本书叙述了硫化锌精矿焙烧-浸出-净化-电积锌和锌铅硫化精矿烧结焙烧-ISP鼓风炉熔炼-粗锌精馏精炼等过程的基本原理、生产设备和工艺技术条件与操作。此外，对竖罐炼锌和电热法炼锌也有专章介绍。2100433B

1 锌冶金的一般知识

1.1 锌的性质和用途

1.2 锌的矿物资源和炼锌原料

1.3 锌的生产方法

1.3.1 火法炼锌

1.3.2 湿法炼锌

2 硫化锌精矿的流态化焙烧

2.1 硫化锌精矿流态化焙烧的基本原理

2.1.1 硫化锌精矿焙烧的目的与要求

2.1.2 焙烧的固体流态化技术

2.1.3 硫化锌精矿焙烧的主要反应

2.1.4 硫化锌精矿伴生矿物在焙烧中的行为

2.1.5 硫化锌精矿焙烧的技术条件

2.2 硫化锌精矿流态化焙烧的工艺组成

2.2.1 炉料准备及加料系统

2.2.2 流态化炉本体系统

2.2.3 烟气冷却及收尘系统

2.2.4 排料系统

2.3 流态化焙烧炉及附属设备

2.3.1 流态化焙烧炉

2.3.2 气体分布板及风箱

2.3.3 流态化床层排热装置

2.3.4 排料口

2.3.5 烟气出口

2.3.6 炉体及炉顶

2.4 流态化焙烧炉的正常操作及事故处理

2.4.1 流态化焙烧炉的开炉与停炉

2.4.2 流态化焙烧炉的正常操作

2.4.3 流态化焙烧的生产故障及处理

2.5 锌精矿流态化焙烧的操作技术条件及技术经济指标

2.5.1 操作技术条件的控制

2.5.2 焙烧产物

2.5.3 技术经济指标

2.5.4 焙烧过程的热平衡与热能利用

3 湿法炼锌的浸出过程

3.1 锌焙烧矿的浸出目的与浸出工艺流程

3.1.1 锌焙烧矿浸出的目的

3.1.2 焙烧矿浸出的工艺流程

3.2 锌焙烧矿在浸出中发生的主要化学变化

3.2.1 金属氧化物的溶解与沉淀反应

3.2.2 Zn-H20系及M-H2O系电势-pH图的应用

3.2.3 影响浸出反应速度的因素

3.2.4 常规法浸出的一般操作及技术条件的控制

3.3 铁酸锌的溶解与中性浸出过程的沉铁反应

3.3.1 铁酸锌的溶解

3.3.2 中性浸出过程的沉铁反应

3.4 从含铁高的浸出液中沉铁

3.4.1 黄钾铁矾法

3.4.2 针铁矿法

3.4.3 赤铁矿法

3.5 氧化锌粉及含锌烟尘的浸出

3.5.1 氧化锌粉及含锌烟尘的来源与化学成分

3.5.2 氧化锌粉浸出前的预处理

3.5.3 氧化锌粉的浸出

3.6 氧化锌矿的直接浸出

3.6.1 氧化锌矿原料的特性

3.6.2 氧化锌矿直接酸浸过程中胶体的形成与控制

3.6.3 高硅氧化锌矿的处理方法

3.6.4 我国高硅氧化锌矿直接酸浸的生产实践

3.7 硫化锌精矿的氧压浸出

3.8 锌浸出生产用的主要设备

3.8.1 常用浸出设备

3.8.2 液固分离设备

3.9 锌浸出渣及其处理

3.9.1 锌浸出渣的组成及处理方法

3.9.2 回转窑烟化法处理浸出渣

3.9.3 矮鼓风炉处理湿法炼锌浸出渣

3.9.4 锌浸出渣送铅熔炼处理

4 硫酸锌浸出液的净化

4.1 浸出液成分及其净化方法

4.2 锌粉置换除铜、镉

4.2.1 置换法除铜、镉的基本反应

4.2.2 置换过程的影响因素

4.2.3 镉复溶及其避免镉复溶的措施

4.2.4 置换法除铜、镉的主要技术条件控制

4.3 锌粉置换除钴镍

4.3.1 砷盐净化法

4.3.2 锑盐净化法及合金锌粉法

4.4 有机试剂法除钴、镍

4.4.1 黄药除钴法

4.4.2 β-萘酚除钴法

4.5 除去氟氯及其他杂质的净化方法

4.5.1 除氯

4.5.2 除氟

4.5.3 除钙、镁

4.6 净化过程的主要设备

4.6.1 流态化净化槽

4.6.2 机械搅拌槽

4.6.3 尼龙管式过滤器

4.6.4 厢式压滤机

4.6.5 板框压滤机

4.6.6 净化过程的加热设备

4.7 净化过程的技术经济指标

