畢業(yè)設計（論文）-論豎罐煉鋅現(xiàn)狀

1、<p>　　畢 業(yè) 論 文</p><p><b>　　說 明 書</b></p><p>　　設計題目： 論豎罐煉鋅現(xiàn)狀 </p><p>　　班 級： 化工1010班 </p><p>　　學生姓名： </p&

2、gt;<p>　　指導教師： </p><p>　　完成日期： 2013 年 6 月 9 日</p><p>　　化工系畢業(yè)論文任務書</p><p>　　一、題目 論豎罐煉鋅現(xiàn)狀 </p><p>　　設計學生姓名：

3、 </p><p><b>　　二 、題目說明： </b></p><p>　　本題應達到的基本要求</p><p>　　1. 認真查閱資料。</p><p>　　2. 本著科學的態(tài)度，按照實驗步驟完成實驗。</p><p>　　三、題目進度安排（步驟、程序、

4、時間）</p><p>　　第 1 - 6周：準備、查閱資料。</p><p>　　第 7 - 13周：跟隨班長了解豎罐煉鋅流程 。</p><p>　　第14-15周：總結(jié)數(shù)據(jù)，撰寫畢業(yè)論文。</p><p>　　第16-18周：整理論文、準備答辯。</p><p>　　交出任務時間:2013年 3 月 2

5、日；完成日期 6 月 10 日</p><p>　　學生交出全部設計（論文）期限2013年 6 月 12 日</p><p>　　指導教師 學生簽名 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文論述了豎罐煉鋅技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展，對現(xiàn)代豎罐煉鋅技術(shù)體系做了系統(tǒng)

6、的介紹,不但全面介紹了該技術(shù)體系的主流程,也介紹了配套的輔助流程,是現(xiàn)代豎罐煉鋅技術(shù)進步和生產(chǎn)經(jīng)驗的總結(jié)。主要內(nèi)容包括:原料準備、氧化焙燒及制酸、團礦制備、焦結(jié)與蒸餾、精餾、有價金屬綜合回收、渣處理、煤氣與碳化硅制品生產(chǎn)等。全書以生產(chǎn)操作介紹為主,為說明生產(chǎn)操作的依據(jù)與合理性,也適當介紹了一些相關的理論知識。</p><p>　　關鍵詞：豎罐煉鋅；火法煉鋅原理；設備；流程；特點。</p><p

7、><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　This paper discusses the present situation and development of the zinc vertical retorting technology, made a systematic introduction to modern zinc vertical retorti

8、ng technology system, not only a comprehensive introduction to the main process of the technical system, also introduced the auxiliary supporting processes, is a modern zinc vertical retorting technology progress and pro

9、duction experience. The main contents include: raw material preparation, oxidation roasting and acid, its preparatio</p><p>　　KEY WORDS: zinc vertical retorting; zinc pyrometallurgy principle; equipment; tec

10、hnological process; characteristic</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　前 言………………………………………………………………………….7</p><p>　　第一章 鋅及其主要伴生元素的性質(zhì)……………………………………………………………………………..…8</p>

11、;<p>　　1.1鋅及鋅礦中主要伴生元素的物理性質(zhì)………………………………………………………………………………………......8</p><p>　　1.2鋅及鋅礦中主要伴生元素的宏觀性質(zhì)………………………………………………………………………………………….. 8</p><p>　　1.3鋅及鋅礦中主要伴生元素的物質(zhì)結(jié)構(gòu)…………………………………………………………

12、………………………………...8</p><p>　　1.4鋅及其主要伴生元素和化合物的熱力學性質(zhì)……………………………………………………………………………………......….8</p><p>　　1.5鋅的用途…………………………………………………………………..…. 8</p><p>　　第二章 豎罐煉鋅原理…………………………………………………………

13、…………………..….9</p><p>　　2.1基本原理…………………………………………..…………….……...… 9</p><p>　　第三章 豎罐煉鋅流程…………………………………………………………….10</p><p>　　3.1豎罐煉鋅簡化流程……………………………………………………………………………………………..10</p>

14、<p>　　3.2豎罐煉鋅流程圖………………………………………………………………….…….10</p><p>　　第四章 焙燒…………………………………………..………………………..…11</p><p>　　4.1焙砂中ZnO的還原……………………………………………………………………………………...….11</p><p>　　4.2焙砂中其

15、他物質(zhì)的還原………………………………………………………………………………………….11</p><p>　　4.3焙燒的目的………………………………………………………………………….11</p><p>　　4.4焙燒的程度………………………………………………………………………….12</p><p>　　第五章 Zn蒸氣的冷凝……………………………………

