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氧化锌火法冶金技术_

氧化锌火法冶金技术

发布时间:2020-03-28


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。
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