5 硫酸锌溶液的电解沉积

5.1 锌电解液成分及锌电积生产过程

5.1.1 锌电解液

5.1.2 锌电积生产过程

5.2 锌电积过程的理论基础

5.2.1 阴极反应

5.2.2 阳极反应

5.2.3 电解液中的杂质在电积过程中的行为

5.3 锌电解车间的主要生产设备及布置

5.3.1 电解槽

5.3.2 阳极

5.3.3 阴极

5.3.4 电解液冷却设备

5.3.5 电解槽布置及电路连接

5.4 锌电解的正常操作

5.4.1 装出槽及槽上操作

5.4.2 剥锌

5.4.3 电解液的循环和冷却

5.4.4 酸雾的产生与电解车间的通风

5.4.5 锌电积过程的故障及处理

5.5 锌电解生产的主要技术条件与指标分析

5.5.1 电锌质量

5.5.2 电流密度与电流效率

5.5.3 槽电压与电能消耗

5.6 阴极锌熔铸

5.6.1 感应电炉的构造

5.6.2 阴极锌熔铸的生产过程

5.6.3 感应电炉熔铸锌的生产技术条件及其控制

5.6.4 锌合金的配制

6 鼓风炉炼锌

6.1 概述

6.2 铅锌硫化精矿的烧结焙烧

6.2.1 铅锌硫化精矿化学成分及其烧结焙烧的目的

6.2.2 铅锌硫化精矿在烧结焙烧过程中发生的物理化学变化

6.2.3 铅锌混合精矿烧结焙烧的生产实践

6.3 鼓风炉熔炼（ISP法）

6.3.1 鼓风炉炼锌生产工艺流程的叙述

6.3.2 鼓风炉炼锌炉内发生的物理化学变化

6.3.3 锌蒸气的冷凝

6.3.4 炼锌鼓风炉及主要附属设备的结构

6.3.5 鼓风炉炼锌的正常操作及故障处理

6.3.6 鼓风炉炼锌的主要技术条件及其控制

6.3.7 炼锌鼓风炉的产物

7 竖罐炼锌

7.1 竖罐炼锌的基本原理

7.1.1 概述

7.1.2 氧化锌还原反应和还原条件

7.1.3 锌焙烧矿中其他组分在蒸馏过程中的行为

7.2 竖罐炼锌的工艺流程

7.2.1 团矿的制备

7.2.2 团矿焦结

7.2.3 蒸馏与冷凝

7.3 竖罐蒸馏炉

7.3.1 竖罐

7.3.2 燃烧室和换热室

7.4 锌蒸气的冷凝

7.4.1 冷凝器

7.4.2 影响冷凝效率的因素

7.4.3 冷凝操作的要点

7.5 竖罐炼锌的主要操作及其技术条件控制

7.5.1 加料与排料操作

7.5.2 下延部送风

7.5.3 罐内压力控制

7.5.4 锌蒸气的冷凝与出锌

7.5.5 开炉升温与停炉

7.5.6 炉瘤的形成与处理方法

7.5.7 罐体损坏与热补

7.5.8 罐壁积铁

7.5.9 冷凝系统的积灰和清扫

7.5.10 冷凝系统的压力控制

7.5.11 蒸馏炉的热工调整

7.5.12 主要技术经济指标

8 电热法炼锌和电炉生产合金锌粉

8.1 电阻炉炼锌

8.2 矿热电炉炼锌

8.3 电炉生产合金锌粉

8.3.1 关于电炉生产锌粉的概述

8.3.2 电炉锌粉生产的工艺流程

8.3.3 对原料和主要辅助材料的质量要求

8.3.4 电炉生产合金锌粉的主要技术经济指标

9 粗锌精馏精炼

9.1 粗锌精馏的目的

9.1.1 概述

9.1.2 粗锌精馏的目的

9.2 精馏精炼的基本原理

9.2.1 锌及其他金属的蒸气压与温度的关系

9.2.2 利用Zn-Cd，Zn-Pb二元系相图分析粗锌精馏精炼过程

9.2.3 粗锌熔析精炼原理

9.3 精馏塔的构造

9.3.1 塔本体

9.3.2 燃烧室和换热室

9.3.3 冷凝器

9.3.4 熔化炉

9.3.5 加料器

9.3.6 下延部

9.3.7 熔析炉

9.3.8 纯锌槽

9.4 锌精馏的正常操作和技术条件控制

9.4.1 精馏工艺过程

9.4.2 锌精馏的正常操作及技术条件控制

9.4.3 精馏炉的开炉和停炉操作

