锌精矿焙烧课计

-1-1、设计任务设计一个年产10000吨电锌厂焙烧车间（初步设计）1.1、原始数据电锌年产量：10000吨锌精矿的化学成分（%）成分ZnCdpbCuFeSCaOMgOSiO2B2510.281.80.38.2311.40.53.6锌精矿的粒级及物理性质粒度/mm-0.35～+0.24-0.24～+0.17-0.17～+0.14-0.14～+0.12-012～+0.1-0.1～+0.08-0.08含量/%0.51.55.02.06.02.083注堆积密度1.7t/m3;水分8%。1.2、技术条件选择沸腾层高度：1.5m左右空气过剩系数：1.25沸腾层温度：850～900C炉顶温度：820～870炉顶负压：-10～30Pa直线速度：0.5～0.6m/s出炉烟气量、温度：9001.3、技术经济指标年处理锌精矿：1.3万吨/年年工作日：300天沸腾炉炉床面积：28m2沸腾炉炉床能力：5.2t/(m2d)-2-焙烧矿产出率（包括烟尘和焙砂）：88%（占锌精矿的）烟尘含锌量：54.89%焙砂含锌量：56.91%焙烧料含锌量：48%脱硫率：93.6%焙烧锌直收率：52%冶炼总回收率：95%出炉烟尘含量：35%（占焙烧矿的）出炉烟气SO2量：9365%（体积百分数）烟尘含Ss量：1.73%焙砂含Ss量:0.4%烟尘含Sso42-量：2.14%焙砂含Sso42-量：1.10%炉型煤低位热值/caγ/kg燃烧温度℃灰渣含碳量%煤耗kg/t投资/万元层燃式手烧炉500060018408喷燃式煤粉炉6000900123012普通沸腾炉450070082816节煤型沸腾炉3000110041816-3-2、原始资料2.1、锌矿的分布及品位截至2002年，全世界查明锌储量为20000万吨，储量基础为45000万吨，现有储量和储量基础的静态保证年限为23年和51年。锌储量和储量基础占锌资源量的10.52％和3.68％。中国锌的储量和储量基础均居世界首位，已成为世界最大的铅锌资源国家。根据统计资料，在我国铅锌储量中铅锌平均品位只有4.66%，而根据目前铅锌价格水平和成本水平，只有铅锌(1:2.5)合计地质品位在7％~8％以上的地质储量才是能经济利用的储量，目前我国能经济利用的铅锌合计储量只有4513.86万吨，仅占总储量的42.6%。锌在自然界多以硫化物的状态存在，主要矿物是闪锌矿（ZnS），但这种硫化矿的形成过程中有FeS固溶体，成为铁闪锌矿（nZnSmFeS）.含铁高的闪锌矿会使提取冶炼过程复杂化。流化床的地表部位还常有一部打分被氧化的氧化矿，如菱锌矿（ZnCO3）、硅锌矿（Zn2SiO4）、导极矿（H2Zn2SiO5）等。我国铅锌储量较多的省(区)主要是云南、广东、甘肃、四川、广西、内蒙古、湖南和青海等八省(区)，其铅锌储量占全国总储量的80.7%。大中型锌矿187处，探明资源总量7961万吨，储量1950万吨，其中大型锌矿区44处，探明资源总量5352万吨，储量1553万吨，分别占全国的58.1%和76.6%。目前已探明的储量主要集中在云南、广东、内蒙古、江西、湖南和甘肃等六省。各大区储量见下表：中国铅锌资源各大区分布比例（%）表中国中南西南西北华北华东东北100%27.8%22.7%15.3%16.1%14%4.1%2.2、精矿的组成成分铅锌矿的开采分露天开采和地下开采两种。由于金属品位不高，铅锌共生，并含有大量的脉石和其他杂质金属，矿石需先经过选矿。通过采用浮选法优先选出锌精矿，副产铅精矿和硫精矿。我国某些大型企业铅锌矿产出的锌精矿成分实例如下表。硫化锌精矿是生产锌的主要原料，成分一般为：锌45%~46%，铁5%~15%，硫的含量变化不大，为30%~33%。可见，锌精矿的主要组分为Zn，Fe和S，三者占总重的90%左右。硫化锌精矿是生产锌的主要原料，成分一般为：-4-Zn45~60%,Fe5~15%,S30~33%，浮选精矿粒度较细，90%为0.07mm，堆密度1.7~2.0g/cm3。