氧化锌火法冶金技术
日期：2020-03-28 03:11 来源：新润丰高新材料
一、金属浴熔融还原法
金属浴熔融还原法是近10年蓬勃发展起来的冶金新技术，其中含碳球团铁浴熔融还原法是非高炉炼铁中的主要研究工艺之一。金属浴熔融还原法，除具有氧化物(或含碳氧化物球团)快速还原，能量利用好等特点外，金属浴本身自带的大量显热，以及其良好的热传递能力，能快速补充氧化物还原所消耗的热量，促进氧化物的还原反应，这也是其特点之一。国外20世纪80年代末开展了利用铁或铁浴来还原挥发氧化锌的研究。日本伊藤聪、澳大利亚Rankin和加拿大Donald作了这方面的研究，这些都为金属浴熔融还原法处理氧化锌矿提供了依据和参考。由于氧化锌矿中都伴随着一定量的铅，当采用铁浴或铁熔点以上的温度处理时，这些铅基本全部挥发，使收集物产品质量大为降低，所以实现氧化锌矿中的锌、铅分离是得到高品位氧化锌粉的关键。采用铁浴熔融还原法对含铅量高的含锌铅粉尘处理后证实，收集物中ZnO含量仅70%，没有达到处理的效果，后采用废铝形成铝浴替代铁浴，实现氧化锌的熔融还原，收集物中ZnO含量达92.523%，初步实现了锌铅分离及粉尘处理。铝浴熔融还原法的特点：铝的熔化温度很低(660℃)，其传热能力很强，可在较低温度下选择还原温度，既达到氧化锌快速还原，而Pb又不挥发的目的。
（一）铁浴熔融还原法(下面简称“铁浴法”)
铁浴法处理氧化锌矿的原理类似铁氧化物铁浴还原的机理。铁浴法中氧化锌的还原方式多于其它火法工艺，而且氧化锌的还原是耗热过程，铁浴法的温度高，传热方式主要是传导传热，热传递速度快，并充分利用铁水的显热，所以铁浴法中氧化锌还原反应速度很快。铁浴法中氧化锌会发生以下反应：
(ZnO)+Cs＝Zn(g)+CO (1)
(ZnO)十CO＝Zn(g)+CO2 (2)
C+CO2＝2CO (3)
(ZnO)+[C]＝Zn(g)+CO (4)
C＝[C] (5)
(ZnO)+Fe＝Zn(g)+(FeO) (6)
式中Zn－代表熔渣中的氧化锌；
Cs－代表固体碳；
[C]－代表铁浴中饱和碳。
（二）铝浴熔融还原法(简称“铝浴法”)
铝浴法中氧化锌主要是以含碳球团的方式进行还原。对铝浴中纯氧化锌球团以及含碳氧化锌球团还原的研究结果表明：铝浴在1000～1250℃温度范围内基本不参与氧化锌的还原，有铝浴存在时含碳球团的还原速度快于无铝浴存在。由于氧化锌还原时强吸热反映，提高温度有利于还原，但提高温度也会提高铅的蒸汽压，加大船的挥发，导致铅及其氧化物进入收集物中，铝浴法就是针对这一特点，利用铝熔点低、传热能力强的特点，是氧化锌在低温下也能获得足够热量，从而既能达到快速还原，又能降低铅挥发的目的。
二、电炉法
电炉法是采用电炉冶炼，在电炉中还原氧化锌。电炉法要求氧化锌矿的锌品位很高，铅含量及其它杂质要非常低，入炉料为粉料，还原要求冶金焦，电炉处理法的原料条件要求严格，目前我国大部分氧化锌矿低品位难选氧化矿，这种原料条件很难再众多厂家实现。
三、韦氏炉法和回转窑法
韦氏炉法和回转窑法主要处理低品位难选矿物，原料条件不限，但由于经济效益的缘故，也要求原料中Zn含量大于15%。韦氏炉法和回转窑法的炉料在还原过程中基本保持原有形状，不能发生软化或熔化；冶炼温度低，反映多是气－固相反应，冶炼周期较长；冶炼的热量均来自煤燃烧，传热方式主要是对流传热，能力利用率低。电炉处理法的冶炼温度高，原料为粉料并快速熔化；反映有气－固相反应和液－气相反应等；冶炼的热量来自电能转化，传热方式主要是辐射传热，故要求反应封闭体内进行，能力利用率高。
