年產(chǎn)4萬噸鋅產(chǎn)品浸出車間的設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）

年產(chǎn)4萬噸鋅產(chǎn)品浸出車間的設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）

院 － 系： 冶金系
專 業(yè)： 冶金工程專業(yè)
年 級(jí)：
學(xué)生姓名：
學(xué) 號(hào)：
導(dǎo)師及職稱：

The Design Specificationsof Leaching Workshop for 40kt/a Zinc Products

Department: Metallurgy Department
Major: Metallurgical Engineering
Grade:
Student’s Name:
Student No.:
Tutor:

畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）原創(chuàng)性聲明

本人所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計(jì)）不包含其他個(gè)人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對(duì)本論文（設(shè)計(jì)）的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。


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日期： 日期：

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姓名 職稱 單位 備注













摘 要

本設(shè)計(jì)是以某廠鋅浸出車間生產(chǎn)實(shí)踐數(shù)據(jù)為參考，選用該廠的原料，其原料特點(diǎn)是鋅品位較低，含鐵銦高。通過查閱了有關(guān)文獻(xiàn)，結(jié)合自己所學(xué)課程，對(duì)鋅的性質(zhì)、用途、鋅資源分布及特點(diǎn)和濕法煉鋅現(xiàn)狀等情況進(jìn)行了簡明的論述。對(duì)現(xiàn)有煉鋅浸出工藝綜合比較后，確定了煉鋅工藝流程，并進(jìn)行了工藝流程論證以及對(duì)控制條件和主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行論證。運(yùn)用反程法計(jì)算出鋅浸出車間的物料平衡，得到了年度綜合物料量。通過每天需要處理物料量，確定了主體設(shè)備的尺寸、型號(hào)、數(shù)量，再進(jìn)行輔助設(shè)備的選型及確定數(shù)量，然后進(jìn)行車間平面布置，并繪制相應(yīng)圖紙。

關(guān)鍵詞：40kt/a；鋅浸出；車間設(shè)計(jì)