在许多火法冶金过程中，矿物原料中的许多主金属往往以金属、合金或熔锍的形态产出，而其中的脉石成分及伴生的杂质金属则与熔剂一起熔合成一种主要成分为氧化物的熔体，即熔渣。熔渣是火法冶金的必然产物，其组成主要来自矿石、熔剂和燃料灰分中的造渣成分。由于火法冶金的原料和冶炼方法种类繁多，因而冶金熔渣的类型很多，是成分极为复杂的体系。但总的来说，熔渣主要是由各种氧化物组成的熔体，如CaO、FeO、MnO、MgO、Al₂O₃、SiPO₂、P2O₅、Fe₂O₃等，这些氧化物在不同的组成和温度条件下可以形成化合物、固溶体、溶液以及共晶体等。除了氧化物以外，熔渣还可能含有其他盐，甚至还夹带少量的金属，如氟化物(CaF₂)、氯化钠(NaCl)、硫化物(CaS、MnS、硫酸盐)等，这些盐有的来自原料，有的是作为助熔剂加入的。

熔渣中的上述氧化物单独存在时熔点都很高，冶金条件下不能熔化。例如SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO的熔点分别是：1713℃、2050℃、2570℃、2800℃。只有它们之间相互作用形成低熔点化合物，才能形成熔点较低的、具有良好流动性的熔渣。原料中加入熔剂的目的就是为了调整熔渣的酸碱性，形成冶金条件下能熔化并自由流动的低熔点熔渣。

尽管冶金熔渣成分极为复杂，但熔渣主要成分常由五、六种氧化物组成，通常是SiO₂、CaO、FeO、Al₂O₃、MgO等。熔渣中含量最多的氧化物通常只有三个，其总含量可达80%以上，所以对炉渣性质起决定性作用的一般是前三项。例如，大多数有色冶金熔渣的主要成分是SiO₂、FeO、CaO；高炉炼铁熔渣的主要成分是SiO₂、CaO、Al₂O₃；炼钢熔渣的主要成分是SiO₂、CaO、FeO。熔渣是金属提炼和精炼过程的重要产物之一。然而，不同的熔渣所起的作用是不完全一样的。

电冶金技术概述

电冶金技术也叫湿法冶金，以区别于采用火或电的火法熔炼技术。所谓湿法冶金，就是从电解液中电沉积出金属的过程，它是冶金工业部门提取金属的重要方法之一，同时也是提纯有色金属和制取贵重金属的主要方法。

电冶金与火法冶金比较，具有制品纯度高，并且能处理低品位矿石或复杂多金属矿的优点。电冶金技术的要点是将矿石经焙烧、粉碎等处理后，用酸(如盐酸、硫酸)或碱(如硫化碱，即硫化钠加氢氧化钠)、盐(如硫酸亚铁)等，将矿石中的金属盐进行溶解，再对这种含金属离子的电解液进行电沉积加工。这时采用的阳极是不溶性阳极，而从阴极上获取金属材料。当然在电解制取前还要对这种电解液进行提纯，将电位较正的异种金属离子先行取出，然后才进行所需金属的制取。

电冶金还用于对不纯有色金属的精炼。这时的阳极则是需要提纯的金属，如铜、镍等。通过电解加工后，从阴极上获得的是纯度很高的金属材料，其纯度通常可以达到99.99%以上。

金属的电解冶炼和精炼提纯，大部分都是在电解质的水溶液中进行的。用水溶液电解体系制取的金属已经达到30多种。主要有铜、锌、钴、镍、铁、铬、锰、镉、铅、锑、锡、铟、金、银等。其中电解精炼提取的有铜、镍、钻、锡、铅、汞、金、银、锑、铟等。

除了水溶性电解质，在金属的熔融盐中也可以电解冶金，并且是制取铝等重要现代工业材料的重要技术。

通过熔盐电解大规模生产的金属有铝、镁、钠、锂、钾、钙、锶、钡、铍、铀、钛等。这些材料在国民经济中的重要性早巳超过钢铁与铜、镍、锌等一样，成为重要的战略性金属材料。

电冶金技术应用

(1)铜的电解精炼

电解炼铜是工业上采用得最早的电化学方法之一，其应用也最广。因为火法制取的铜的杂质含量太高，不适合现代工业特别是电子工业对高纯度铜的需要。因此大部分(85%～90%)的铜的制取要通过电解法进行精炼。各种铜的组分如图1所示。

电解精炼铜的阴极沉积层尽管不需要像装饰性电镀那样平滑光亮，但也不能有树枝状或疏松的镀层。因此要适当添加表面活性剂等改善阴极电流分布，使镀层较为平整光滑。

电解精炼铜与其他电沉积铜的区别还在于它的规模是非常大的。为了提高生产效率和降低成本，电解精炼铜采用的是大规模生产方式。通常是上百个电解槽并联或者串联工作。所用的槽电压也比电镀高得多，约在16～18V。电流密度为200～260