锌精矿化学成分等级含锌量（%）杂质不大于（%）CuPbFeAsSiO21≥550.81.06.00.34.02≥501.01.58.00.45.03≥451.52.014.00.56.04≥402.03.016.00.57.0锌精矿成分实例（%）表精矿来源ZnPbSFeCuCdAsSbSiO2Ag(g/t)湖南某矿山44.830.9832.4315.600.640.200.200.0011.3280黑龙江某矿山51.340.8832.5311.480.120.020.040.020.5085广东某矿山51.921.4032.697.030.200.140.200.013.88180甘肃某矿山55.001.0930.354.400.040.120.010.0113.0533-5-硫化锌精矿的粒度细小，95%以上小于40um,堆密度为1.7~2g/cm3.在选用精矿氧化焙烧脱硫设备时，应当充分利用精矿粒度小、表面积大、活性高、硫化物本身也是一种“燃料”的特点，使硫化锌能迅速氧化成氧化锌，又能充分利用精矿的自身的能量。2.3、锌精矿的物理及化学性质锌精矿一般是由铅锌矿或含锌矿石经破碎、球磨、泡沫浮选等工艺而生产出的达到国家标准的含锌量较高的矿石。精矿在空气的氧化开始是在颗粒的表面进行的。当精矿粒度较小时，会有更多的气固接触，单位面积内反应的硫化锌就会增加。但随着反应的进行，粒子表面形成一层坚硬的氧化锌壳，于是气流中的氧化分子穿过氧化锌层才能到达反应界面，增加了氧气的扩散阻力，从而减慢了硫化锌例子中心部分的氧化程度，所以粒度较小的精矿有利于扩散过程，保证硫化锌氧化得更完全。矿物物相组成：其物相包括：ZnS、CdS、PbS、CCuFeS2、FeS2、Fe7S8、CaCO3、MgCO3、SiO2其他等。2.4、锌的用途（1）.钢材的镀锌方面，起防腐作用。（2）.优良的合金，如做装饰品的铜锌合金(黄铜)，Cu-Sn-Zn形成的青铜，作为耐磨合金的Cu-Sn-Pb-Zn合金。（3）.锌可以制造用于航天仪表上的Ag-Zn电池。（4）.利用Zn熔点低的特点，还可浇铸精密铸件。（5）.锌在冶金工业中作为还原剂，化学工业中作为制造颜料用的原材料。2.5、结构设计的注意点（1）、为便于操作,炉篦深度不宜超过2mm；沿炉篦宽度1-1.5m设一个炉门。（2）、炉膛高度以易于操作为原则。(3)、炉膛长宽比宜选用3:1。(4)、炉膛应成断面放大式，与垂直面成22°。（5）、炉膛内最边壁的风帽与炉内壁距离为20-30mm。（6）、筑砌内、外层耐火砖、红砖时砖缝要错开，且之间要有搭接砖。-6-（7）、外层砖筑砌完后，外圈要用钢架拉起来，以增加其钢性、整体牢固性。（8）、当用煤量大于180kg/h时，加煤应采用机械加煤、出渣。（9）、合理、合适的挡火墙高度有利于控制进入烘干机的热气体温度，避免烧坏烘干机筒体前端。（10）、穿过沸腾炉的喂料管，要外敷耐热混凝土或选用耐高温的耐热不锈钢，并做好之间的密封。（11）、沸腾炉出气口附近要装设测温热电偶，以利于控制出气烟气温度。3.、锌沸腾炉焙烧工艺流程3.1、火法炼锌工艺流程火法炼锌工艺流程图-7-火法炼锌的基本原理就是将氧化锌在高温下用碳质还原，并利用锌沸点低的特点，使锌以蒸气挥发，然后冷凝为液体锌。以竖缺罐炼锌为例，其原则工艺流程如上图。3.2、湿法炼锌工艺流程-8-湿法炼锌主要有焙烧、浸出（见浸取）、浸出液净化和电积等工序。锌精矿焙烧后用电解废液进行中性浸出，使大部分氧化锌溶解，得到的矿浆分离出上清液和底流矿浆。上清液净化后电积产出金属锌，熔铸成锭。底流矿浆进行酸性浸出以溶解残余的氧化锌，酸性浸出液返回到中性浸出；含锌约20％的酸性浸出渣，须进一步处理，传统方法采用回转窑挥发，回收其中的锌、铅和湿法炼锌工艺流程部分稀散金属焙烧使精矿中的硫化锌转变为可溶于稀硫酸的氧化锌，即酸溶锌。湿法炼锌是第一次世界大战期间开始应用的。