ABSTRACT

This design, with the factory practice data of zinc leaching workshop for reference, choose the raw materials of factory, which is characterized by low grade of zinc and high iron indium. Through consulting the literature, the author, combined with my own courses, has carried on a concise discussion of the nature and purpose of zinc, zinc resources distribution and its characteristics as well as
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，約占輕工業(yè)耗鋅的80%左右，多年來干電池產(chǎn)量持續(xù)增長，目前年產(chǎn)量已達(dá)1300*108（2000年數(shù)據(jù)）以上，居世界第一，年耗鋅量約26*104 t左右。干電池產(chǎn)量久經(jīng)不衰，主要受民用市場和出口需求旺盛影響。我國干電池主要以糊狀和紙板電池為主，堿錳電池比例僅占10%左右，而發(fā)達(dá)國家堿錳電池比例占50%以上，美國達(dá)80%，這方面我國還有發(fā)展?jié)摿�。除了干電池大量耗鋅外，日用五金（制鎖、炊事用具、包裝容器）、日用機(jī)械（自行車、鐘表）、家用電器耗鋅量也不少，約占輕工業(yè)耗鋅量的15%左右。
（2）氧化鋅和立德粉：氧化鋅主要用于生產(chǎn)化工原料、顏色、涂料、催化劑和化學(xué)助劑。立德粉主要用于油漆和橡膠工業(yè)，油漆用量占50%，橡膠用量占12%。
（3）黃銅用鋅：鋅能和多種有色金屬制成鋅合金，最主要的是鋅與銅、錫、鉛等制成黃銅。黃銅導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性較好，在大氣、淡水和海水中耐腐蝕，易切削和拋光，焊接性能好且價(jià)格便宜，常用于導(dǎo)電元件、導(dǎo)熱元件、耐蝕結(jié)構(gòu)件、彈性元件、日用五金及裝飾材料。2000年我國銅材生產(chǎn)中黃銅耗鋅量近15*104 t。
（4）其他行業(yè)：鋅與鎂、鋁、銅等制成的壓鑄合金，廣泛用于機(jī)械制造以及汽車、摩托車生產(chǎn)，還有膠印印刷板、建筑用屋面板、日用五金等，這部分今后也會(huì)有增加。氧化鋅主要用于生產(chǎn)化工原料、顏料、涂料、催化劑和化學(xué)助劑、立德粉主要用于油漆(50％)和橡膠工業(yè)(12％)，目前生產(chǎn)的氧化鋅和立德粉，折合耗鋅量10萬噸左右，大體上各占一半。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，氧化鋅的許多特性被人們重新認(rèn)識(shí)。氧化鋅所具有的特性功能被開發(fā)運(yùn)用于新的科學(xué)領(lǐng)域和新的行業(yè)，成為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中不可缺少的重要基礎(chǔ)化工原料和新型材料。如納米氧化鋅就被譽(yù)為二十一世紀(jì)的新材料。在冶金工業(yè)中用來從氰化溶液中置換金；濕法冶鋅中用鋅粉凈液，除去銅、鎘等雜質(zhì)；用高純銅鋅合金濾材處理水中重金屬；鋅還用來提取粗鉛中貴金屬等[2]。
1.3鋅資源分布及特點(diǎn)
鋅礦石按其所含礦物不同分為硫化礦與氧化礦兩種。在硫化礦中鋅呈ZnS狀態(tài)或nZnS•mFeS狀態(tài)，最多的還是ZnS狀態(tài)。在氧化鋅礦中鋅多呈ZnCO3 與 Zn2SiO4•H2O 狀態(tài)。氧化礦一般是次生的，它是在硫化礦床上部由于硫化物長期風(fēng)化結(jié)果而產(chǎn)生的。在自然界的礦石中較多的還是硫化礦，因而目前煉鋅的主要原料也是硫化礦。