铜的电冶金则是从铜矿石浸取的电解液中进行的。铜矿石的科类很多，如孔雀石、蓝铜矿、黑铜矿、硅孔雀石矿、赤铜矿、辉铜矿、斑铜矿、铜蓝矿和黄铜矿等。

氧化铜矿用硫酸溶解浸出；硫化矿石是用硫酸铁溶解；含有金属铜和氧化物的矿石可以用氨水溶液浸出；孔雀石、蓝铜矿和黑铜矿可以稀硫酸溶解；赤铜矿、辉铜矿和斑铜矿则用酸化的硫酸亚铁溶解；黄铜矿必须先在高温煅烧使之变成氧化铜，再用酸浸出，用湿法电冶炼；铜的电冶金所用的阳极为铅板。

(2)银的电解精炼

用电解精炼银几乎是提纯金属银的唯一方法。因为用这种方法制得的金属银，其纯度可达99.96%～99.99%。电解精炼银的电解液如图2所示。

由于银的电位很正，因此电解液中的其他金属杂质的影响不眵显。在槽电压为1.5V，电流效率为95%时，每吨银的电能消耗芫400kW·h。

电解银的阳极泥中含有金、铂等希贵金属，还可以再用来提炼这些贵金属。

(3)金的电解精炼

在电解铜时分离银、铜之后的阳极泥，精炼银以后的阳极泥中的金，由矿石冶炼中所提取的金以及废金饰等都可以用于金的精炼提纯。这些材料中除金外，尚夹杂着铜、铅、银、铂族金属杂质等。如果杂质金属含量超过15%，则要用化学法先提纯。作为阳极的金的含量不得低于90%。

金的化合物除了氯化物以外，溶解度都很低，而且还不稳定，因此都不适合作电解金的电解液。

电解金用的电解液是三氯化金加盐酸。加入盐酸的目的是为了增加电解液的电导，同时防止三氯化金的水解。

生成的一氧三氯络金酸按下式电离。

因此，在中性的氯化金溶液中，主要以一氧三氯络金酸的形式存在。这时如果以金属金为阳极进行电解，将不是阳极的金的电化学溶解，而是氧气的析出，结果使阳极容易钝化。

电解精炼金的电解槽比较小，一般只有20L，用陶瓷制作。电解液的配方如图3所示。

电解精炼出来的金的纯度可达99.98%一99.99%。

(4)锌的湿法冶金

锌是重要的最常用有色金属之一。在全世界的镀槽中，有一半左右是镀锌液。也就是说镀锌的量是所有电镀液总量的一半。而世界上大约50%锌则是通过湿法冶金制取的。

将锌矿石用硫酸浸取，然后制成镀锌电解液，最后用不溶性阳极进行电沉积，从阴极上获得金属锌。

工业上用电解法制锌最早是美国和加拿大，他们于1914年开始工业电解冶炼锌。湿法冶炼锌方法与当初基本上是一样的。只是技术和设备更加完善。

与前面几种有色金属和贵金属不同的是，锌的还原电位比较负，因此很多比锌电位正的金属都容易成为在阴极优先析出的杂质。这使得锌的电冶金的流程和管理比较复杂。为了排除杂质金属的干扰，在将锌精矿经煅烧成氧化锌后，经酸化浸制成硫酸锌的溶液。这时要加入锌粉，将电位比锌正的金属(铜、银、金等)置换并沉淀出来。进行这种分离后的电解液，才能用于湿法冶金。

锌的湿法冶金分为正规法和强化法两种。正规法是将浮选得到的锌精矿在550～650℃缓慢煅烧，然后用较低浓度的硫酸溶解(也可以用电解锌后的电解液)，制成如图4(a)组成的电解液。

强化法是加大电解液主盐浓度和电流密度，同时提高镀液温度和电流密度。这样可以获得较快的电沉积速度，如图5(b)所示。

冶金熔锍是多种金属硫化物(如FeS、Cu2S、Ni₃S₂、CoS、Sb₂S₃、PbS等)的共熔体，同时往往溶有少量金属氧化物及金属。

冶金熔锍是铜、镍、钴等重金属硫化矿火法冶金过程的重要中间产物。例如，火法处理硫化铜精矿时，常常先进行所谓的造锍熔炼，使Cu₂S、FeS等金属硫化物熔合形成锍相，而脉石成分与造渣熔剂熔合成渣相，从而实现主金属与脉石的分离，同时也使贵金属富集于锍相以便进一步回收。

熔锍的性质对于有价金属与杂质的分离、冶炼过程的能耗等都有重要的影响。为了提高有价金属的回收率、降低冶炼过程的能耗，必须使熔锍具有合适的物理化学性质，如熔化温度、密度、黏度等。