專利名稱：聯(lián)產(chǎn)硫酸鋅與鉛精礦的工藝與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于濕法冶金與化工行業(yè)等技術(shù)領(lǐng)域。
采用公知技術(shù)〔1〕制取硫酸鋅，需要使用含Zn50%左右的閃鋅礦精礦做原料，該礦市價(jià)較貴，貨源供應(yīng)日趨緊張，含Zn品位逐年下降，導(dǎo)致生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)受到原材料供應(yīng)的制約和生產(chǎn)成本逐年增加的嚴(yán)重影響。
有兩類售價(jià)較低的含Zn原料(參見(jiàn)表1)，如有a/低品位氧化鋅礦和鉛鋅選礦的尾礦;b/含Zn高爐瓦斯泥(灰)、電爐冶煉含Zn廢鋼的煙塵、有色金屬冶煉廠的含Zn煙塵等。采用公知技術(shù)〔1〕或?qū)＠夹g(shù)〔2〕制取硫酸鋅、酸浸過(guò)濾渣量大，并且該渣很難綜合回收利用，Zn的回收率較低約85～90%，凈化除雜工藝流程長(zhǎng)，原材料與能源單耗高，也會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)成本過(guò)高而不合算。
本發(fā)明的任務(wù)，如

圖1與圖2所示，使用貨源充足價(jià)格便宜的低品位鉛礦、鉛精礦等含pb物質(zhì)中至少一種，與低品位氧化鋅礦、鉛鋅選礦的尾礦、含Zn高爐瓦斯泥(灰)、含Zn冶金粉塵等含Zn原料中至少一種，做入爐原料(參見(jiàn)表1與表2)，經(jīng)火法與濕法等聯(lián)合處理工藝，制取硫酸鋅并聯(lián)產(chǎn)含pb≥50%的商品鉛精礦，綜合利用變廢為寶，獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。
本發(fā)明聯(lián)產(chǎn)硫酸鋅與鉛精礦的工藝流程，如圖1與圖2所示，包括配礦磨礦篩分、混捏制團(tuán)烘干、還原氧化、酸浸過(guò)濾、凈化過(guò)濾等主要工序?？煞智肮ざ蔚呐涞V磨礦篩分、混捏制團(tuán)烘干與后工段的還原氧化、酸浸過(guò)濾、凈化過(guò)濾等工序。各工序的主要特點(diǎn)如下前工段公知技術(shù)采用“先磨(礦)后混(合)”的兩道操作方法。本發(fā)明采用“混磨一道”進(jìn)行，即按預(yù)定比例稱量，使用至少一種含pb物質(zhì)與至少一種含Zn原料及含碳物質(zhì)，混合一起進(jìn)行磨礦篩分。入爐含Zn原料的配料操作，使用低品位鉛礦、鉛精礦等含pb物質(zhì)中至少一種，與低品位氧化鋅礦、鉛鋅選礦的尾礦、含Zn高爐瓦斯泥(灰)、含Zn冶金粉塵等含Zn原料中至少一種，參看表1與表2，按比例進(jìn)行配礦，所得入爐含Zn原料要求〔Zn+pb〕≥15～45%，其中〔Zn〕/〔pb〕≥45～15%，并且隨〔Zn+pb〕含量的逐漸增加，〔pb〕/〔Zn〕之比值可以逐漸減少，以便最大限度地提高入爐含Zn原料中的〔Zn〕含量，同時(shí)又保證在酸浸時(shí)獲得有商業(yè)價(jià)值的、含pb≥50%的鉛精礦，便于綜合回收利用。煤、焦炭等含碳物質(zhì)可與入爐含Zn原料一起，進(jìn)行配礦磨礦篩分，其用量為入爐含Zn原料重量的18～48%，當(dāng)使用的還原氧化爐為a/外熱式(如使用煤氣、柴油、電等能源加熱時(shí))取18～30%。
b/內(nèi)熱式(依靠燃燒含碳物質(zhì)加熱時(shí))取28～48%。
上述磨礦粒度要求-0.14mm，+0.14mm的返回磨礦篩分。所得粉料，加適量粘結(jié)劑(如紙漿廢液等)，以手捏成團(tuán)為準(zhǔn)，充分混捏與制團(tuán)，制得球團(tuán)礦在120～180℃下烘干2h或不烘干直接送后工段處理。
