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1、鋅冶金學《有色重金屬冶金學》精品課程主講教師：魏昶陳為亮鄧志敢7火法煉鋅簡介7.1蒸餾煉鋅的理論基礎(chǔ)7.2密閉鼓風爐煉鋅7.3粗鋅火法精煉7.4煙化法處理含鋅物料7.5火法煉鋅新技術(shù)7火法煉鋅簡介火法煉鋅是將已死焙燒的礦與炭混合，在高溫（＞1000℃）下ZnO能被炭質(zhì)還原劑還原得到的鋅蒸氣，在幾乎不含CO2的氣體中冷凝得到液體金屬鋅的過程，其主要反應(yīng)為：ZnO(s)+CO(g)=Zn+CO2(g)CO2(g)+C(s)=2CO(g)總反應(yīng)為：ZnO(s)+C(s)=Zn+CO(g)火法煉鋅包括平罐煉鋅、豎罐煉
2、鋅、電爐煉鋅與密閉鼓風爐煉鋅（帝國熔煉法，簡稱ISP）。平罐煉鋅和豎罐煉鋅是間接加熱，電爐煉鋅為直接加熱但不產(chǎn)生燃燒氣體，密閉鼓風爐采用燃料直接加熱，能量利用率高，是目前主要的火法煉鋅設(shè)備。ISP適合冶煉鉛鋅混合礦，采用鉛雨冷凝器從含CO2高而含鋅低的爐氣中冷凝鋅，除得到金屬鋅外，還產(chǎn)出金屬鉛。7.1蒸餾煉鋅的理論基礎(chǔ)7.1.1ZnO還原的熱力學ZnO被炭還原的特點是產(chǎn)生鋅蒸氣，還原反應(yīng)為：ZnO被炭還原，實際上是被CO還原：還原所消耗的CO可由炭的氣化反應(yīng)來補充：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還原的熱力學對反應(yīng)ZnO(s)+CO(g)=Zn(g)+CO2(g)P總=PCO+PZn+PCO2，ZnO被還原時，Zn與O的原子個數(shù)相等，因此有：PZn=PCO+2PCO2則平衡常數(shù)為：lgK1=lg(PCO2·PZn)/PCo=-17315/T-3.51lgT+22.93聯(lián)解
4、以上兩式及K=P2CO/(aC·PCO2)=P2CO/PCO三個方程，可得：2P3CO+K2P2CO-K22K1=0在溫度為1100~1400K的范圍內(nèi)，計算出反應(yīng)的平衡常數(shù)K1、K2及PCO、PZn、PCO2和鋅的飽和蒸氣壓PZn°，并將PZn、PZn°及P總與溫度的關(guān)系曲線繪圖。7.1.1ZnO還原的熱力學7.1.1ZnO還原的熱力學由上圖可見，從1283K開始，PZn＞PZn°，鋅蒸汽應(yīng)冷凝為液體鋅，直到PZn＝P°Zn為止。當ZnO在920℃被炭還原時，還原產(chǎn)生的鋅蒸汽是未飽和的，因此不能得到液體鋅。
5、但當溫度升高且壓力增大時，還原反應(yīng)產(chǎn)生的鋅蒸汽壓力增加，到1280K時兩線相交，相交點PZn≈PZn°≈2×105Pa，P總≈3.5×105Pa。可見，ZnO用固體炭還原生產(chǎn)液體鋅的必要條件是溫度高于1280K，總壓大于350kPa。在ZnO被炭還原的同時，如果有另一種不揮發(fā)的金屬（如銅），而它又能溶解鋅形成液體合金，合金中鋅的活度小于1，則ZnO開始還原的溫度也可以降低。這是Cu-Zn礦直接還原生產(chǎn)黃銅的基礎(chǔ)。7.1.2其它鋅化合物的還原鋅焙砂中除了ZnO外，還有鐵酸鋅(ZnO·Fe2O3)、硅酸鋅(2Zn
6、O·SiO2)、硫化鋅(ZnS)及硫酸鋅(ZnSO4)等鋅化合物。1、鐵酸鋅存在于焙砂中的鐵酸鋅（ZnO·Fe2O3）在蒸餾過程可被CO按如下反應(yīng)還原為FeO：ZnO·Fe2O3+CO＝ZnO+2FeO+CO2ZnO·Fe2O3+3CO＝ZnO+2Fe+3CO2（＜900℃）ZnO+CO＝Zn+CO2，ZnO+Fe＝Zn+FeO鐵酸鋅也可以被金屬鐵還原：ZnO·Fe2O3+2Fe＝Zn+4FeO鐵酸鋅可以被很好地還原，焙燒形成鐵酸鋅對火法蒸餾煉鋅不是特別有害。7.1.2其它鋅化合物的還原2、硅酸鋅焙砂中的硅酸
7、鋅較氧化鋅和鐵酸鋅難還原，在加入石灰、Fe2O3后可以促使硅酸鋅分解，加速鋅的還原。3、硫化鋅和鋁酸鋅但焙砂中的ZnS和鋁酸鋅在蒸餾過程中不被還原而進入殘渣造成鋅的損失。4、硫酸鋅硫酸鋅在蒸餾過程中可以分解為ZnO和SO2，ZnO又可以被還原成鋅蒸汽，但SO2也被還原成元素S與鋅結(jié)合成ZnS造成鋅的損失。此外，硫酸鋅也可被C或CO還原成ZnS。因此，焙燒礦中的硫酸鹽中的硫會造成鋅損失在蒸餾殘渣中。7.1.3ZnO還原的動力學ZnO用炭還原由下列過程組成：（1）吸附在ZnO表面的CO還原ZnO；（2）在炭表面發(fā)
8、生的CO2被炭還原的反應(yīng)；（3）ZnO和炭兩固相表面之間氣體的擴散。在固體炭與ZnO表面間的氣體擴散是整個過程的控制過程。增大兩固體的表面積和縮短兩表面之間的距離，可以提高整個反應(yīng)的速度。應(yīng)用在平罐和豎罐煉鋅中，必須將原料與還原劑細磨，并很好地混合，增加蒸餾罐中氣流速度，有利于氣體擴散，從而加速過程的進行，所以保證爐料有良好的透氣性特別重要。7.1.4鋅蒸氣的冷凝鋅蒸氣的冷凝必須使鋅蒸氣溫度降到露點