16、………………………………...……….12</p><p>　　5.1冷凝反應……………………………………………………………………..12</p><p>　　5.2還原蒸餾氣體組成的組成……………………………………………………………………………….………….12</p><p>　　5.3藍粉的生成………………………………………………………….……………….1

17、2</p><p>　　5.4冷凝設備……………………………………………………………….…………..13</p><p>　　5.4.1鉛雨冷凝器的優(yōu)點……………………………………………………………………………………..…….13</p><p>　　5.4.2鉛雨冷凝器的缺點………………………………………………………………………………..………….13<

18、;/p><p>　　5.5冷凝影響因素……………………………………………………………..……….13 </p><p>　　第六章 精餾法精煉…………………………………………………………………….………….14</p><p>　　6.1粗鋅精餾精煉的原理………………………………………………………………………….…….14</p><p>

19、;　　6.2精餾的設備與工藝………………………………………………………………………...………14</p><p>　　6.3粗鋅精餾精煉的過程………………………………………………………………………….….….18</p><p>　　第七章 總 結(jié)……………………………………………….…...……...…20</p><p>　　參考文獻…………………

20、…………………………………………..……22</p><p>　　致 謝…………………………………………………………….……..……23</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　我國鋅礦資源豐富，已查明的儲量居世界前列。煉鋅技術(shù)源于我國，約在十五六世紀以前我國采煉技術(shù)和規(guī)模居世界領先地位。豎罐煉鋅技術(shù)已經(jīng)有近百年的發(fā)

21、展史，該技術(shù)已經(jīng)在國外消失，只在中國還表現(xiàn)出較強的生命力。經(jīng)過幾代人的不懈努力，豎罐煉鋅技術(shù)有了很大提高，其中葫蘆島鋅廠代表當今豎罐煉鋅技術(shù)的最高水平。</p><p>　　為了確保豎罐煉鋅技術(shù)的不斷提高，就要不斷總結(jié)經(jīng)驗教訓，以促進豎罐煉鋅技術(shù)的不斷發(fā)展。</p><p>　　第一章 鋅及其主要伴生元素的性質(zhì)</p><p>　　1.1鋅及鋅礦中主要伴生元素的物理

22、性質(zhì)</p><p>　　鋅是銀白色的金屬，斷面有金屬光澤，結(jié)晶為最密堆積的六方晶格。</p><p>　　鋅礦中主要的伴生元素在元素周期表中屬于ⅣB族、ⅤB族和ⅥB族的Pb、Zn、Cd、Hg、Sn、Sb、Bi、As、In、Ge和Ag、Au等。</p><p>　　1.2鋅及鋅礦中主要伴生元素的宏觀性質(zhì)</p><p>　　物理性質(zhì)：熔點、熔

23、化熱、沸點、汽化熱、蒸氣壓、密度、摩爾體積、線膨脹系數(shù)、彈性模數(shù)、電阻率、磁化率、表面張力、粘度等</p><p>　　1.3鋅及鋅礦中主要伴生元素的物質(zhì)結(jié)構(gòu)</p><p>　　電子層結(jié)構(gòu)、極化率、粒子半徑、金屬鍵半徑、離子半徑、離子勢、原子和離子的電離能、放射性同位素、電負性、磁化率等</p><p>　　1.4鋅及其主要伴生元素和化合物的熱力學性質(zhì)</p

24、><p>　　鋅主要化合物的熱力學性質(zhì)、水溶液中有關電極反應的標準氧化還原電勢、水溶液體系的熱力學數(shù)據(jù)等</p><p><b>　　1.5鋅的用途</b></p><p>　　金屬鋅有著廣泛的用途，用量僅次于銅和鋁，在國民經(jīng)濟中占有重要的地位。世界上，鋅約有一半用于鍍鋅工業(yè)，其次是用來制造合金，如用鋅、銅制造黃銅，銅、鋅、錫形成青銅合金，銅、鋅、

25、鉛、形成抗磨合金，以及壓鑄合金等。鋅的化合物也有各種各樣用途。氧化鋅在橡膠工業(yè)有作添加劑，在化學工業(yè)中用作白色顏料，也可以用作防腐涂料浸潤木材起保護作用。在冶金工業(yè)中，利于鋅從氰化溶液中置換會，在粗鉛精致時用丁提取貴金屬。在濕法煉鋅生產(chǎn)過程中凈化溶液，除去銅、鎘等雜質(zhì)。</p><p>　　第二章 豎罐煉鋅原理</p><p><b>　　2.1 基本原理</b>&

