1、 焙燒目的 硫化鋅精礦焙燒過程是在高溫下借助于空氣中的氧進行的氧化的過程。焙燒的目的與要求決定于下一步的生產流程，各具特點。 火法煉鋅(蒸餾法) ： 是在焙燒時實行死焙燒(氧化焙燒)，盡可能地除去全部硫，以及盡可能完全使鉛、鎘、砷、銻揮發除去，得到主要由金屬氧化物組成的焙砂，使以后蒸餾時可以得到較高質量的鋅錠。產出濃度足夠大的SO2煙氣以供生產硫酸。含鎘與鉛多的煙塵作為煉鎘原料。3.2 硫化鋅精礦的焙燒 鼓風爐煉鋅： 通過燒結機進行燒結焙燒，既要脫硫、結塊，還要控制鉛的揮發。精礦中含銅較高時，要適當殘留一部分硫，以便在熔煉中制造冰銅。 2) 使砷與銻氧化并以揮發物狀態從精礦中除去； 濕法煉鋅：

2、 1) 盡可能完全地氧化金屬硫化物并在焙砂中得到氧化物及少量硫酸鹽(34%SSO4)，實行部分硫酸鹽化焙燒，焙砂中少量硫酸鹽以補償電解與浸出循環系統中硫酸的損失； 3) 在焙燒時盡可能少地得到鐵酸鋅； 4) 得到SO2濃度大的焙燒爐氣以制造硫酸； 5) 得到細小粒子狀的焙燒礦以利于浸出的進行。（Zn-S-O系基本反應）反應lgK900K1000K1100K1200K1300KZnS+2O2=ZnSO4(,)26.606922.158018.613915.673013.20633 ZnSO4(,)ZnO2ZnSO4+SO2+1/2O2-3.9775-2.1197-0.86860.15071.00

3、803ZnS+11/2O2= ZnO2ZnSO4+SO275.843164.354454.973147.169740.62711/2(ZnO2ZnSO4)=3/2ZnO+SO2+1/2O2-5.2601-3.3944-1.8799-0.62670.4237ZnS+3/2O2=ZnO+SO221.774319.188517.071115.305413.8248Zn(氣,液) + SO2 = ZnS + O2-6.8524-6.3161-5.8755-5.5891-5.67132Zn(氣,液) + O2 = 2ZnO29.843825.744822.391219.432616.30703.2.1

4、硫化鋅精礦焙燒的熱力學基礎Zn-S-O系等溫平衡狀態圖 當焙燒溫度一定時，焙燒過程中鋅的存在形態取決于pSO2和pO2。 不同氣氛生產不同的產物。Zn-S-O系等溫平衡狀態圖1300K 當氣相組成不變，改變焙燒溫度時，也可改變焙燒產物中鋅存在的形態。 提高溫度有利于ZnO的生成！Zn-Fe-S-O系氧勢-溫度平衡圖（PSO2=0.1 atm） 當溫度一定時，ZnS氧化順序是： ZnO-ZnO2ZnSO4-ZnSO4火法煉鋅空氣過剩系數為 1.051.10。濕法煉鋅空氣過剩系數為 1.201.30。Zn-Fe-S-O系氧勢-溫度平衡圖（PSO2=0.1 atm） 當PSO2=0.1 atm ，

5、PO2=10132.520265 Pa 時， 1203K 當 T 1203K（930）時，ZnO穩定。 當 T 1203K（930）時，ZnO穩定。 當 T 1203K（930）時， ZnO2ZnSO4穩定。 當 T 1143K（870）時，ZnSO4穩定。Zn-Fe-S-O系氧勢-溫度平衡圖（PSO2=0.1 atm） 當PSO2=0.1 atm ， PO2=10132.520265 Pa 時， 1180K 當 T ZnO2ZnSO4、Fe2O3Zn-Fe-S-O系氧勢-溫度平衡圖（PSO2=0.1 atm） 當PSO2=0.1 atm ， PO2=10132.520265 Pa 時， 11

6、43K 當 T ZnO2ZnSO4、Fe2O3 當 T ZnSO4、Fe2O3 濕法煉鋅的焙燒溫度一般控制在870900 當進行硫酸化焙燒時，進行下列反應： ZnSO4 = ZnO + SO3 ZnO2ZnSO4 = 3ZnO + 2SO3 SO2 + 1/2O2 = SO3 體系的總壓pT為 圖3-6 硫酸鹽分解壓與溫度關系濕法焙燒溫度： 高于A、A 低于B、B ZnOZnSO4穩定火法焙燒溫度： 高于B、B ZnO穩定 鋅精礦的焙燒是一個復雜過程，存在著氣-固反應，固-固反應以及固-液反應；除有一般的化學環節，還包括吸附、解吸、內擴散、外擴散等物理環節和晶核的生成、新相的成長等化學晶形轉變

