)窯。鼓風(fēng)爐煉鋅時燒結(jié)焙燒既為脫硫又為結(jié)塊；而蒸餾法煉鋅時燒結(jié)焙燒主要是為了達(dá)到死焙燒的目的。如橫罐煉鋅的焙燒可用直線型燒結(jié)機(jī)焙燒，所得燒結(jié)礦破碎至 1～ 5 毫米顆粒，適于蒸餾用。這樣顆粒的料具有較大孔隙度，可加速蒸餾過程，改進(jìn)蒸餾的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，如節(jié)省燃料消耗、提高鋅的實收率等。豎罐煉鋅的死燒礦不需要大顆粒，因此焙燒可不在直線型燒結(jié)機(jī)上進(jìn)行，只要達(dá)到死焙燒的目的就行。粉狀焙燒已達(dá)死焙燒就適于豎罐煉鋅用，如粉狀焙燒不能達(dá)死焙燒時，可在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進(jìn)行二次焙燒以除盡硫，同時也除去鉛和鎘 .火法煉鋅中平罐煉鋅在 20 世紀(jì)前重慶科技學(xué) 院課程設(shè)計 6 是唯一的煉鋅方法，是一種簡單而又落后的煉鋅方法，由于能耗高，生產(chǎn)率低，目前已基本淘汰。豎罐煉鋅和電熱煉鋅于 20 世紀(jì)初用于工業(yè)生產(chǎn)，在生產(chǎn)能力和連續(xù)化操作等方面比平罐優(yōu)越得多，但因煤耗、電耗大，現(xiàn)今世界只有個別廠家采用。 50年代出現(xiàn)的密閉鼓風(fēng)爐煉鋅，既能處理鉛鋅混合精礦及含鋅氧化物料，又能在同一座鼓風(fēng)爐中可生產(chǎn)鉛、鋅。目前該法鋅產(chǎn)量占世界鋅總產(chǎn)量的 14% 左右。 濕法煉鋅廠內(nèi)的焙燒也是氧化焙燒，但有部分硫酸鹽化焙燒。這樣做是為了使焙燒礦中形成少量硫酸鹽以補(bǔ)償電解與浸出循環(huán)系統(tǒng)中硫酸的損失。濕法煉鋅 對焙燒的要求是：盡可能完全地氧化金屬硫化物，并在焙燒礦中得到氧化物及少量硫酸鹽；使砷與銻氧化，并以揮發(fā)物狀態(tài)從精礦中除去；在焙燒時盡可能少地得到鐵酸鋅，因為鐵酸鋅不溶于稀硫酸溶液；得到 SO2濃度大的焙燒爐氣以制造硫酸；得到細(xì)小粒子狀的焙燒礦以利浸出的進(jìn)行。 本次設(shè)計為設(shè)計 ，而在火法煉鋅各種方法中，橫罐煉鋅早已淘汰，而豎罐煉鋅雖然在國外已經(jīng)淘汰，但在我國還是主要的煉鋅方法之一。我國對原有的豎罐煉鋅技術(shù)做了不斷的改進(jìn)：用鋅精礦高溫氧化流態(tài)化焙燒技術(shù)取代低溫流態(tài)化焙燒加帶式燒結(jié) 機(jī)兩段流程；簡化制團(tuán)工藝；豎罐大型化；實現(xiàn)了蒸餾過程連續(xù)化和全過程的機(jī)械化豎罐煉鋅具有對原料適應(yīng)性強(qiáng)、回收率較高等優(yōu)點(diǎn)，但由于在能源消耗、單罐生產(chǎn)能力和環(huán)保方面的劣勢，其發(fā)展?jié)摿Σ粫蟆? 密閉鼓風(fēng)爐煉鋅，對于本設(shè)計的硫化鋅精礦來說，物相并不復(fù)雜，沒有太多的復(fù)雜物料處理，所以其在難分選鉛鋅礦、復(fù)雜物料處理等優(yōu)勢方面沒有用武之地，而其固有缺點(diǎn)如返粉制備過程復(fù)雜等難以掩飾。 電熱煉鋅由于耗電，基本上只在電力充沛的建設(shè)小廠使用，對于年產(chǎn) 萬噸鋅廠來說很不合適。而濕法煉鋅有著環(huán)境衛(wèi)生，勞動條件好，金屬回收率 高，產(chǎn)品質(zhì)量高，易于實現(xiàn)大規(guī)模的連續(xù)化、自動化生產(chǎn)等許多優(yōu)點(diǎn)，歷經(jīng) 90 多年的發(fā)展，技術(shù)已趨完善，實現(xiàn)了生產(chǎn)的連續(xù)化，設(shè)備的大型化與高效化，綜合回收達(dá)到了較高水平。且我國新廠已經(jīng)基本采用濕法煉鋅建廠。 綜上所述，由于本設(shè)計為大型車間，年產(chǎn) 萬噸鋅，對大型化等各種要求嚴(yán)格，所以本次設(shè)計采用濕法煉鋅工藝。