26、lt;/p><p>　　火法煉鋅是先將鋅精礦進行氧化焙燒或燒結(jié)焙燒，使精礦中的ZnS變?yōu)閆nO，然后用碳質(zhì)還原劑還原得到鋅蒸氣，再進一步蒸餾提純得精煉鋅。按冶煉設備不同可分鼓風爐、豎罐、電爐、平罐等煉鋅方法。平罐煉鋅在20 世紀前是唯一的煉鋅方法，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。</p><p>　　第三章 豎罐煉鋅流程</p><p&

27、gt;　　3.1 豎罐煉鋅簡化流程</p><p>　　焙燒 還原蒸餾 精煉</p><p>　　3.2豎罐煉鋅流程圖</p><p><b>　　第四章 焙燒</b></p><p>　　4.1焙砂中ZnO的還原</p><p>　　火法煉鋅是基于在高溫（>1

28、273 K）ZnO能被碳質(zhì)還原劑還原，主要反應為：</p><p>　　ZnO(s) + CO (g) = Zn(g) + CO2(g)</p><p>　　C(s) + CO2(g) = 2CO(g)</p><p><b>　　總反應為：</b></p><p>　　ZnO(s) + C(s) = Zn(g) + C

29、O(g)</p><p>　　4.2焙砂中其他物質(zhì)的還原</p><p>　　存在于焙砂中的鐵酸鋅（ZnO.Fe2O3）在蒸餾過程中可被CO還原：</p><p>　　ZnO.Fe2O3+CO=ZnO+2FeO+CO2</p><p>　　ZnO+CO=Zn+CO2</p><p>　　焙砂中的硅酸鋅在配入石灰后也容易

30、還原，但焙砂中的ZnSO4和ZnS不被還原完全進入蒸餾殘渣中而引起鋅的損失。</p><p><b>　　4.3焙燒的目的</b></p><p>　　完全脫硫，得到金屬氧化物組成的焙燒礦（焙砂），從而可使蒸餾得到的鋅較純，避免蒸餾過程鋅成為硫化鋅而造成的鋅的損失。</p><p><b>　　4.4焙燒的程度</b>&l

31、t;/p><p>　　焙燒是完全的氧化焙燒(死焙燒)。這是因為火法冶煉是在強還原性氣氛中使氧化鋅被一氧化碳還原成金屬鋅，在現(xiàn)有工藝條件下硫化鋅是不能被還原成金屬鋅的。</p><p>　　第五章Zn蒸氣的冷凝</p><p><b>　　5.1冷凝反應</b></p><p>　　還原蒸餾得到的鋅蒸氣必須在冷凝器中冷凝成液體

32、鋅。Zn(g) →Zn（l）</p><p>　　鋅蒸氣的冷凝是相變過程，為使氣態(tài)鋅轉(zhuǎn)化為液態(tài)鋅，必須使鋅蒸氣溫度降到沸點下（<1180 K）。實際生產(chǎn)中，降低冷凝溫度直到接近鋅的熔點，使剩余的鋅蒸汽壓接近零，可獲得最大冷凝效率。</p><p>　　5.2還原蒸餾氣體組成的組成</p><p>　　還原蒸餾產(chǎn)生的氣體是Zn蒸氣、CO和少量的CO2的混合氣，鋅

33、蒸汽的含量不超過50%。</p><p><b>　　5.3藍粉的生成</b></p><p>　　如鋅蒸汽剛冷凝成小液滴，其表面即被氧化，生成氧化物薄膜，最終凝固成細粉，即藍粉。引起藍粉的主要因素為CO2，這是因為反應：</p><p>　　ZnO + CO = Zn(g) + CO2 </p><p>　　為吸熱反應

34、，所以當爐氣中溫度下降時CO2將使產(chǎn)出的鋅蒸氣再氧化成ZnO，并包裹在鋅液滴的表面，形成藍粉，降低冷凝效率。為了防止氧化反應的發(fā)生，盡可能在高溫下直接將鋅蒸氣導入冷凝器內(nèi)，使之急冷。</p><p><b>　　5.4冷凝設備</b></p><p>　　有鋅雨飛濺式冷凝器和鉛雨飛濺式冷凝器兩類。鼓風爐煉鋅得到的Zn蒸氣濃度低，因此生產(chǎn)中采用高溫密閉爐頂和鉛雨冷凝的方

35、法。利用鉛雨冷凝時，利用鋅在液體鉛中有一定溶解度，降低冷凝下來的鋅的活度，從而保護鋅不被爐氣中的CO2所氧化。</p><p>　　5.4.1鉛雨冷凝器的優(yōu)點</p><p>　　鉛的價格便宜，熔點較鋅低而沸點較鋅高，在鋅的冷凝溫度下呈液態(tài)且蒸氣壓低；</p><p>　　在鋅的冷凝溫度下鉛不易氧化，且與鋅部分互溶，溶解度隨溫度的升高而增大；</p>