后工段將上述球團(tuán)礦送還原氧化爐處理，其還原氧化的工藝條件是還原段爐膛溫度900～1100℃，氧化段爐內(nèi)溫度1100～1500℃，含O2氣體進(jìn)入爐內(nèi)的溫度150～250℃，其含〔O2〕量為20～35%，優(yōu)選空氣。緊接還原氧化爐爐尾出口的熱交換器，其工作特點(diǎn)是含有ZnO、pbO等煙塵爐氣的進(jìn)口溫度500～600℃，經(jīng)熱交換后的出口溫度降低到300～200℃。室溫含O2氣體預(yù)熱至150～250℃后，分別送往還原氧化爐的還原段與氧化段以及酸浸氧化塔內(nèi)。使用含有ZnO、pbO等煙塵爐氣和/或氧化鋅(參看表5)做原料，進(jìn)行酸浸氧化的主要工藝條件是a/酸浸液濃度1.00～3.00molH2SO4，其用量為理論用量的1.01～1.10倍，可以使用浸渣的洗滌液與上清液等配制。
b/從酸浸氧化塔內(nèi)流出的ZnSO4浸液PH＝4.0～5.5。
c/其塔頂空間溫度85～98℃，廢氣出口壓力為-10～10mm水柱。
d/送入塔內(nèi)含ZnO、pbO等煙塵爐氣的溫度300～200℃，而進(jìn)入塔內(nèi)含O2氣體的溫度150～250℃，其含〔O2〕量20～35%，優(yōu)選空氣。
過(guò)濾離從酸浸氧化塔內(nèi)流出來(lái)的ZnSO4浸液與浸渣，所得ZnSO4浸液必須進(jìn)行深度凈化，參看資料〔1〕與〔2〕，硫酸鋅方可得到廣泛的應(yīng)用;所得浸渣需要進(jìn)行酸洗，以便提高工藝流程的Zn總收率和鉛精礦的含pb品位，其工藝條件是洗滌液濃度0.20～0.50molH2SO4，固液比1∶1.00～2.00，酸洗溫度80～95℃，反應(yīng)時(shí)間20～45min。
本發(fā)明聯(lián)產(chǎn)硫酸鋅與鉛精礦的裝置，包括配礦磨礦篩分的設(shè)備、混捏制團(tuán)烘干的設(shè)備(無(wú)圖)以及如圖2所示的還原氧化爐A、熱交換器B、酸浸氧化塔C、過(guò)濾機(jī)(如板框式壓濾機(jī)、離心過(guò)濾機(jī)等)25、28、30、攪拌槽26、27、濃密槽29等設(shè)備組合的裝置，其特點(diǎn)是還原氧化爐、熱交換器、酸浸氧化塔等緊密相連融合一體、同步操作連續(xù)生產(chǎn)的，因而產(chǎn)量大、能耗低、原材料單耗少，尤其是氧化除鐵效果好。
還原氧化爐的特點(diǎn)，如圖2所示，包括還原段3與氧化段5等至少兩個(gè)爐段緊密相連與貫通一體的、用耐火材料與鋼結(jié)構(gòu)件等構(gòu)筑制造的爐體2，前有爐門1加入球團(tuán)礦，后有爐尾煙塵爐氣的出口14，爐內(nèi)用隔墻4分開(kāi)為還原段3與氧化段5，都有風(fēng)管12、13與爐內(nèi)相通，在氧化段爐內(nèi)裝置鍋爐管8，冷水由入口9壓進(jìn)，產(chǎn)生的鍋爐蒸汽從出口7送往需要的地點(diǎn)。緊接爐尾的是熱交換器B，包括煙塵爐氣的進(jìn)口15和出口11，熱交換件10及其含O2氣體的進(jìn)口17和出口16。把預(yù)定數(shù)量的球團(tuán)礦加入該爐的還原段(按新開(kāi)爐子先用煤、煤氣、焦炭等燃料能源燃燒加熱還原氧化爐、熱交換器、酸浸氧化塔等設(shè)備達(dá)到預(yù)定溫度后再加入球團(tuán)礦)。輸入預(yù)熱含O2氣體燃燒含碳物質(zhì)和/或使用(外熱式爐)煤氣、柴油、電等外加能源加熱，使還原段爐膛溫度達(dá)到900～1100℃，在高溫下球團(tuán)礦中的ZnO、pbO等氧化物被碳還原，pb、Zn等金屬元素以氣態(tài)揮發(fā)出來(lái)，進(jìn)入氧化段立刻就與預(yù)熱含O2氣體反應(yīng)，再次氧化放出大量的熱，爐內(nèi)溫度急劇上升(Zn、pb蒸汽氧化的理論溫度可達(dá)2000℃)。當(dāng)入爐球團(tuán)礦的數(shù)量一定時(shí)，調(diào)控預(yù)熱含O2氣體Q2的流量、溫度及含〔O2〕量，使氧化段保持1100～1500℃。調(diào)節(jié)壓入鍋爐管8的冷水用量，使煙塵爐氣6的爐尾出口溫度降至600～500℃。調(diào)節(jié)鼓入熱交換器的含O2氣體流量，使煙塵爐氣6進(jìn)一步降低至300～200℃。室溫含O2氣體預(yù)熱達(dá)150～250℃后，以Q1、Q2、Q3分別送往還原氧化爐的還原段3與氧化段5以及酸浸氧化塔C內(nèi)。還原氧化的特點(diǎn)在于，使用預(yù)熱含O2氣體氧化從還原段揮發(fā)出來(lái)的Zn、pb等金屬氣體，生成顆粒極細(xì)(-43～10mm)、比表面積大、分散性好、化學(xué)活性高的含有ZnO、pbO等煙塵爐氣6，為酸浸氧化反應(yīng)的迅猛進(jìn)行，提供良好的熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)的條件。