7、等現象。另外，焙燒時還會出現穩定的中間化合物和多種硅酸鹽、鐵酸鹽、硫酸鹽等。3.2.2 硫化鋅精礦焙燒動力學1、硫化鋅精礦的著火溫度 著火溫度決定于硫化物的物理與化學性質以及外界因素。著火溫度可粗略作為劃分焙燒反應的速度和控制環節的標志。 氧通過顆粒周圍的氣膜向其表面擴 散(外擴散)；(2) 氧通過顆粒表面的氧化物層向反應 界面擴散(內擴散)；(3) 在反應界面上進行化學反應；(4) 反應的產物SO2向著與氧相反方向 的擴散。 2、焙燒反應的機理與速度 鋅冶金學 Zinc Metallurgy3、影響鋅精礦焙燒反應速度的因素 影響焙燒反應速度的因素主要有：溫度、氧氣濃度、氣流速度、精礦粒度、精

8、礦品位等。 對于硫化鋅礦氧化焙燒而言，決定反應速度的環節是氣膜中氧的擴散和界面反應。(P138 表3-2) 在830以下時，界面反應的阻力占主要地位； 在880以上時，氣膜傳質的阻力占絕對優勢。 顆粒粒度的減小有利于界面反應，也有利于擴散過程，但不能過小，否則增加煙塵率。 硫化鋅精礦焙燒時各成分的行為(1) 硫化鋅 硫化鋅以閃鋅礦或鐵閃鋅礦(nZnSmFeS)的形式存在于鋅精礦中。焙燒時硫化鋅進行下列反應： ZnS + 2O2 ZnSO4 (1) 2ZnS + 3O2 2ZnO + 2SO2 (2) 2SO2 + O2 2SO3 (3) ZnO + SO3 ZnSO4 (4) (2) 二氧化硅

9、(SiO2) 硫化鋅精礦中往往含有28SiO2，多以石英礦物形態存在，在焙燒過程中易與金屬氧化物生成可溶性硅酸鹽，在浸出時溶解進入溶液，形成硅酸膠體。 鉛的存在能促使硅酸鹽生成，促使精礦熔結，妨礙焙燒進行。熔融狀態的硅酸鉛可以溶解其他金屬氧化物或其硅酸鹽，形成復雜的硅酸鹽。(3) 硫化鉛(PbS) 鉛在硫化鋅精礦中存在的礦物形式，稱為方鉛礦。硫化鉛在空氣中焙燒時鉛可被氧化為PbSO4 和 PbO 。 硫化鉛和氧化鉛在高溫時具有大的蒸氣壓，能夠揮發進入煙塵，因此可采用高溫焙燒來氣化脫鉛。 鉛的各種化合物熔點較低，容易使焙砂發生粘結，影響正常的沸騰焙燒作業的進行。 (4)硫化鐵 鋅精礦中主要的硫化

10、鐵礦有黃鐵礦（FeS2）、磁硫鐵礦(FenSn+1)和復雜硫化鐵礦，如鐵閃鋅礦(nZnSmFeS)、黃銅礦(FeCuS2)，砷硫鐵礦(FeAsS)等。 焙燒結果是得到Fe2O3與Fe3O4。由于FeO在焙燒條件下繼續被氧化以及硫酸鐵很容易分解，故可以認為焙燒產物中沒有或極少有FeO與FeSO4存在。(1) 加速焙燒作業，縮短反應時間； (2)增大爐料的粒度，以減小ZnO與Fe2O3顆粒的接觸的表面； (3) 將鋅焙砂進行還原沸騰焙燒(采用雙室沸騰爐)，用CO 還原鐵酸鋅，破壞鐵酸鋅的結構而將ZnO析出。 3(ZnO Fe2O3) + CO = 3ZnO + 2 Fe3O4 + CO2鐵酸鋅的生