1.3.1世界鋅資源分布及特點(diǎn)
據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）公布的數(shù)據(jù)，2004年世界鋅資源量有19億噸，鋅儲(chǔ)量2.2億噸，儲(chǔ)量基礎(chǔ)為4.6億噸。數(shù)據(jù)表明，世界鋅資源有廣闊的勘查前景。按照目前世界鋅金屬產(chǎn)量1000萬噸計(jì)算，現(xiàn)有世界鋅儲(chǔ)量和儲(chǔ)量基礎(chǔ)靜態(tài)保證年限分別為22年和46年。世界鋅儲(chǔ)量和儲(chǔ)量基礎(chǔ)較多的國家有中國、澳大利亞、美國、加拿大、墨西哥、秘魯、哈薩克斯坦、南非、摩洛哥和瑞典等國,上述國家合計(jì)分別占2004年世界鋅儲(chǔ)量基礎(chǔ)的75％。
世界鋅礦資源較為豐富。自然條件下并不存在單一的鋅金屬礦床，通常情況鋅與鉛、銅、金等金屬以共生礦的形式存在。已知的鋅礦物大約有55種，其中約13種鋅礦物有經(jīng)濟(jì)價(jià)值。閃鋅礦(ZnS)是最富含鋅的礦物，占鋅總產(chǎn)量90%左右。重要的鋅礦物還包括纖鋅礦、異極礦、菱鋅礦、水鋅礦、紅鋅礦、硅鋅礦等。
1.3.2我國鋅資源分布及特點(diǎn)
我國已探明的鋅資源儲(chǔ)量為3300萬噸。我國有鉛鋅礦產(chǎn)地700多處，主要為：黑龍江省的西林；遼寧省的紅透山、青城子；河北省的蔡家營子；內(nèi)蒙古自治區(qū)的白音諾、東升廟、甲生盤、炭窯口；甘肅省的西成(廠壩)；陜西省鉛硐山；青海省的錫鐵山；湖南省的水口山、黃沙坪；廣東省的凡口；浙江省的五部；江西省的冷水坑；江蘇省的棲霞山；廣西壯族自治區(qū)的大廠；云南省的蘭坪、會(huì)澤、都龍；四川省的大梁子、呷村等鉛鋅礦。
我國鋅資源的特點(diǎn)是硫化礦占絕大多數(shù)，90%的儲(chǔ)量為原生硫化礦礦石，只有云南省的蘭坪和會(huì)澤、廣西的泅頂、遼寧的柴河以及陜西的鉛硐山等少數(shù)幾個(gè)氧化鉛鋅礦床。另外，礦石類型復(fù)雜，單一的鋅礦石類型少，共伴生組分較多，主要有金、銀、銅、錫、鎘、硫、螢石以及稀有稀散元素[3]。
1.4濕法煉鋅現(xiàn)狀
濕法煉鋅包括常規(guī)濕法煉鋅和全濕法煉鋅兩類。
濕法煉鋅最早于1916年投入工業(yè)生產(chǎn),隨著技術(shù)的發(fā)展和環(huán)保的要求：濕法煉鋅已是當(dāng)今煉鋅的主要方法，其產(chǎn)量占世界鋅產(chǎn)量的80%以上。濕法煉鋅有常規(guī)濕法煉鋅工藝、熱酸浸出煉鋅工藝和硫化鋅精礦氧壓浸出工藝等。前2種工藝都需要進(jìn)行焙燒，使ZnS 變成易被稀硫酸溶解的ZnO，焙燒產(chǎn)出的氧化鋅焙砂送濕法煉鋅系統(tǒng)生產(chǎn)電鋅。硫化鋅精礦氧壓浸出新工藝于1981 年在加拿大開始投入工業(yè)生產(chǎn)，因?yàn)槿∠虽\精礦的焙燒作業(yè)，真正實(shí)現(xiàn)了全濕法工藝煉鋅。
火法煉鋅的方法有平罐煉鋅、豎罐煉鋅、電爐煉鋅和鉛鋅密閉鼓風(fēng)爐煉鋅4種。平罐煉鋅由于環(huán)境污染嚴(yán)重，勞動(dòng)條件差，目前已基本淘汰。豎罐煉鋅經(jīng)過幾十年的發(fā)展，罐受熱面積由最初的40m2高到100m2，利用效率大大提高，是能耗偏高，約了其工藝的發(fā)展，逐步被其他方法所代替。電爐煉鋅是于20世紀(jì)30年代出現(xiàn)的煉鋅技術(shù)，國于20世紀(jì)80年代開始采用該工藝，前已有幾十個(gè)小型工廠應(yīng)用該方法，是其生產(chǎn)規(guī)模都較小，一般產(chǎn)量為500~2500t/a[4]。