本發(fā)明酸浸氧化塔C的特點(diǎn)，如圖2所示，包括至少有一段是由塔體20，塔體內(nèi)由上至下有進(jìn)料口18、塔頂空間19、填充物22、熱風(fēng)管21(或熱氧管23)、出料口24等零部件組成的裝置，優(yōu)選有該類似結(jié)構(gòu)的兩段式裝置。酸浸氧化塔內(nèi)的填充物22，是一種重疊循環(huán)放置的篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)，最好是用耐酸金屬條(如不銹鋼條、金屬鈦條等)、耐熱塑料條、木質(zhì)條等條形物編織成網(wǎng)，網(wǎng)孔是正方形(Ⅰ-Ⅰ剖示圖)、長(zhǎng)方形(Ⅱ-Ⅱ剖示圖)、平形四邊形(Ⅲ-Ⅲ剖示圖)等幾何圖形、相鄰兩篩網(wǎng)的間距是網(wǎng)條直徑的2～20倍，其上下網(wǎng)孔相互錯(cuò)位。帶有進(jìn)氣口的熱風(fēng)管21與熱氧管23，用開(kāi)有眾多出氣孔31的耐酸金屬管或耐熱塑料管制造，有“中”字型(Ⅴ-Ⅴ剖示圖)、“井”字型(無(wú)圖)等結(jié)構(gòu)型式，其作用是把含有ZnO、pbO等煙塵爐氣或者將預(yù)熱含O2氣體，均布于酸浸氧化塔內(nèi)。
還原氧化爐A、熱交換器B、酸浸氧化塔C等三位一體，協(xié)同配合，同步操作，才能實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)低耗的目的。
長(zhǎng)期以來(lái)，用氧化鋅做原料制備硫酸鋅的傳統(tǒng)生產(chǎn)方法，是在用蒸氣加熱的攪拌槽中進(jìn)行的。即攪拌槽中配備好所需的硫酸用量，加入固體氧化鋅，蒸汽加熱攪拌浸出，把壓縮空氣鼓入ZnSO4浸液中，使Fe艸離子氧化成α-Fe2O3沉淀分離。生產(chǎn)實(shí)踐表明，該工藝及其操作方法存在下述問(wèn)題a/酸浸反應(yīng)不完全，渣量大，Zn的浸出率只有85～90%。
b/所得浸渣難于綜合回收利用，含pb較低，在5～20%上下。
c/室溫空氣氧化Fe艸離子不完全徹底，需要補(bǔ)加KMnO4、MnO2等氧化劑，原材料單耗高。
d/生產(chǎn)間斷進(jìn)行，勞動(dòng)生產(chǎn)率低，能源消耗大。
研究指出，室溫氧化鋅固體在較低的溫度(85～95℃)下進(jìn)行酸浸氧化反應(yīng)，缺乏良好的熱力學(xué)條件;氧化鋅的顆粒大又有團(tuán)聚現(xiàn)象，分散性差、比表面積小、化學(xué)活性低，雖有攪拌的作用，但缺乏基礎(chǔ)性的動(dòng)力學(xué)條件。因而，導(dǎo)致在酸浸氧化過(guò)程中的傳熱、傳質(zhì)、傳能等三傳效果很差，反應(yīng)緩慢而不完全徹底，從而產(chǎn)生了上述傳統(tǒng)生產(chǎn)中長(zhǎng)期存在的技術(shù)難題。
為了解決上述生產(chǎn)中長(zhǎng)期存在的技術(shù)難題，使用含ZnO、pbO等煙塵爐氣和/或氧化鋅做原料，進(jìn)行酸浸氧化的工藝是在本發(fā)明酸浸氧化塔中完成的。如上所述，還原氧化爐所產(chǎn)含有ZnO、pbO等煙塵爐氣的溫度高達(dá)200～300℃，所含ZnO、pbO等固體顆粒極細(xì)，分散性好，比表面積大，化學(xué)活性高等優(yōu)越化學(xué)性能，從熱風(fēng)管引入均布于塔內(nèi)，隨即上升，把一定濃度的酸浸液從進(jìn)料口加入，分散在填充物篩網(wǎng)上，往下滴落。于是在上下兩相流體相互逆流的接觸過(guò)程中，提供了最佳的熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)的條件，三傳效果好，酸浸氧化迅猛進(jìn)行，完全徹底。