锌冶炼工艺技术及应用的探析

  ,孙富斌,刘超,张存禧,李鑫

青海西豫有色金属有限公司

摘要：锌是一种非常重要的金属元素，在现代工业生产中有着非常广泛的应用。我国锌资源储量非常丰富，现阶段对锌矿产资源的开采量每年增加很快。而锌冶炼工艺技术确保锌冶炼质量的重要手段，因此为了提升锌冶炼工艺技术水平，本文概述了锌冶炼，对锌冶炼工艺技术及其应用进行了探讨分析。

关键词：锌冶炼；金属；工艺技术；应用

锌是重要的有色金属，其广泛应用于汽车、船舶、机械、电子、医药等行业。据相关统计分析，现代工业所消耗的有色金属中锌居第三位。我国是铅锌生产大国也是消费大国，有许多铅锌冶炼企业，但工艺技术水平参差不齐。而湿法冶金在金属矿产资源冶炼过程中发挥着重要作用，基于此，以下就锌冶炼工艺技术及应用进行了探讨分析。

一、锌冶炼的概述

锌作为一种金属原料，在现代工业之中的用途非常广泛。我国锌储量较为丰富，连续多年锌产量都在国际市场占有首要位置。锌冶炼是将锌精矿转化为纯锌的过程。从历史上看，锌的熔炼比其他金属的熔炼更加困难，因为相比之下，锌的沸点低。在通常用于冶炼金属的温度下，锌是一种气体，它将与烟气一起从熔炉中逸出并损失掉，除非采取特殊措施加以防止。最常见的锌精矿是硫化锌，是通过使用泡沫浮选法浓缩闪锌矿而获得的。次级（回收的）锌材料，例如氧化锌，也与硫化锌一起加工。生产的所有锌中约有30％来自回收来源。

二、锌冶炼工艺技术的分析

锌金属在冶炼中分为锌火法冶炼工艺和锌湿法冶炼工艺，以下分别简要说明：

1、锌火法冶炼工艺。过去锌火法冶炼工艺有平罐和竖罐炼锌、密闭鼓风炉炼锌和电热炉法炼锌等。平罐炼锌法现已基本淘汰，竖罐炼锌也仅有少数中小炼锌企业采用。密闭鼓风炉炼锌法，简称为ISP法，是一种可以同时冶炼铅、锌的方法，具有原料适应性强、工艺流程简化、生产成本低等优点，但它同时也存在炉内易长炉结、炉顶以及耐火砖的使用寿命短、喷淋炉壳烧穿跑渣等问题。电炉炼锌工艺，是利用电能转化为热能进行还原挥发冶炼氧化锌物料，得到锌蒸汽经冷凝获得粗锌的一种锌火法冶炼工艺方法。冷凝器是电炉炼锌的关键设备，冷凝系统的设计关乎生产的稳定性和安全性，可以通过数值模拟来模拟冷凝器流场，直流电炉有可能成为下一步电炉炼锌的主体设备，需要数值模拟技术来研究电炉内部的运行工况。

2、锌湿法冶炼工艺。锌湿法冶炼的优势在各个领域起到了积极推广的作用。由于锌金属在湿法冶炼过程中的优势，得益于完美体现，因此锌金属用湿法冶炼占全球总产的85%以上。锌湿法冶炼工艺主要是指锌冶炼电解，其步骤为：浸出、纯化、电解以及熔融和浇铸。具体表现为：

（1）浸出。其是通过双重浸出的过程来实现。首先在中性或弱酸性溶液中浸出煅烧钙，以便从氧化锌中浸出锌。然后将剩余的煅烧炉浸入强硫酸中，以从氧化锌和铁酸锌中浸出其余的锌。该过程的结果是固体和液体，液体中含有锌，通常被称为浸出产品；固体称为浸出残渣，其中包含作为副产品出售的贵金属（通常是铅和银）。强酸浸出的浸出产物中也有铁，还有浸出产品中的镉、铜、砷、锑、钴等，因此需要对其进行纯化。

（2）纯化。纯化过程是利用胶结过程进一步纯化锌。它使用锌粉和蒸汽去除铜、镉、钴和镍，而铜、镉、钴和镍会干扰电解过程。纯化后，这些杂质的浓度限制为小于每升0.05毫克。纯化通常在大型搅拌罐中进行。该过程在40至85°C的温度范围内进行，副产物被出售以进一步精制。硫酸锌溶液必须非常纯，才能使电解沉积完全有效。杂质可以将分解电压改变到足以使电解池产生大量氢气而不是产生锌金属的程度。