其本质是用稀硫酸(即废电解液)浸出焙烧矿中的锌，锌进入溶液后再以电解法从溶液中沉积出来。湿法-9-炼锌可直接得到很纯的锌，不象火法蒸馏炼锌还需精炼。除此之外，操作所需劳动力较少，劳动条件也较好，只是电能消耗大。3.3、沸腾炉焙烧工艺流程高温氧化流态化焙烧工艺流程图备料工序送来的混合锌精矿送入炉前仓，再由仓下调速胶带给料机、定量给料机，计量后由分配圆盘分别加到两台抛料机上，将混合精矿抛入焙烧炉内。焙烧炉产出的焙砂经两台流态化冷却器和高效圆筒冷却机进一步冷却至150℃左右。冷却后的焙砂经埋刮板运输机送到球磨机室进行球磨，磨细后的焙烧矿与烟尘混合用汽化喷射泵送制液车间浸出制液。沸腾焙烧炉产出-10-的烟气经余热锅炉回收烟气余热后，经两段旋涡收尘器、电收尘器收尘后由排烟机送制酸系统。火法炼锌和湿法炼锌的第一步冶金过程就是焙烧。其中火法炼锌厂的焙烧是纯粹的氧化焙烧，湿法炼锌厂进行的也是氧化焙烧，但焙烧时要保留少量的硫酸盐，以补偿浸出和电解过程中损失的硫酸。同时希望尽可能少生成铁酸锌。在实际的锌精矿焙烧过程中，就是通过控制焙烧温度和气相组成来控制焙烧产物中锌的存在形态。生产中通过控制供风量(空气过剩系数)来调节气相组成。火法炼锌的焙烧温度一般控制在1273K以上，有的达到1340~1370K。空气过剩系数为1.05~1.10。湿法炼锌的焙烧温度一般控制在1143~1193K，有的达到1293K。空气过剩系数为1.20~1.30。3.4、沸腾炉焙烧原理3.4.1、锌精矿焙烧反应一般规律流态化焙烧的理论基础是固体流态化，当气体通过固体料层的速度不同时，可将料层变化分为三种状态：即固定床、膨胀床及流态化床。锌精矿沸腾焙烧就是利用具有一定气流速度的空气自上而下通过炉内矿层，使固体颗粒被吹动，相互分离而呈悬浮状态，达到固体颗粒（锌精矿）与气体氧化剂（空气）的充分接触，以利化学反应的进行。主要化学反应为:1300K当焙烧温度一定时，焙烧过程中锌的存在形态取决于pSO2和pO2。如图中A点和B点。当气相组成不变，改变焙烧温度时，也可改变焙烧产物中锌存在的形态。如图中红线所示，当温度升高时，ZnO区域扩大，ZnSO4稳定区缩小。-11-2ZnS＋3O2＝2ZnO＋2SO2.....................(1)ZnS＋2O2＝ZnSO4…………………………………(2)ZnO＋SO2+1/2O2＝ZnSO4…………………………(3)3ZnSO4＋ZnS=4ZnO＋4SO2………………………(4)最新的理论认为硫酸锌的生成实际上要经历一个生成碱式硫酸锌的过程：3ZnS+11/2O2=ZnO·2ZnSO4+SO2……………(5)ZnO·2ZnSO4+SO2+1/2O2=2ZnSO4……………(6)3.4.2、锌精矿焙烧动力学过程及机理金属硫化物的氧化反应是一个气、固相的多相反应过程，过程很复杂。反应分成以下几步骤：（1）氧分子经扩散到达硫化物表面；（2）氧分子在硫化物表面被吸收，并分解成为活性氧原子；（3）氧原子向硫化物晶格中扩散，与金属离子和硫阴离子结合生成金属氧化物和吸附态的SO2；（4）SO2分子从固体表面解吸扩散到气相中。3.4.3、传热原理流态化床的热传递可分为三种形式，即固体与气体间、流态化床内各部分之间、流态化床与管壁之间的热传递。传热方式主要是对流。由于流态化床内固体与气体之间接触多，有效传热面积大，故总的传热效率比固定床大。由于流态化床内固体颗粒快速循环以及气流使床层激烈搅动，因而流态化床内各部分的温度几乎一致，就是在大量放热反应的焙烧过程中，床层内积分的温度仍能保持均匀一致，这对焙烧过程是非常有利的条件。在生产实践中可以控制床层内温度差在±10K波动。3.5、硫酸化焙烧当进行硫酸化焙烧时，进行下列反应：ZnSO4=ZnO+SO3ZnO·2ZnSO4=3ZnO+2SO3-12-SO2+1/2O2=SO3在实际焙烧过程中，pT在1013.25～2026.50Pa范围内，此时与温度关系如图所示。总压曲线pT与ZnSO4和ZnO·Z