锌精矿主要杂质成分焙烧过程中的反应行为

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1、冶金之家网站锌精矿主要杂质成分焙烧过程中的反应行为晏心（长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南长沙410011）摘要：对锌精矿沸腾焙烧过程相关反应进行了热力学分析；并系统分析了锌精矿原料主要元素对某厂沸腾焙烧系统的产品质量、操作条件、运行周期等的影响。最后结合某厂生产实际情况，提出解决问题的具体措施。关键词：热力学；配料；沸腾炉2011年，我国锌金属产量为446万t，同比增长20.63%，但国内锌精矿供应量只有370万t。锌精矿缺口达100万t。随着锌精矿的不断开采和消耗，优质锌精矿资源减少甚至贫化，国内大部分锌冶炼企业面临着大量使用品质相对较

2、差的锌精矿，主要表现为主金属Zn品位下降，杂质元素Fe、Pb、Si含量升高。目前，我国采用传统的“沸腾炉焙烧—浸出—电解”的锌冶炼工艺所占总产能的90%，锌精矿原料品质下降，很大程度上影响了冶炼企业的生产加工成本和有价金属的回收。1硫化锌精矿沸腾焙烧的基本原理锌湿法冶炼的基本流程为沸腾炉焙烧、浸出、电解及成品四大部分。沸腾焙烧是在低于锌精矿和焙砂熔化温度下，使锌精矿在一定成分的炉气中进行的一种多相化学反应过程。焙烧反应主要是气-固反应［1］，参与反应的主要元素是Zn、S、O。为此，焙烧过程涉及的主要反应有：ZnS+2O2=ZnSO4；3ZnS

3、O4+ZnS=4ZnO+4SO2。硫化锌精矿焙砂的主要目的是尽可能地将锌精矿中的硫化物氧化为氧化物［2］。2硫化锌精矿主要杂质元素焙烧热力学分析2.1铁矿物反应热力学高铁闪锌精矿中的锌和铁主要以nZnS·mFeS的形态存在。闪锌精矿中的锌主要以ZnS的形态存在。铁主要以FeS2和FeS的形态存在。铁在焙烧过程中的主要反应为：FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2；3FeS2+8O2=Fe3O4+6SO2；FeS+3SO3=FeO+4SO2；3FeO+SO3=Fe3O4+SO2；3FeS+5O2=Fe3O4+3SO2；10Fe2O3+FeS

4、=7Fe3O4+SO2；16Fe2O3+FeS2=11Fe3O4+2SO2。在温度为850~1000℃的条件下焙烧，锌精矿中硫化铁反应的最终产物主要是Fe2O3，其次是Fe3O4，少量是FeO、FeSO4、Fe2（SO4）3、FeS等。在550℃以上焙烧时，Fe2O3与ZnO接触，立即生成ZnO·Fe2O3或2ZnO·3Fe2O3、4ZnO·Fe2O3、5ZnO·Fe2O3、2ZnO·Fe2O3等形态的铁酸锌。焙烧温度在950～11500℃，铁酸锌ZnO·Fe2O3晶格结构发生改变，成为可溶于稀硫酸的ZnO和FeO·Fe2O3，焙砂可溶锌含量

5、升高。主要的化学反应为：ZnO+Fe2O3=ZnO·Fe2O3；3（ZnO·Fe2O3）=3ZnO+2（FeO·Fe2O3）+1/2O2。从热力学分析结果可以看出，在焙烧过程中要完全避免铁酸锌的生成是很难的［3］。2.2铅、硅矿物反应行为锌精矿沸腾焙烧时产生结炉的原因，目前有两种说法，一是由于硅酸铅系列低熔点化合物（如PbO·SiO2）的存在。有关资料［3］认为锌精矿中有铅存在时，焙烧过程中PbO优先与硅矿物反应。认为此反应在710℃就已开始，至750℃显著形成低熔点硅酸铅化合物，使焙砂结块，恶化操作过程。二是认为焙烧过程中低熔点化合物的形成

6、与硅矿物无关，主要是铅的硫酸盐（PbSO4）导致焙砂结块。为确定硅酸铅是否为沸腾炉形成结块的主要原因，首先应弄清楚在锌精矿沸腾焙烧特定的温度及气氛条件下，从理论上分析铅化物反应的可能性。硫化锌精矿中含一定量的硅矿物，在焙烧过程中一部分可能与铅、锌及其他金属氧化物反应生成可溶性硅酸盐，最终导致可溶锌率降低、沸腾炉和锅炉粘结、浸出固液分离难等问题。有关热力学计算［4］冶金之家网站表明，在焙烧温度范围内，各类硅酸盐的生成反应自由能均为负值。其反应的热力学趋势依重金属、碱土金属、碱金属递减。硅矿物在高温下易与重金属氧化物发生反应形成可溶于酸的硅酸盐，

7、在浸出时产生难以浓缩和过滤的硅胶从而阻碍生产的顺利进行，其中以硅酸锌为主，从热力学上看其反应自由能具有较大的负值。因此，考察各种因素对可溶锌生成的影响，从动力学条件上最大限度地抑制其反应速度是十分必要的。3锌精矿原料对某厂沸腾炉系统的影响及相关对策3.1杂质元素对沸腾炉产品质量的影响及对策导致焙砂可溶锌率降低，主要有三个方面原因：首先是硫化锌精矿氧化不彻底，表现为焙砂、烟尘均含有一定量的不溶硫；其次是铁酸锌带走不溶氧化锌；最后是由于锌矿经浮选后的锌精矿还含有一定量的硅矿物，如：蛋白石、高岭土、绿铝石等，焙烧过程中会有部分硅矿物与氧化锌反应生成

8、溶于稀酸的硅酸锌，但在浸出时硅酸锌溶解产生难以浓缩和过滤的硅胶，使生产不能顺利进行。由以上分析可知，锌精矿品位下降、杂质元素含量升高对沸腾炉焙砂可溶锌率的影响很大，