其工藝流程是硫化精礦 — 魯奇式爐沸騰焙燒 — 熱酸浸出（中性浸出底流送高溫高酸浸出后再進(jìn)行黃鉀鐵礬沉鐵） — 鋅粉 銻鹽法凈化 — 中酸中電流法電積沉積 —— 感應(yīng)電爐熔鑄鋅錠。具體各工段的工藝選擇將在下面敘述。 硫化鋅精礦的焙燒曾采用過反射爐、多膛爐、復(fù)式爐（多膛爐與反射爐的結(jié)合）、飄懸焙燒爐，目前則主要采用流態(tài)化焙燒爐。流態(tài)化技術(shù)最早于 1944 年首先用于硫鐵礦的焙燒，以后有色金屬工業(yè)中推廣，從上世紀(jì) 50 年代起迅速在煉鋅廠中得到推廣和應(yīng)用，成為當(dāng)前生產(chǎn)中的主要焙燒設(shè)備。沸騰焙燒爐在發(fā)展過程中出現(xiàn)了道爾型和魯奇型兩種爐型，下面是對兩種爐型的對比。 重慶科技學(xué) 院課程設(shè)計 7 （ 1）道爾型沸騰焙燒爐。早期的道爾型沸騰焙燒爐為直筒型，后期爐型略有變化，上部斷面稍有擴(kuò)大。風(fēng)嘴多為菌形，孔眼方向分為側(cè)孔 式或傾斜式。這種爐型使得物料速度變化不大，經(jīng)常出現(xiàn)焙燒不徹底，脫硫率不高等問題。我國在西北鉛鋅廠建成以前，鋅精礦焙燒爐基本類似于道爾爐，焙砂由溢流口排出，無底部放出口，側(cè)孔式風(fēng)嘴雖可防止焙砂漏入風(fēng)箱，但加工復(fù)雜，維修工作量大，更主要的缺點(diǎn)是加工精度差，阻力偏差大，能耗高。由于不設(shè)底部排料口，粗顆粒沉積在床層底部，不得不定期清理，影響了爐子的連續(xù)作業(yè)率。可見道爾型沸騰焙燒爐存在著許多嚴(yán)重的問題。 （ 2）魯奇型沸騰焙燒爐。新建鋅廠的沸騰爐多采用魯奇技術(shù)。魯奇爐的特點(diǎn)不僅在于提高了焙燒爐的空間高度，更主 要的是爐身上部面積顯著增大。上部直徑與沸騰床直徑之比為 ～ ，魯奇型爐上部結(jié)構(gòu)采用擴(kuò)大段，造成煙氣流速減慢和煙塵率降低，延長煙氣在爐內(nèi)的停留時間，煙氣中的煙塵得到從分焙燒，從而使煙塵中的含硫量達(dá)到要求，煙塵質(zhì)量得到保證。低的煙塵率相應(yīng)提高了焙砂部分的產(chǎn)出率，減少了收塵系統(tǒng)的負(fù)擔(dān) 魯奇爐沸騰層線速度比道爾爐大，處理能力較高，可達(dá) ～ 8177。 t/( ㎡178。 D)，較高的線速度也有利于防止結(jié)塊。高度的增加，上部面積的增加，可以防止由于下部線速度增大而導(dǎo)致煙塵率增加的趨勢，同時也可保證足夠的停留時間，以 提高煙塵質(zhì)量。由于該爐操作穩(wěn)定，且實現(xiàn)了大型化，即使對于一些大型生產(chǎn)廠也可以采用單臺爐生產(chǎn)，明顯地降低投資和生產(chǎn)成本。 魯奇沸騰焙燒爐之所以能發(fā)揮明顯的優(yōu)勢，其主要原因除爐型改進(jìn)外，還在于以加料方式直至焙砂的冷卻、運(yùn)輸、鍋爐結(jié)構(gòu)、收塵系統(tǒng)煙塵排放的密封方式都進(jìn)行了一系列的改進(jìn)。魯奇沸騰焙燒技術(shù)自 1964 年以來得到了廣泛的應(yīng)用，而且裝備水平越來越高。世界上最大的沸騰焙燒爐是澳大利亞里斯頓煉鋅廠的焙燒爐，其面積為 123 ㎡，由魯奇公司設(shè)計，自 1975 年投產(chǎn)以來一直很正常。 采用上部擴(kuò)大形流態(tài) 化爐，上部爐膛直徑與下部床層處直徑之比約為 ～ ，爐腹角一般為 20176?！?30176。 本設(shè)計的設(shè)計能力為年產(chǎn) 萬 t 金屬鋅，將是一座大型濕法煉鋅廠，處理原料主要是硫化鋅精礦，綜合上述理論和實際經(jīng)驗，從技術(shù)上先進(jìn)可靠，易于實現(xiàn)大型化、連續(xù)化、自動化，經(jīng)濟(jì)上降低投資和節(jié)約成本的角度上講，采用魯奇型沸騰爐具又生產(chǎn)率高，氧化速度快，不需要外加燃料，爐內(nèi)溫度均勻分布和易于調(diào)控及實現(xiàn)大型化、連續(xù)化、自動化等優(yōu)點(diǎn)，因此本設(shè)計采用魯奇型沸騰焙燒爐。 