根據(jù)研究，F(xiàn)e艸離子的氧化脫鐵反應(yīng)Fe SO4+H2O+1/2O2＝1/2Fe2O3+H2SO4是氣液固之間的多相反應(yīng)，較高的反應(yīng)溫度與較大的接觸表面積，有利于氧化脫鐵反應(yīng)向右進(jìn)行。流動(dòng)在篩網(wǎng)條格上的ZnSO4浸液，形成巨大的接觸表面積(即篩網(wǎng)條格的總表面積)，比壓縮空氣鼓入浸液中產(chǎn)生氣泡的表面積大3～4個(gè)數(shù)量級(jí);溫度至少為150℃的上升氣流，煙塵中還有較高活性的富余氧和/或預(yù)熱含O2氣體的活性氧，使ZnSO4浸液中的Fe艸離子，完全徹底迅猛地氧化成α-Fe2O3而無(wú)需另加氧化劑。
調(diào)控從酸浸氧化塔進(jìn)料口加入酸浸液的濃度與流量，使從塔內(nèi)流出的ZnSO4浸液PH＝4.0～5.5。調(diào)節(jié)含O2氣體的溫度與流量，使塔頂空間溫度保持85～98℃。當(dāng)浸液與熱氣流進(jìn)行熱量交換的同時(shí)，產(chǎn)生一定數(shù)量的蒸汽，需從塔頂抽出保持出口壓力為-10～10mm水柱。用過(guò)濾機(jī)25過(guò)濾分離從塔內(nèi)流出來(lái)的ZnSO4浸液和浸渣。供以下工序使用。酸洗過(guò)濾-在攪拌槽27中，按前述浸渣酸洗的工藝條件，進(jìn)行酸洗，可用熱交換器B的鍋爐管8送來(lái)的蒸氣加熱。為了減少過(guò)濾量，生產(chǎn)中通常的做法是，將洗滌液與浸渣一起泵入濃密槽29，其底流用過(guò)濾機(jī)30進(jìn)行過(guò)濾，過(guò)濾后的洗滌液與濃密槽的上清液合并，返回酸浸氧化配制酸浸液，所得過(guò)濾渣即為鉛精礦，送鉛回收車間(或工段)綜合回收pb等有價(jià)元素或者烘干以商品出售。凈化過(guò)濾-ZnSO4浸液必須進(jìn)行深度凈化，硫酸鋅才能被廣泛應(yīng)用。采用公知技術(shù)〔1〕，在攪拌槽26中注入ZnSO4浸液，用鍋爐管出口7送來(lái)的蒸汽間接加熱至55～70℃，按浸液中含〔Zn〕重量的3～5%加粒度為-74um的鋅粉，攪拌反應(yīng)15～20min，乘熱立刻過(guò)濾，所得銅鎘渣留存處理。所得ZnSO4凈液送電解或其他應(yīng)用部門，或濃縮結(jié)晶以硫酸鋅產(chǎn)品出售。
圖1是聯(lián)產(chǎn)硫酸鋅與鉛精礦的工藝流程示意圖。
圖2是聯(lián)產(chǎn)硫酸鋅與鉛精礦的裝置示意圖。詳細(xì)說(shuō)明如下A還原氧化爐，B熱交換器，C酸浸氧化塔，25、28、30過(guò)濾機(jī)，26、27攪拌槽，29濃密槽，Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ是填充物22篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)的剖示圖，Ⅳ-Ⅳ，Ⅴ-Ⅴ分別是熱風(fēng)管21與熱氧管23的剖示圖。以下按順序號(hào)說(shuō)明1爐門、1爐體、3還原段、4隔墻、5氧化段、6煙塵爐氣、7鍋爐蒸汽出口、8鍋爐管、9鍋爐冷水進(jìn)口、10熱交換件、11熱交換器出口、12、13風(fēng)管、14爐尾出口、15熱交換器進(jìn)口、16熱風(fēng)出口、17冷風(fēng)進(jìn)口、18進(jìn)料口、19塔頂空間、20塔體、21熱風(fēng)管、22填充物、23熱氧管、24出料口、31出氣孔。Q1、Q2、Q3、為預(yù)熱含O2氣體分別送入還原段，氧化段與酸浸氧化塔內(nèi)的流量(Nm3/min)。各點(diǎn)溫度表示(無(wú)圖)t1還原段爐膛溫度、t2氧化段爐內(nèi)溫度、t3煙塵爐氣的爐尾出口與熱交換器進(jìn)口的溫度、t4煙塵爐氣的熱交換器出口與酸浸氧化塔熱風(fēng)管入口的溫度、t5塔頂空間溫度、t6預(yù)熱含O2氣體溫度、t7酸洗溫度、t8凈化溫度等。