（3）电解。该步骤是通过电解沉积法从纯化的硫酸锌溶液中提取锌，该过程通过使电流流过一系列单元中的溶液而起作用。这导致锌沉积在阴极（铝片）上，氧在阳极形成。硫酸也在此过程中形成，并在浸出过程中重新使用。每隔24到48小时，关闭每个电池，取出并冲洗镀锌的阴极，并从铝板上机械剥离锌。电解锌冶炼厂包含多达数百个电解槽。一部分电能转化为热量，从而提高了电解质的温度。电解池在30至35℃的温度范围内和大气压下工作。一部分电解质连续循环通过冷却塔，以通过蒸发水冷却和浓缩电解质。然后将冷却并浓缩的电解质再循环到电池中。锌湿法冶炼时，此过程约占所有能源消耗的三分之一。

（4）熔铸。结合所需要生产的产品类型，从电沉积工厂出来的锌阴极可以在铸造厂中进行转化。锌阴极在感应炉中熔化，然后浇铸成可销售的产品，例如铸锭。可以添加其他金属和合金成分以生产用于压铸或一般镀锌应用中的含锌合金。最后，可以使用专门设计的绝缘容器将熔融锌运输到附近的转化工厂或第三方。

三、锌冶炼工艺技术的应用分析

本文以锌湿法冶炼常用净化除钴技术为例进行说明。

1、锌粉置换法。（1）砷盐净化法。砷盐净化法通常分为两个周期：第一主要针对铜与钴等杂质，在80~90℃条件下添加适量的锌粉作用进行去除；第二是在低温条件下添加适量的锌粉，清除返溶残镉。通过前后两个周期的处理，可以达到比较理想的杂质去除效果。但是在实际操作中因为第一阶段的工艺操作比较复杂，再加上净化过程中有极大的可能会产生有毒气体，对生产人员的人身安全威胁比较大，以及残渣中的砷还会造成二次污染，因此应用比较少。（2）锑盐净化法。锑盐净化法与砷盐净化法原理相似，只是选择锑盐为原材料。在净化处理的第一个阶段，需要在低温条件下添加适量的锌粉，去除铜、镉等杂质；第二阶段则是在高温条件下，添加适量的锌粉与锑盐，去除钴与镍等杂志。在实际操作中，受锌湿法冶炼工艺条件影响，所需要的锑盐数量不同，可进行灵活调节。相比砷盐净化法，锑盐净化法操作流程更加简单，具有较高的安全性，且不会对环境造成污染，是目前国内应用最为广泛的一种净化去钴的方法。

2、黄药净化除钴法。黄药为一种有机试剂，在锌湿法冶炼净化除钴工艺中比较常见的是黄原酸钾与黄原酸钠，可以达到良好的净化效果。结合实践经验来看，乙基钠黄药净化除钴工艺效果显著，对于含有硫酸铜的溶液，向其中添加适量的乙基钠黄药，会有磺酸钴析出沉淀，达到良好的净化效果。正常情况下，在酸性溶液中黄药反应明显，当反应温度达到50℃条件时，会表现出分解状态，导致黄药的耗量增加，同时除钴效果会降低，因此应合理控制反应温度在45~50℃为宜。另外，黄药价格昂贵，选择此种方法进行净化除钴会导致生产成本增加，以及净化处理过程中还会伴有强烈的恶臭气体产生，为生产人员的身体健康有着一定威胁。

3、β-萘酚净化除钴法。该方法属于有机试剂除钴法，处理时是将适量的β-萘酚溶液添加到去除铜与镉的溶液内，进行大约10min的搅拌后，继续向内加入废电积液，待溶液温度达到65~75℃时，继续添加酸度为0.5g/L的硫酸，然后搅拌60min，观察发现溶液内有蓬松状红褐色络合物沉淀析出。该种方法比较易操作，反应速度快，并且具有非常高的除钴率，反应后产生的残渣也比较少。

结束语

综上所述，锌作为优质的金属工业原料，对促进工业发展具有重要作用。目前我国锌冶炼以传统湿法工艺为主，占总产量的85%以上。随着国家节能环保压力的增大与资源回收利用要求的提高，必须加快锌产业转型升级、促进锌冶炼工艺技术进步，因此对锌冶炼工艺技术及应用进行分析具有重要意义。

参考文献

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