配套設(shè)備的選擇 鋅 冶金所用的精礦來自不同的礦山，為解決不同礦山精礦成分差異這一問題，要進(jìn)行配料，一般采用的配料方法有圓盤配料法和堆式配料法，由于圓盤配料不需要龐大的配料場地，且能夠靈活及時地改變配料比例，故本設(shè)計采用圓盤配料法。 重慶科技學(xué) 院課程設(shè)計 8 配料后的精礦一般含水在 8— 15%，雨季運(yùn)輸?shù)木V水分還會更高，精礦含水高時不能進(jìn)入沸騰焙燒。必須要對精礦進(jìn)行干燥，現(xiàn)在通用的干燥方法有：自然干燥法，鐵板干燥法，氣流干燥法，回轉(zhuǎn)窯干燥法。其中自然干燥法需要較大的場地，且速度慢，受天氣影響大，不適于本設(shè)計；鐵板干燥法熱 利用率低，勞動條件差；氣流干燥法的投資過多，且要較大的收塵設(shè)備，經(jīng)過比較，本設(shè)計采用回轉(zhuǎn)窯干燥法對精礦進(jìn)行干燥。干燥后的精礦通常在鼠式破碎機(jī)中進(jìn)行因此它還能起到混合作用。破碎后的精礦可在振式篩中篩分。本設(shè)計采用復(fù)式振式篩。 流化床焙燒爐有干式加料和漿式加料之分，漿式加料要求加料裝置耐磨、耐腐蝕，煙氣的收塵與制酸系統(tǒng)較為龐大，在應(yīng)用上受到限制。本設(shè)計采用干式加料。干式加料又有拋料機(jī)散式加料和前室管點(diǎn)式加料兩種。 本設(shè)計加料選用斜插加料管加料。 焙燒爐產(chǎn)出的焙砂，一部分由溢流放出口排出，一部分隨煙氣帶出，少量大顆粒焙砂由設(shè)置于底部的排料口排出。溢流排放口和爐氣出口帶出的焙砂比例主要取決于精礦的粒度、軟化點(diǎn)，爐子的線速度和焙燒溫度。由煙氣帶出的焙砂粒度較細(xì)，殘硫稍高，經(jīng)收集后與溢流口、底排料口焙砂一起作為合格產(chǎn)品。底部排料裝置是魯奇沸騰焙燒技術(shù)措施之一，雖然排出量少，但它卻防止了大顆粒的沉積，通過連續(xù)和間斷地排出塊狀物，有效地延長了爐期。 煙氣處理 為了回收煙氣中的余熱，焙燒爐煙氣出口直接與余熱鍋爐相連，生產(chǎn)的過 熱蒸氣可用于發(fā)電。該鍋爐為水平單通道鍋爐，對流室由過熱管束和蒸發(fā)管束組成，它們與輻射段間設(shè)有掃渣管以防止大量的高溫塵進(jìn)入過熱段和對流段，清灰方式為機(jī)械振打。為便于清灰和受熱膨脹，鍋爐采用懸吊式支撐。這種余熱鍋爐與垂直式舊式鍋爐相比具有改善煙塵的粘結(jié)狀況，易于清灰，阻力小，結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，漏風(fēng)率僅為 5%左右，受熱膨脹時管束不會產(chǎn)生過大應(yīng)力的優(yōu)點(diǎn)。 進(jìn)入余熱鍋爐的煙氣溫度約為 980℃排出煙氣溫度 350 ℃，煙塵在余熱鍋爐的沉降率均為 30%。余熱鍋爐排出的煙氣經(jīng)兩組高效旋風(fēng)收塵器除塵后再經(jīng)熱煙風(fēng)機(jī)送電收塵除塵，開爐時可 直接由熱煙風(fēng)機(jī)送開爐煙窗放空。為了保證電收塵出口煙氣的含塵量，設(shè)計應(yīng)比較重視粗收塵的效果。為了防止旋渦漏風(fēng)而影響收塵效率，煙灰的排放設(shè)置了溢流密封螺旋，料封高度可根據(jù)檔板調(diào)整，旋渦灰斗的負(fù)壓設(shè)置了報警器，隨時監(jiān)視溢流密封螺旋料封的可靠性。此外，為了改善車間的環(huán)境，所有熱料的排料管都采取了軟連接密封措施，有效地防止煙管和熱料溜管因膨脹而帶來的麻煩。 重慶科技學(xué) 院課程設(shè)計 9 3 技術(shù)條件與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（焙燒） 技術(shù)操作條件選擇 流態(tài)化床單位面積的鼓風(fēng)量表征了流態(tài)化層空 間的直線速度，它不僅影響流態(tài)化層的穩(wěn)定性，而且影響流態(tài)化