實(shí)施例使用的原材料與裝置說(shuō)明如下本發(fā)明實(shí)施例使用的原料有1＃低品位鉛礦和2＃低品位氧化鋅礦，3＃含Zn高爐瓦斯泥(灰)，4＃含Zn冶金粉塵等入爐含Zn原料，其主要化學(xué)成份列入表1。用1＃按比例分別與2＃、3＃、4＃進(jìn)行配礦，所得入爐含Zn原料的主要化學(xué)成份列入表2，按定量比例稱取煤，焦炭等含碳物質(zhì)，與入爐含Zn原料一起進(jìn)行磨礦篩分，用實(shí)驗(yàn)室破磨設(shè)備粉碎到粒度-0.14mm，所得粉料加適量的紙漿廢液作粘結(jié)劑，以手捏成團(tuán)為準(zhǔn)，制得球團(tuán)礦在120～180℃以下烘干2h，供還原氧化爐使用。試驗(yàn)使用的工業(yè)濃硫酸從市場(chǎng)購(gòu)得，含95.30%H2SO4，市場(chǎng)購(gòu)得的鋅粉粒度-74mm，試驗(yàn)號(hào)9222與9224(即實(shí)施例1與2)使用外熱式還原氧化爐和預(yù)熱空氣，試驗(yàn)號(hào)9226與9228(即實(shí)施3與4)使用內(nèi)熱式還原氧化爐和預(yù)熱富O2空氣;與還原氧化爐協(xié)同配合同步操作的酸浸氧化塔分別是兩段式與一段式的爐體。還原氧化爐還原段爐膛的長(zhǎng)×寬×高＝850×500×400mm，用電加熱(外熱式)或不送電(內(nèi)熱式)，與還原段連通的氧化段爐膛的長(zhǎng)×寬×高＝600×500×400mm。爐體用耐火材料與鋼結(jié)構(gòu)件構(gòu)筑制造。用18×1.0mm總長(zhǎng)12m的冷撥無(wú)疑縫管(16Mn材質(zhì))制作鍋爐管，安置在氧化段內(nèi)。用耐火材料與鋼結(jié)構(gòu)件等圍砌熱交換器，用φ22×1.9＝0mm長(zhǎng)9.5m的冷撥無(wú)縫管(16Mn材質(zhì))制造熱交換件，安放在熱交換器內(nèi)。酸浸氧化塔的全部零部件都用不銹鋼制造，上段為φ500×1470mm，下段為φ500×1105mm，用φ5～20mm不銹鋼條焊成篩網(wǎng)，網(wǎng)孔為10～30mm的幾何圖形。上下兩篩網(wǎng)的間距為網(wǎng)條直徑的2～20倍，其網(wǎng)孔相互錯(cuò)位。用φ30×1.0不銹鋼管制造熱風(fēng)管與熱氧管，其上開(kāi)有眾多的φ4mm出氣孔。其他設(shè)備為實(shí)驗(yàn)室常用的設(shè)備，如真空泵、塑料桶、燒杯、溫度計(jì)、攪拌器、PH試紙等。以下，是實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例1試驗(yàn)號(hào)9222。前工段操作-使用表1所列低品位鉛礦1＃與低品位氧化鋅礦2＃，以1?！?＃＝16.5∶83.5的比例進(jìn)行配礦總重10.00kg做入爐含Zn原料，加含碳物質(zhì)(焦炭∶煤＝20∶80)1.95kg，把它們混合在一起進(jìn)行磨礦與篩分，得粒度-0.14mm粉料，加入適量紙漿廢液，以手捏成團(tuán)為準(zhǔn)，充分混捏，然后制成5～30mm球團(tuán)礦，在120～180℃下烘干2h，獲得干重11.35kg球團(tuán)礦，供還原氧化使用。將這些試驗(yàn)數(shù)據(jù)，列入表2和表3。后工段還原氧化操作-將干球團(tuán)礦11.35kg放入外熱式還原氧化爐的還原段3，如圖2所示，均勻攤開(kāi)送電升溫(按若為開(kāi)新?tīng)t，需預(yù)先送電加熱該裝置的各設(shè)備，爾后方可加入球團(tuán)礦)，將空氣經(jīng)預(yù)熱后以Q1、Q2、Q3的流量分別送至還原段、氧化段與酸浸氧化塔內(nèi)。當(dāng)還原段膛溫度升至600℃時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低輸入功率以防溫升過(guò)快，并保持在900～1100℃下還原反應(yīng)55min，Zn、pb等元素以氣態(tài)從球礦中被還原揮發(fā)出來(lái)，隨煙塵爐氣進(jìn)入氧化段，立刻與預(yù)熱空氣Q2反應(yīng)放出大量氧化熱，調(diào)控Q2的流量與溫度使?fàn)t溫保持1100～1500℃，調(diào)節(jié)壓入鍋爐管8的冷水用量使煙塵爐氣爐尾出口的溫度降至600～500℃，將室溫空氣鼓入熱交換件10中，進(jìn)一步使煙塵爐氣溫度降至300～200℃，送往酸浸氧化塔的熱風(fēng)管21，空氣預(yù)熱后溫度升至150～250℃，然后送往各需要點(diǎn)(若為富O2空氣，則用氧瓶輸出純氧，調(diào)控其含〔O2〕量)。