36、<p>　　鋅在鉛液中的活度系數(shù)小于1，冷凝爐氣對鉛液中鋅的氧化比純鋅液要困難。</p><p>　　5.4.2鉛雨冷凝器的缺點</p><p>　　由于鋅在鉛中的溶解度隨溫度的變化率很小，使鉛液的循環(huán)量很大，是冷凝鋅量的417倍。</p><p><b>　　5.5冷凝影響因素</b></p><p>　?。?/p>

37、1）過冷蒸汽中凝結(jié)核心出現(xiàn)的速度。</p><p>　　（2）蒸氣壓降低速度。</p><p>　?。?）冷凝器排出熱量的速度。</p><p><b>　　第六章 精餾法精煉</b></p><p>　　6.1粗鋅精餾精煉的原理</p><p>　　粗鋅精餾精煉的基本原理是利用鋅與各雜質(zhì)的蒸氣壓

38、和沸點的差別，在高溫下使它們與鋅分離。 </p><p>　　粗鋅中可能含有的雜質(zhì)金屬，按其蒸氣壓或沸點分兩類：</p><p>　　(1) 蒸氣壓高于(或沸點低于)鋅的雜質(zhì)如Cd等。 </p><p>　　(2) 蒸氣壓低于(或沸點高于)鋅的雜質(zhì)元素如Pb、In、Fe、Cu等</p><p>　　生產(chǎn)中常將脫除沸點高于鋅的雜質(zhì)金屬的過程稱

39、為脫鉛過程；脫除沸點低于鋅的金屬雜質(zhì)的過程稱為脫鎘過程。</p><p>　　6.2精餾的設備與工藝</p><p>　　粗鋅精餾精煉的的主要設備是鉛塔和鎘塔，此外還有熔化爐、鉛塔冷凝器、鎘塔冷凝器、熔析爐、鑄錠爐等。</p><p>　　粗鋅精餾精煉在精餾塔內(nèi)完成。精餾塔包括鉛塔和鎘塔兩部分，一般是由兩座鉛塔和一座鎘塔組成的三塔型精餾系統(tǒng)構(gòu)成。鉛塔的主要任務是從鋅

40、中分離出沸點較高的Pb、Fe、Cu、Sn、In等元素，鎘塔則實現(xiàn)鋅與鎘的分離。</p><p>　　6.3粗鋅精餾精煉的過程</p><p>　　粗鋅精餾精煉在精餾塔內(nèi)完成。 </p><p>　　鋅精餾塔一般由兩座鉛塔和一座鎘塔組成一生產(chǎn)組，鉛塔由50-60個碳化硅盤所疊成，鉛塔下部四周用煤氣或重油加熱，鉛塔燃燒室的溫度控制在1323~1423 K之間，上部保溫。

41、加熱部分的塔盤為淺W型，叫蒸發(fā)盤。上部塔盤為平盤，叫回流盤。蒸發(fā)盤設在下部，以保證大量金屬鋅的蒸發(fā)。相鄰兩塔盤互成180 ℃交錯砌成。為了不使鉛蒸氣達到塔的上部，在蒸發(fā)盤與回流盤之間，有一空段，高約1米，不裝塔盤，被蒸發(fā)的鉛在此被冷凝下來</p><p>　　在鉛塔中未被冷凝的鋅、鎘蒸氣從鉛塔最上層逸出，經(jīng)鉛塔冷凝器冷凝為液體（含鎘＜1%）后進入鎘塔分離鋅和鎘，燃燒室溫度控制在1100℃左右，發(fā)生與在鉛塔中相同的

42、冷蒸發(fā)和冷凝過程。最后，從鎘塔最上層逸出的富鎘蒸氣，進入進入鎘冷凝器冷凝為Cd-Zn合金(5~15%Cd)，這種合金是生產(chǎn)鎘的重要原料。鎘塔的最下層聚積了除去鎘純鋅液，鑄錠后即為商品純鋅。</p><p><b>　　第七章 總結(jié)</b></p><p>　　現(xiàn)代冶金技術(shù)，將鋅的冶金方法劃分為兩類，即火法和濕法。按通常的概念，兩種方法最根本的區(qū)別是鋅的精煉提純工藝不同