金属浴熔融还原法是近10年蓬勃发展起来的冶金新技术，其中含碳球团铁浴熔融还原法是非高炉炼铁中的主要研究工艺之一。金属浴熔融还原法，除具有氧化物(或含碳氧化物球团)快速还原，能量利用好等特点外，金属浴本身自带的大量显热，以及其良好的热传递能力，能快速补充氧化物还原所消耗的热量，促进氧化物的还原反应，这也是其特点之一。国外20世纪80年代末开展了利用铁或铁浴来还原挥发氧化锌的研究。日本伊藤聪、澳大利亚Rankin和加拿大Donald作了这方面的研究，这些都为金属浴熔融还原法处理氧化锌矿提供了依据和参考。由于氧化锌矿中都伴随着一定量的铅，当采用铁浴或铁熔点以上的温度处理时，这些铅基本全部挥发，使收集物产品质量大为降低，所以实现氧化锌矿中的锌、铅分离是得到高品位氧化锌粉的关键。采用铁浴熔融还原法对含铅量高的含锌铅粉尘处理后证实，收集物中ZnO含量仅70%，没有达到处理的效果，后采用废铝形成铝浴替代铁浴，实现氧化锌的熔融还原，收集物中ZnO含量达92.523%，初步实现了锌铅分离及粉尘处理。铝浴熔融还原法的特点：铝的熔化温度很低(660℃)，其传热能力很强，可在较低温度下选择还原温度，既达到氧化锌快速还原，而Pb又不挥发的目的。
（一）铁浴熔融还原法(下面简称“铁浴法”)
铁浴法处理氧化锌矿的原理类似铁氧化物铁浴还原的机理。铁浴法中氧化锌的还原方式多于其它火法工艺，而且氧化锌的还原是耗热过程，铁浴法的温度高，传热方式主要是传导传热，热传递速度快，并充分利用铁水的显热，所以铁浴法中氧化锌还原反应速度很快。铁浴法中氧化锌会发生以下反应：
(ZnO)+Cs＝Zn(g)+CO (1)
(ZnO)十CO＝Zn(g)+CO2 (2)
C+CO2＝2CO (3)
(ZnO)+[C]＝Zn(g)+CO (4)
C＝[C] (5)
(ZnO)+Fe＝Zn(g)+(FeO) (6)
式中Zn－代表熔渣中的氧化锌；
Cs－代表固体碳；
[C]－代表铁浴中饱和碳。
（二）铝浴熔融还原法(简称“铝浴法”)
铝浴法中氧化锌主要是以含碳球团的方式进行还原。对铝浴中纯氧化锌球团以及含碳氧化锌球团还原的研究结果表明：铝浴在1000～1250℃温度范围内基本不参与氧化锌的还原，有铝浴存在时含碳球团的还原速度快于无铝浴存在。由于氧化锌还原时强吸热反映，提高温度有利于还原，但提高温度也会提高铅的蒸汽压，加大船的挥发，导致铅及其氧化物进入收集物中，铝浴法就是针对这一特点，利用铝熔点低、传热能力强的特点，是氧化锌在低温下也能获得足够热量，从而既能达到快速还原，又能降低铅挥发的目的。
二、电炉法
电炉法是采用电炉冶炼，在电炉中还原氧化锌。电炉法要求氧化锌矿的锌品位很高，铅含量及其它杂质要非常低，入炉料为粉料，还原要求冶金焦，电炉处理法的原料条件要求严格，目前我国大部分氧化锌矿低品位难选氧化矿，这种原料条件很难再众多厂家实现。
三、韦氏炉法和回转窑法
韦氏炉法和回转窑法主要处理低品位难选矿物，原料条件不限，但由于经济效益的缘故，也要求原料中Zn含量大于15%。韦氏炉法和回转窑法的炉料在还原过程中基本保持原有形状，不能发生软化或熔化；冶炼温度低，反映多是气－固相反应，冶炼周期较长；冶炼的热量均来自煤燃烧，传热方式主要是对流传热，能力利用率低。电炉处理法的冶炼温度高，原料为粉料并快速熔化；反映有气－固相反应和液－气相反应等；冶炼的热量来自电能转化，传热方式主要是辐射传热，故要求反应封闭体内进行，能力利用率高。