以上試驗(yàn)條件列入表4。在熱交換器B的出口11處，均勻取重約5g的氧化鋅做試樣，其化學(xué)分析的主要化學(xué)成份列入表5中。酸浸過(guò)濾-酸浸氧化塔的操作要與還原氧化爐協(xié)調(diào)配合，同步操作。9222與9224試驗(yàn)號(hào)為兩段式酸浸氧化塔，而9226與9228號(hào)則為一段式的。依據(jù)表2至表5提供的數(shù)據(jù)用工業(yè)濃硫酸(含95.30%H2SO4)配備1.00molH2SO4酸浸液60.270升，以109ml/min流量從進(jìn)料口分散淋入，流過(guò)篩網(wǎng)往下滴落150～250℃煙塵爐氣含分散性好，化學(xué)活性高的ZnO、pbO等，進(jìn)入塔內(nèi)隨即上升，形成兩相流體相互逆流接觸，立刻反應(yīng)生成ZnSO4浸液與不可溶的pbSO4等浸渣，反應(yīng)迅猛完全徹底。從塔內(nèi)流出浸液PH＝5.0～5.3，過(guò)濾分離得浸液54.250升，含〔Zn〕30.97g/l，則酸浸直取率54.250×30.97÷1758＝95.61%(按如果把9228號(hào)洗滌液含Zn75.42g加入，則工藝流程Zn總?cè)÷?54.250×30.97+75.42)÷1758＝99.86%，可見(jiàn)酸浸反應(yīng)完全徹底)。酸浸液與熱氣流進(jìn)行熱量交換的同時(shí)，還會(huì)脫水產(chǎn)生一定數(shù)量的蒸汽，需從塔頂抽出保證出口壓力為-10～10mm水柱。以上試驗(yàn)參數(shù)及其結(jié)果，必須及時(shí)記錄，列入表6。酸洗過(guò)濾-在3升燒杯中配加0.30molH2SO4洗滌液160ml(即固液比1∶1)，在85～90℃的攪拌條件下，把上述全部過(guò)濾浸渣分散地加入，反應(yīng)45min。濃密過(guò)濾獲洗滌液1570ml，分析含Zn45.86g/l，洗滌液回收鋅45.86×1.57＝72.00g，作試驗(yàn)號(hào)9224配制酸浸液用。浸渣烘干稱重1574g，含pb51.86%，則pb回收率1574×51.86%÷815＝99.81%。將上述試驗(yàn)條件及其結(jié)果列入表7。凈化過(guò)濾-取上述過(guò)濾所得ZnSO4浸液(PH＝5.0～5.3)4000ml加入5升燒杯中，在電爐盤(pán)上加熱保溫55～70℃，攪拌下分兩次加鋅粉5g，反應(yīng)15～20min后，乘熱立刻過(guò)濾，所得ZnSO4凈液送電解，按正常生產(chǎn)的工藝條件進(jìn)行電解，獲得一級(jí)電鋅產(chǎn)品。凈化工藝條件，凈液與電鋅的雜質(zhì)元素含量，列入表8。
實(shí)施例2試驗(yàn)號(hào)9224。試驗(yàn)使用低品位鉛礦1＃與含Zn高爐瓦斯泥(灰)3＃、焦炭煤等含碳物質(zhì)，進(jìn)行配礦磨礦篩分、混捏制團(tuán)烘干、還原氧化等操作方法與過(guò)程與實(shí)施例1是一樣的，試驗(yàn)參數(shù)列入表2至表5。用9222號(hào)洗滌液(含Zn72.00g)加硫酸與水配備1.50molH2SO4的酸浸液41.320升(硫酸過(guò)量～6%)，進(jìn)行酸浸氧化操作，其操作方法與過(guò)程同實(shí)施例1一樣，試驗(yàn)條件及結(jié)果列入表6。酸洗過(guò)濾與凈化過(guò)濾等工序的操作方法與過(guò)程是公知技術(shù)，同實(shí)施例1一樣，試驗(yàn)條件及其結(jié)果，列入表7與表8。
