真空碳熱還原處理含鋅氧化礦獲得高純鋅研究.pdf

1、隨著鋅用途范圍的擴大，世界各國鋅產(chǎn)品消耗量逐年增加，硫化鋅礦日漸供應不足，氧化鋅礦的開發(fā)利用已越來越受到重視。但由于氧化鋅礦極易“泥化”和伴生元素Si等含量高，無論是濕法或火法處理，均受到一定的限制。為了在處理含鋅氧化礦時，提高能效、提高金屬回收率，縮短工藝流程，節(jié)約資源、環(huán)境友好并獲得高品質的金屬鋅，本文以菱鋅礦和異極礦兩種含鋅氧化礦為研究對象，較系統(tǒng)地研究了真空碳熱還原分級冷凝處理含鋅氧化礦的新工藝及相關的熱力學和動力學，主要研究內(nèi)

2、容和取得成果如下：
　　 (1)對含鋅氧化礦進行了熱力學研究，結果表明：真空條件下碳還原含鋅氧化物具有較大的優(yōu)勢，當系統(tǒng)壓強不斷降低時，所對應氧化鋅、硅酸鋅的碳還原反應臨界溫度不斷降低，但碳還原硅酸鋅的溫度較氧化鋅的高；真空碳熱還原含鋅氧化礦時，產(chǎn)物金屬鋅中的雜質Cd較難通過真空蒸餾與Zn分離，除Cd程度將直接影響產(chǎn)物鋅的質量。
　　 (2)根據(jù)真空碳熱還原含鋅氧化礦的特征，設計了分級冷凝真空爐，利用余熱分級冷凝蒸氣。由

3、于各物質的性質不同而將在分級冷凝器的不同部位冷凝，達到分離純化產(chǎn)品的目的。實驗研究表明：真空碳熱還原分級冷凝處理含鋅氧化礦時，反應溫度降低，反應時間縮短，產(chǎn)品質量大大提高。
　　 (3)以煤作為還原劑，對菱鋅礦進行真空碳熱還原分級冷凝處理。實驗考察了菱鋅礦的熱處理條件，包括燒結時間、燒結溫度對試樣強度、鋅質量的影響，同時也考察了真空碳熱還原溫度、還原時間、碳礦比和系統(tǒng)壓強等因素對鋅產(chǎn)率和鋅質量的影響。結果表明：試樣燒結溫度控制在

4、823～873K，燒結時間不少于30min，試樣落下強度較好；真空碳熱還原菱鋅礦時，較佳工藝條件為C/Zn總的物質的量比為3，還原蒸餾溫度1173K，系統(tǒng)壓強50～2000Pa，真空碳熱還原蒸餾60min；在較佳工藝條件下，菱鋅礦中約97％的鋅被還原蒸餾出來；采用真空碳熱還原分級冷凝的方法，可以將鉛、砷、鎘與鋅分離，但鎘與鋅分離的程度較??；通過改變燒結條件，可將產(chǎn)物鋅中雜質Cd含量降低；在適宜的條件下，真空碳熱還原分級冷凝處理菱鋅礦后，

5、可獲得純度為99.995％的高純鋅。
　　 (4)對異極礦進行了真空碳熱還原的實驗研究。通過對異極礦進行熱處理，實驗考察燒結時間、燒結溫度對原料強度、鋅產(chǎn)率和鋅質量的影響，同時考察真空碳熱還原溫度、碳礦比、系統(tǒng)壓強等因素對鋅產(chǎn)率和質量的影響，特別考察添加試劑及其添加量的作用。實驗結果表明燒結溫度控制在823～873K，燒結時間不少于30min，試樣強度較高；真空碳熱還原處理異極礦時，較佳工藝條件是：C/Zn總的物質的量比為2.5

6、，CaF2的添加量約為10％，還原蒸餾溫度1373K，系統(tǒng)壓強50～20kPa，真空碳熱還原蒸餾約40min；在較佳工藝條件下，異極礦中約93％的鋅被還原蒸餾出來；在此過程中CaF2中的氟離子主要起催化作用；燒結條件的改變可以降低產(chǎn)物鋅中雜質Cd的含量，改變系統(tǒng)壓強可降低產(chǎn)物鋅中雜質Pb的含量；在適宜的條件下，真空碳熱還原分級冷凝處理異極礦后，可獲得純度為99.995％的高純鋅。
　　 (5)在對含鋅氧化礦碳還原的動力學研究中，

7、對真空爐進行科學的改造。重點對真空爐的送樣器和產(chǎn)物收集器進行改造，使實驗在準確的反應時間內(nèi)在較恒定的溫度、穩(wěn)定的系統(tǒng)壓強等的條件下進行。
　　 (6)在真空條件下，對ZnO-C體系在還原溫度1073～1223K下進行研究，發(fā)現(xiàn)在真空條件下煤還原菱鋅礦中氧化鋅的還原反應為一級反應，其還原速率由擴散過程所控制，活化能為177.72～191.31kJ·mol-1。
　　 (7)對未添加CaF2的Zn2SiO4-C體系在還原溫度