目前國內(nèi)現(xiàn)有的濕法煉鋅工藝，主要有常規(guī)法煉鋅工藝、黃鉀鐵礬法煉鋅工藝和低品位高鐵鋅精礦綜合利用研究工藝等，這幾種濕法煉鋅工藝共同點(diǎn)在于： 一是把鋅焙砂煙塵中的鋅在浸出工段最大限度地浸出后，將含鋅溶液送去凈化、電積提取鋅；二是需用回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)鐵礬渣、酸浸渣得到煙塵回收鋅銦。其不同點(diǎn)在于除鐵方法不同 ：如常規(guī)法煉鋅工藝和低品位高鐵鋅精礦綜合利用研究工藝采用的是回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)得到煙塵回收鋅銦而把鐵留在渣中達(dá)到除鐵的目的；而黃鉀鐵礬法煉鋅工藝是通過沉礬工序除鐵，再通過回轉(zhuǎn)窯揮化鐵礬渣得到煙塵回收鋅銦，而又把鐵留在渣中。這幾種濕法煉鋅工藝共同的缺點(diǎn)是工藝流程長，鋅銦回收工藝過程需濕法、火法并用；除鐵工序都需要加溫耗煤，黃鉀鐵礬法煉鋅工藝還消耗碳酸氫銨。因此，導(dǎo)致上述幾種濕法煉鋅工藝和后續(xù)回收鋅銦工藝流程長、能耗高、鋅銦生產(chǎn)成本高、經(jīng)濟(jì)效益差等缺點(diǎn)。
2工藝流程的選擇與論證
2.1原料特點(diǎn)
本設(shè)計(jì)的原料主要來自焙燒車間，其特點(diǎn)是：
(1) 以鋅為主，共生鉛錫銀，精礦成分比較復(fù)雜；
(2) 精礦中的Cu、Cd、In、Ag等有價(jià)金屬具有回收價(jià)值，含鐵量高達(dá)17%。設(shè)計(jì)的工藝流程，除考慮主要金屬鋅的回收利用外，還應(yīng)考慮Cu、Cd、In等有價(jià)金屬的綜合回收利用，以提高精礦的綜合利用率；
(3) 原料中的In的含量較高，所以采用了中和水解除鐵工藝。
2.2中和水解除鐵法浸出
由于浸出是濕法煉鋅的關(guān)鍵工序。因此，人們對(duì)浸出工藝流程十分重視。國內(nèi)外煉鋅廠根據(jù)各自的不同條件創(chuàng)造了多種不同的工藝流程，按浸出段數(shù)有：一段浸出：一段中性浸出、一段氧壓浸出、一段還原浸出；二段浸出：一段中浸，一段酸浸；兩段酸浸出；三段浸出：一段中浸，一段酸浸，一段熱酸浸；
本設(shè)計(jì)采用了一段低酸浸出，一段熱酸浸出，一段中和水解除鐵。按操作過程有：連續(xù)浸出和間斷浸出。連續(xù)浸出是指物料和溶液按一定比例連續(xù)不斷地通過浸出設(shè)備（通常是幾個(gè)串聯(lián)的浸出槽）以完成浸出作業(yè)。間斷浸出是指焙燒礦在浸出槽中分批周期性地進(jìn)行浸出。連續(xù)浸出的優(yōu)點(diǎn)是：（1)設(shè)備利用率高；(2)節(jié)約人力，勞動(dòng)生產(chǎn)率高；(3)過程易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；(4)礦漿成分穩(wěn)定;(5)浸出始酸較低，從而減少了_雜質(zhì)進(jìn)入浸出液；(6)可采用熱焙砂沖礦，節(jié)約焙砂冷卻設(shè)備，利用熱焙砂的物理熱節(jié)約能耗。間斷浸出的優(yōu)點(diǎn)是：（1)能嚴(yán)格控制技術(shù)條件，準(zhǔn)確控制浸出終點(diǎn)，能獲得良好的中性上清液；（2)對(duì)種類繁多、成分復(fù)雜、質(zhì)量較差的焙燒礦，能取得較好的浸出效果。本設(shè)計(jì)采用兩段逆流連續(xù)浸出，中和水解除鐵是為了除去鐵，同時(shí)使銦也水解，從而回收銦金屬。
2.3浸出過程的技術(shù)條件控制
浸出過程的好壞與選用的技術(shù)條件密切相關(guān)。實(shí)踐表明，只有正確選用操作技術(shù)條件，嚴(yán)格操作，精心控制，方能取得好的浸出效果。中和水解除鐵浸工藝一般控制的浸出工藝條件如下：
（一）低酸浸出的技術(shù)條件：浸出溫度：65～85℃；浸出液固比：8～12：1；浸出始酸：120～150g／L；浸出終點(diǎn)pH值：2～5；浸出時(shí)間：1～3ｈ；
（二）高酸浸出的技術(shù)條件：浸出溫度：70～95℃；浸出液固比：4～8：1；浸出始酸:150～180g／L；浸出終酸：50～60g／L；浸出時(shí)間：2～3ｈ。