實(shí)施例3試驗(yàn)號(hào)9226。入爐含Zn原料使用低品位鉛礦1＃、含Zn冶金粉塵4＃，參看表1。因使用富O2空氣含〔O2〕量為25%(用氧瓶供給部份氧氣)，故含碳物質(zhì)的配比提高到為入爐含Zn原料重量的31.6%，即10kg入爐含Zn原料配加3.16含碳物質(zhì)。配礦磨礦篩分與混捏制團(tuán)烘干等工序的操作方法及過(guò)程，同實(shí)施例1一樣，試驗(yàn)參數(shù)列入表2與表3。試驗(yàn)號(hào)9226與9228，都用內(nèi)熱式還原氧化爐，與之協(xié)同配合同步操作的酸浸氧化塔采用一段式爐體(即Q3＝0)，它們的操作方法與過(guò)程同實(shí)施例1一樣，試驗(yàn)條件及其結(jié)果列入表4至表6中。酸洗過(guò)濾與凈化過(guò)濾，同實(shí)施例1一樣，試驗(yàn)條件及其結(jié)果列入表7與表8。
實(shí)施例4試驗(yàn)號(hào)9228。用低品位鉛礦1＃、低品位氧化鋅礦2＃、含Zn高爐瓦斯泥(灰)3＃，參見(jiàn)表1，以1?！?＃∶3＃＝15∶45∶40的比例配礦，10kg入爐含Zn原料配加含碳物質(zhì)4.26kg，把它們一起磨礦篩分，其他操作同實(shí)施例1與3一樣，試驗(yàn)參數(shù)列入表2和表3。同實(shí)施例3一樣，還原氧化與酸浸過(guò)濾等工序的操作方法與過(guò)程是一樣的，試驗(yàn)條件及其結(jié)果列入表4至表6。酸洗過(guò)濾與凈化過(guò)程是采用公知技術(shù)，同實(shí)施例1是一樣的，試驗(yàn)條件及其結(jié)果列入表7與表8，經(jīng)電解驗(yàn)證，同樣可以得到一級(jí)電鋅產(chǎn)品。
以上實(shí)施例1至4表明，本發(fā)明聯(lián)產(chǎn)硫酸鋅與鉛精礦的工藝與裝置，Zn的直接酸浸率達(dá)95%以上，工藝流程Zn總收率平均為99.97%(含洗滌液中的Zn);鉛精礦的品位達(dá)51～70%pb，其回收率平均為99.65%;硫酸鋅經(jīng)電解驗(yàn)證，產(chǎn)品質(zhì)量上乘，可廣泛用于各工業(yè)部門，試驗(yàn)效果較好，試驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定，重現(xiàn)性好。
附表說(shuō)明表1 含Zn原料的主要化學(xué)成份。
表2 入爐含Zn原料的主要化學(xué)成份。
表3 混捏制團(tuán)的主要參數(shù)。
表4 還原氧化的主要操作條件。
表5 氧化鋅的主要化學(xué)成份。
表6 酸浸氧化的試驗(yàn)條件及其結(jié)果。
表7 酸洗過(guò)濾的條件及其結(jié)果。
表8 凈化過(guò)濾的條件及其結(jié)果。
主要參考資料1、江西有色冶煉加工廠等濕法煉鋅“中浸、轉(zhuǎn)化、酸洗”三段新工藝工業(yè)性試驗(yàn)報(bào)告，浙江冶金1977.1.1-38。
2、專利技術(shù)有(參見(jiàn)浙江冶金 1977.1.45-76)西德專利2406394。轉(zhuǎn)化法提取鐵渣中的鋅、銅、鎘。
日本特許昭48-7961含金、銀、銅、鉛等的鋅浸出渣的濕法處理。
美國(guó)專利3143486。熱壓法從鋅廠殘?jiān)厥珍\。




權(quán)利要求
1.聯(lián)產(chǎn)硫酸鋅與鉛精礦的工藝，包括配礦磨礦篩分、混控制團(tuán)烘干、還原氧化、酸浸過(guò)濾、酸洗過(guò)濾、凈化過(guò)濾等工序，其特點(diǎn)是使用低品位鉛礦、鉛精礦等含Pb物質(zhì)中至少一種，與低品位氧化鋅礦、鉛鋅選礦的尾礦、含Zn高爐瓦斯泥(灰)、含Zn冶金粉塵等含Zn原料中至少一種，按比例進(jìn)行配礦，所得入爐含Zn原料要求[Zn+Pb]≥15～45%，其中[Pb]/[Zn]≥45～15%，并且隨[Zn+Pb]含量的逐漸增加，[Pb]/[Zn]之比值可以逐漸減少。
2.根據(jù)權(quán)利要求1，煤、焦炭等含碳物質(zhì)可與入爐含Zn原料一起進(jìn)行配礦磨礦篩粉，其用量為入爐含Zn原料重量的18～48%，且當(dāng)使用的還原氧化爐為外熱式取18-30%，內(nèi)熱式取28-48%。