11、成、危害與防治 當溫度在600以上時，ZnO與Fe2O3按以下反應形成鐵酸鋅： ZnO + Fe2O3 = ZnO Fe2O3 對于濕法煉鋅廠來說，力求在焙燒中避免鐵酸鋅的生成。 (5) 銅的硫化物 銅在鋅精礦中存在的形式有輝銅礦(CuS)、黃銅礦(CuFeS2)、銅藍(Cu2S)等。在高溫下焙燒時銅主要以自由狀態的Cu2O存在，部分為結合狀態的氧化銅(Cu2OFe2O3)及自由狀態或結合狀態的氧化銅。 (6) 硫化鎘 鎘在鋅精礦中常以硫化鎘的形式存在，在焙燒時被氧化生成CdO和CdSO4。CdSO4在高溫下分解生成CdO，與CdS揮發進入煙塵，成為提鎘原料。(8) Bi、Au、Ag、In、G

12、e、Ga等的硫化物 Bi、In、Ge、Ga等的硫化物在焙燒過程中生成氧化物，以氧化物的狀態存在于焙燒產物中， Au和Ag主要以金屬狀態存在于焙燒產物中。(7) 砷與銻的化臺物 在鋅精礦中存在的砷、銻化合物有硫砷鐵礦(即毒砂 FeAsS)、硫化砷(As2S3)、輝銻礦(Sb2S3)，在焙燒過程中生成 As2O3、Sb2O3以及砷酸鹽和銻酸鹽。 As2S3 、Sb2S3 、As2O3、Sb2O3容易揮發進入煙塵，砷酸鹽和銻酸鹽是穩定化合物殘留于焙砂中。 硫化鋅精礦的焙燒多采用沸騰爐焙燒。 沸騰焙燒是使空氣以一定速度自下而上地吹過固體爐料層，固體爐料粒子被風吹動互相分離，并作不停的復雜運動，運動的粒

13、子處于懸浮狀態，其狀態如同水的沸騰，因此稱為沸騰焙燒。 3.2.3 焙燒生產實踐 沸騰焙燒爐內料層溫度高達8501150，爐內熱容量大且均勻。由于固體粒子可以較長時間處于懸浮狀態，反應速度快、傳熱傳質效率高、溫差小、料粒和空氣接觸時間長，使焙燒過程大大強化。 沸騰爐所用設備簡單，易于實現自動化控制。沸騰焙燒的應用始于1944年，當時應用于硫鐵礦的焙燒，1952年才應用到煉鋅工業中。我國于1957年末建成第一座工業沸騰焙燒爐并投入生產。3.2.3.1 硫化鋅精礦沸騰焙燒的理論基礎 1、固體流態化的特征 沸騰焙燒的基礎是固體流態化。當氣體通過固體爐料層時，由于氣體的速度不同可分為三個階段：即固定床

14、、膨脹床及流態化床，如圖a所示，圖b為直線速度與床層壓力降的關系圖。圖a 吹風速度對爐料層狀態的影響 圖b 直線速度與床層壓力降的關系圖2、沸騰層的鼓風壓力與鼓風量 在固定層高度不變時粒徑增大沸騰層的臨界直線速度也增大（即臨界鼓風量也增大），而沸騰層的壓力降不變。3.2.3.2 硫化鋅精礦沸騰焙燒的工藝和設備1、沸騰焙燒的工藝 沸騰焙燒的工藝過程一般包括爐料準備及加料系統、爐本體系統、收塵及氣體處理系統和排料系統四個部分。 爐料準備包括配料、干燥、破碎與篩分。 沸騰焙燒爐的加料方式有干法加料與濕法加料兩種。 沸騰焙燒所得焙燒礦自沸騰層溢流口排出，排出后多采用冷卻圓筒進行冷卻。焙燒礦可采用濕法和干法兩種輸送方式。 鋅冶金學 Zinc Metallurgy2、沸騰焙燒的工藝 硫化鋅精礦的焙燒可采用反射爐、多膛爐、復式爐（多膛爐與反射爐的結合）、飄懸焙燒爐和沸騰焙燒爐。 目前采用的沸騰焙燒爐有帶前室的直形爐、道爾型濕法加料直型爐和魯奇擴大型爐三種類型，多采用擴大型的魯奇爐（Lurgi爐，又稱為VM爐）。 2.5.2 硫化鋅精礦沸騰焙燒的工藝和設備2.5.2 硫化鋅精礦沸騰焙燒的工藝和設備2.5.2 硫化鋅精礦沸騰焙燒的工藝和設備鋅冶金學 Zinc Metallurgy3、沸騰焙燒爐的結構內襯耐火材料的爐身裝有風