43、，因此也可以把火法稱為精餾法，濕法稱為電解法。</p><p>　　在我國，火法煉鋅產(chǎn)量約占鋅總產(chǎn)量的30%，高于國外；2002年全國豎罐煉鋅總產(chǎn)量達38萬 t，約占總產(chǎn)量的18%。</p><p>　　豎罐煉鋅技術(shù)的總體認識豎罐煉鋅技術(shù)誕生以后，在歐美國家一度發(fā)展較快。到20世紀60年代末達到鼎盛時期，年產(chǎn)量達當時世界年總產(chǎn)量的14%。20世紀70年代中期以后，受西方世界能源危機的影響，

44、以及當時環(huán)保技術(shù)水平的制約，生產(chǎn)能力逐漸萎縮。國外豎罐煉鋅最后一條生產(chǎn)線已于1980年關閉。</p><p>　　我國的豎罐煉鋅技術(shù)，建國后在葫蘆島鋅廠得到了快速發(fā)展。特別是到上世紀80年代末期，技術(shù)水平更加完備，其總體技術(shù)水平已遠遠超過西方國家豎罐煉鋅史上的最好水平。</p><p>　　國內(nèi)對豎罐煉鋅技術(shù)的評價數(shù)據(jù)，多取自20世紀80年代以前，加上葫蘆島鋅廠以外的國內(nèi)豎罐煉鋅廠均采用葫

45、蘆島鋅廠1990年以前的技術(shù)“克隆”建設，葫蘆島鋅廠1990年以后的技術(shù)進步又很少公開報道，所以在一定程度上掩蓋了當代豎罐煉鋅技術(shù)的真實水平。</p><p>　　實際上，從1995年到現(xiàn)在，中國的鋅錠年產(chǎn)量一直位于世界第一位，年總產(chǎn)量達到了全世界鋅總產(chǎn)量的1/4，中國已經(jīng)成為世界產(chǎn)鋅大國。而采用豎罐煉鋅技術(shù)生產(chǎn)的鋅錠，占國內(nèi)鋅錠年總產(chǎn)量的比例，始終都在10%以上。由于豎罐煉鋅對原料適應性較強，因而可處理含氟、砷

46、、銻較高的原料及二次物料；產(chǎn)品靈活性大，可生產(chǎn)純鋅、氧化鋅和鋅粉；鋅的總回收率可高達95%~96%(高于電鋅回收率的92%~92.55%)；硫的回收率>94%(而ISP法僅為90%、濕法僅為93%)；年產(chǎn)萬噸級以下的鋅廠單位投資低于濕法煉鋅廠。此外，我國煤、焦炭、人工等價位較低，精鋅生產(chǎn)成本往往低于電鋅生產(chǎn)成本(2002年以前)，豎罐煉鋅仍有一定市場，被國內(nèi)多家中小工廠采用并延續(xù)生產(chǎn)。但因豎罐單罐生產(chǎn)能力的限制(最大日產(chǎn)鋅量僅21

47、~22 t)勞動生產(chǎn)率低；豎罐間接加熱，噸精鋅能耗高達2.2~2.4 t標煤；車間粉塵含量高，污水處理難度大。從能源、環(huán)保、勞動生產(chǎn)率幾個關鍵因素考慮，從可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略看，豎罐煉鋅技術(shù)面臨嚴峻挑戰(zhàn)。</p><p>　　近年來我國豎罐煉鋅的技術(shù)進步對一種生產(chǎn)工藝的評價，基本上可以從五個方面考慮：能耗水平、環(huán)保水平、資源利用率、勞動安全與衛(wèi)生、一次性投資與運行費。</p><p>　　近年來

48、我國對豎罐煉鋅技術(shù)的研究，重點在提高能耗水平、環(huán)保水平和資源利用率上展開。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]郭天力.《現(xiàn)代豎罐煉鋅技術(shù)》[M].中南大學出版社，2010-12-01，101-120.</p><p>　　[2]張全，何金橋.《鋅精餾鉛塔燃燒室熱工問題診斷》[J].中南工業(yè)大學學報，2001

49、-06.</p><p>　　[3]王賢林.《滴狀冷凝的實驗研究》[J].中南大學，2005.</p><p>　　[4]樊建章.《豎罐煉鋅冷凝效率理論計算》[M].有色金屬，1980-02.</p><p>　　[5]郭興忠，張丙懷.《氧化鋅礦的基本物性及高溫氧化焙燒實驗》[J].重慶大學學報（自然科學版），2002-04.</p><p>

50、;<b>　　致 謝</b></p><p>　　本論文是在李紅耀老師的親切關懷和悉心指導下完成的您嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從題目的選擇到項目的最終完成，李紅耀老師都始終給予我細心的指導和不懈的支持。在此，我還要感謝在一起愉快的度過承德石油高等?？茖W校生活的各位同學們，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利