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氧化鋅火法冶金技術(shù)
發(fā)布時(shí)間：2020-03-28
一、金屬浴熔融還原法
金屬浴熔融還原法是近10年蓬勃發(fā)展起來(lái)的冶金新技術(shù)，其中含碳球團(tuán)鐵浴熔融還原法是非高爐煉鐵中的主要研究工藝之一。金屬浴熔融還原法，除具有氧化物(或含碳氧化物球團(tuán))快速還原，能量利用好等特點(diǎn)外，金屬浴本身自帶的大量顯熱，以及其良好的熱傳遞能力，能快速補(bǔ)充氧化物還原所消耗的熱量，促進(jìn)氧化物的還原反應(yīng)，這也是其特點(diǎn)之一。國(guó)外20世紀(jì)80年代末開(kāi)展了利用鐵或鐵浴來(lái)還原揮發(fā)氧化鋅的研究。日本伊藤聰、澳大利亞Rankin和加拿大Donald作了這方面的研究，這些都為金屬浴熔融還原法處理氧化鋅礦提供了依據(jù)和參考。由于氧化鋅礦中都伴隨著一定量的鉛，當(dāng)采用鐵浴或鐵熔點(diǎn)以上的溫度處理時(shí)，這些鉛基本全部揮發(fā)，使收集物產(chǎn)品質(zhì)量大為降低，所以實(shí)現(xiàn)氧化鋅礦中的鋅、鉛分離是得到高品位氧化鋅粉的關(guān)鍵。采用鐵浴熔融還原法對(duì)含鉛量高的含鋅鉛粉塵處理后證實(shí)，收集物中ZnO含量?jī)H70%，沒(méi)有達(dá)到處理的效果，后采用廢鋁形成鋁浴替代鐵浴，實(shí)現(xiàn)氧化鋅的熔融還原，收集物中ZnO含量達(dá)92.523%，初步實(shí)現(xiàn)了鋅鉛分離及粉塵處理。鋁浴熔融還原法的特點(diǎn)：鋁的熔化溫度很低(660℃)，其傳熱能力很強(qiáng)，可在較低溫度下選擇還原溫度，既達(dá)到氧化鋅快速還原，而Pb又不揮發(fā)的目的。
（一）鐵浴熔融還原法(下面簡(jiǎn)稱“鐵浴法”)
鐵浴法處理氧化鋅礦的原理類似鐵氧化物鐵浴還原的機(jī)理。鐵浴法中氧化鋅的還原方式多于其它火法工藝，而且氧化鋅的還原是耗熱過(guò)程，鐵浴法的溫度高，傳熱方式主要是傳導(dǎo)傳熱，熱傳遞速度快，并充分利用鐵水的顯熱，所以鐵浴法中氧化鋅還原反應(yīng)速度很快。鐵浴法中氧化鋅會(huì)發(fā)生以下反應(yīng)：
(ZnO)+Cs＝Zn(g)+CO (1)
(ZnO)十CO＝Zn(g)+CO2 (2)
C+CO2＝2CO (3)
(ZnO)+[C]＝Zn(g)+CO (4)
C＝[C] (5)
(ZnO)+Fe＝Zn(g)+(FeO) (6)
式中Zn－代表熔渣中的氧化鋅；
Cs－代表固體碳；
[C]－代表鐵浴中飽和碳。
（二）鋁浴熔融還原法(簡(jiǎn)稱“鋁浴法”)
鋁浴法中氧化鋅主要是以含碳球團(tuán)的方式進(jìn)行還原。對(duì)鋁浴中純氧化鋅球團(tuán)以及含碳氧化鋅球團(tuán)還原的研究結(jié)果表明：鋁浴在1000～1250℃溫度范圍內(nèi)基本不參與氧化鋅的還原，有鋁浴存在時(shí)含碳球團(tuán)的還原速度快于無(wú)鋁浴存在。由于氧化鋅還原時(shí)強(qiáng)吸熱反映，提高溫度有利于還原，但提高溫度也會(huì)提高鉛的蒸汽壓，加大船的揮發(fā)，導(dǎo)致鉛及其氧化物進(jìn)入收集物中，鋁浴法就是針對(duì)這一特點(diǎn)，利用鋁熔點(diǎn)低、傳熱能力強(qiáng)的特點(diǎn)，是氧化鋅在低溫下也能獲得足夠熱量，從而既能達(dá)到快速還原，又能降低鉛揮發(fā)的目的。
二、電爐法
電爐法是采用電爐冶煉，在電爐中還原氧化鋅。電爐法要求氧化鋅礦的鋅品位很高，鉛含量及其它雜質(zhì)要非常低，入爐料為粉料，還原要求冶金焦，電爐處理法的原料條件要求嚴(yán)格，目前我國(guó)大部分氧化鋅礦低品位難選氧化礦，這種原料條件很難再眾多廠家實(shí)現(xiàn)。
三、韋氏爐法和回轉(zhuǎn)窯法
韋氏爐法和回轉(zhuǎn)窯法主要處理低品位難選礦物，原料條件不限，但由于經(jīng)濟(jì)效益的緣故，也要求原料中Zn含量大于15%。韋氏爐法和回轉(zhuǎn)窯法的爐料在還原過(guò)程中基本保持原有形狀，不能發(fā)生軟化或熔化；冶煉溫度低，反映多是氣－固相反應(yīng)，冶煉周期較長(zhǎng)；冶煉的熱量均來(lái)自煤燃燒，傳熱方式主要是對(duì)流傳熱，能力利用率低。電爐處理法的冶煉溫度高，原料為粉料并快速熔化；反映有氣－固相反應(yīng)和液－氣相反應(yīng)等；冶煉的熱量來(lái)自電能轉(zhuǎn)化，傳熱方式主要是輻射傳熱，故要求反應(yīng)封閉體內(nèi)進(jìn)行，能力利用率高。