3.依據(jù)權(quán)利要求1與2，還原氧化的工藝特點(diǎn)是還原氧化爐的還原段爐膛溫度900～1100℃，含ZnO、PbO等煙塵爐氣的爐尾出口溫度600～500℃，含O2氣體進(jìn)入爐內(nèi)的溫度150～250℃，其含[O2]量為20～35%，優(yōu)選空氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3，熱交換器的工作特點(diǎn)是，含ZnO、PbO等煙塵爐氣的進(jìn)口溫度600～500℃，經(jīng)熱交換冷卻后的出口溫度300～200℃;室溫含O2氣體預(yù)熱至150-250℃后，分別送往還原氧化爐的還原段與氧化段以及酸浸氧化塔內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4，使用含ZnO、PbO等煙塵爐氣和/或氧化鋅原料，進(jìn)行酸浸氧化的工藝條件是a)酸浸液的濃度1.00～3.00molH2SO4，其用量為理論用量的1.01～1.10倍，可以使用浸渣的洗滌液、上清液等配制;b)從酸浸氧化塔內(nèi)流出的ZnSO4浸液PH＝4.0～5.5;c)其塔頂空間溫度35～98℃，廢氣出口壓力為-10～10mm水柱。d)送入塔內(nèi)含ZnO、PbO等煙塵爐氣的溫度300～200℃，而進(jìn)入塔內(nèi)含O2氣體的溫度150～250℃，其含(O2)量為20～35%，優(yōu)選空氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5，浸渣酸洗過(guò)濾的特點(diǎn)是，酸洗液的濃度0.20～0.50molH2SO4，固液比1∶1.00～2.00，反應(yīng)溫80～95℃，酸洗時(shí)間20～45min。
7.聯(lián)產(chǎn)硫酸鋅與鉛精礦的裝置，包括配礦、磨礦、篩分的設(shè)備，混控、制團(tuán)、烘干的設(shè)備，還原氧化爐、熱交換器，酸浸氧化塔，過(guò)濾機(jī)，攪拌槽，濃密槽等設(shè)備組合的裝置，其特點(diǎn)是還原氧化爐、熱交換器、酸浸氧化塔等緊密相連融合一體與同步操作連續(xù)生產(chǎn)的。
8.依據(jù)權(quán)利要求7，還原氧化爐的特點(diǎn)，包括還原段與氧化段等至少兩個(gè)爐段緊密相連與貫通一體的，用耐火材料與鋼結(jié)構(gòu)件等構(gòu)筑制造的爐體，前有爐門，后有爐尾出口，爐內(nèi)用隔墻分開(kāi)為還原段與氧化段，都有風(fēng)管與爐內(nèi)相通，在氧化段爐內(nèi)裝置鍋爐管，冷水由入口壓進(jìn)，產(chǎn)生的鍋爐蒸汽從出口輸出。
9.本發(fā)明酸浸氧化塔的特點(diǎn)，包括至少有一段是由塔體，塔體內(nèi)由上至下有進(jìn)料口、塔頂空間，填充物、熱風(fēng)管(或熱氧管)、出料口等零部件組成的裝置，優(yōu)選有該類似結(jié)構(gòu)的兩段式的裝置。
10.依據(jù)權(quán)利要求7與9，酸浸氧化塔內(nèi)的填充物是一種重迭循環(huán)的篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)，用條形物編織成網(wǎng)，網(wǎng)孔是正方形、長(zhǎng)方性、平行四邊形等幾何圖形，相鄰兩篩網(wǎng)的間距是網(wǎng)條直徑的2-20倍，優(yōu)選上下網(wǎng)孔相互錯(cuò)位。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種聯(lián)產(chǎn)硫酸鋅與鉛精礦的工藝與裝置，屬于濕法冶金與化工行業(yè)等技術(shù)領(lǐng)域，使用低品位氧化鋅礦，含Zn高爐瓦斯泥(灰)，含Zn冶金粉塵、低品位鉛礦、鉛鋅選礦的尾礦等物質(zhì)做原料，把火法工藝與濕法處理融會(huì)一體，連續(xù)生產(chǎn)，制取能電解獲得一級(jí)電鋅產(chǎn)品的硫酸鋅，原材料單耗與能源消耗都較低，同時(shí)獲得含Pb品位50％以上的鉛鋅礦，工藝流程Zn、Pb總收率都達(dá)99％以上。
文檔編號(hào)C22B19/00GK1107895SQ94103059
公開(kāi)日1995年9月6日 申請(qǐng)日期1994年3月2日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月2日
發(fā)明者張振逵 申請(qǐng)人:張振逵