（三）中和水解的技術(shù)條件：浸出溫度：50～75℃；浸出液固比：6～8：1；浸出始酸:pH值：2～5；浸出終酸：5.2～5.4；浸出時(shí)間：2～5ｈ。
（四）空氣氧化的技術(shù)條件：溫度：70～95℃；pH值：3.5～5；氧化后液成分（g／L）：Fe2+ ≤2.0，As≤0.10。
2.4浸出的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
2.4.1 焙燒礦浸出率
焙燒礦出率的影響因素：
（1）可溶鋅的影響：焙砂中可溶鋅率提高，礦粉的浸出率必將提高；
（2）固液比：液固比增大，溶液混合良好，擴(kuò)散較易，所以提高焙燒礦浸出率。本設(shè)計(jì)低酸浸出取液固比：9:1，低酸浸出取液固比：7:1；中和水解除鐵取液固比：8：1。
（3）溫度：一般來說，溫度提高，擴(kuò)散過程加快，浸出率提高。本設(shè)計(jì)低酸浸出溫度為 60~85℃，高酸浸出溫度為70~95℃，中和除鐵溫度為50～75℃。
（4）浸出時(shí)間：提高浸出時(shí)問，則礦粉浸出率隨之升高，但是浸出時(shí)間過長，設(shè)備投資增加，動(dòng)力消耗大，而礦粉浸出率增加不大。一般來說低浸2小時(shí)，高浸取1.5小時(shí)，中和除鐵取3小時(shí)
（5）攪拌強(qiáng)度:攪拌強(qiáng)度增大，則擴(kuò)散加快，加快反應(yīng)速度，但是攪拌強(qiáng)度過大則造成礦漿的飛濺損失，這時(shí)對(duì)加快反應(yīng)速度的促進(jìn)作用也不在很明顯，并將使動(dòng)力消耗增加，設(shè)備損失增加；
（6）礦漿粒度:礦漿粒度減小，則接觸面積愈大，反應(yīng)也就愈迅速，在一定范圍內(nèi)，礦漿粒度減小，可以加快反應(yīng)速度，但粒度過小，則將給澄清帶來困難，本設(shè)計(jì)中礦漿粒數(shù)磨細(xì)到85目以上；
2.4.2鋅的浸出率
鋅的浸出率越高，則渣率越低。影響浸出渣率因素，目前影響礦粉鋅浸出率的因素，降低礦粉浸出渣率，主要降低渣中水溶鋅其影響因素為：
（1）洗水用量:洗水用量越大則渣中的可溶鋅越低但不能無限制的加大洗水用量，否則難以保持溶液體積平衡；
（2）洗水溫度:一般洗水溫度控制在 75~90℃,洗水溫度升高，則渣中的可溶鋅降低，但洗水溫度過高，不僅不利操作，而且能耗增加；
（3）少量多次：在洗水量為定值的前提下，少量多次洗法可把礦粉浸出渣中的可溶鋅有效的洗下來。從而降低浸出渣率；
（4）渣的性質(zhì)：浸出渣中，二氧化硅含量少，氫氧化鐵顆粒小，則礦漿粘度小，此時(shí)膠粒和微粒物質(zhì)不易堵塞過濾介質(zhì)的毛細(xì)孔道，使過濾易于進(jìn)行，在此種情況下，礦粉浸出渣率降低[5]。
2.4.3渣含鋅
根據(jù)冶金計(jì)算焙燒礦浸出，高酸渣含鋅為15.955%，中和水解除鐵渣含鋅為3.500%。提高礦粉的浸出率，則可降低浸出渣含鋅率，前述提高礦粉浸出率的措施均適用于本工藝過程本設(shè)計(jì)采用兩段酸浸出，使渣中的鐵酸鋅和硫化鋅大部分溶解，這樣可以提高鋅的回收率。
2.5工藝流程圖
焙燒工段球磨后的鋅焙砂通過壓縮空氣輸送到浸出車間的料倉，按低酸浸出始酸要求配好低酸浸出前液，送到低酸浸出槽，鋅焙砂由料倉錐底排出，經(jīng)星型給料器、電子皮帶秤、螺旋給料機(jī)，將焙砂送人浸出槽內(nèi)進(jìn)行浸出，產(chǎn)出低酸浸出礦漿送低酸浸出濃密機(jī)進(jìn)行沉清，經(jīng)沉清得到的低酸浸出上清液送低酸浸出上清貯槽。按高酸浸出始酸要求配好高酸浸出前液，再加入低酸浸出底流進(jìn)行浸出，產(chǎn)出高酸浸出礦漿送高酸浸出濃密機(jī)進(jìn)行沉清，經(jīng)沉清得到高酸浸出上清液送高酸浸出上清液貯槽再送低酸浸出，得到高酸浸出底流送壓濾，產(chǎn)出濾液送高酸浸出上清液貯槽再送低酸浸出，得到的壓濾渣送去揮發(fā)窯車間處理。將低酸浸出上清液加入到空氣氧化槽中，通入空氣，進(jìn)行氧化，使二價(jià)鐵含量低于要求，再把氧化過的低酸浸出上清液加入到中和除鐵槽中，再慢慢加入中和劑碳酸鈣進(jìn)行中和除鐵，產(chǎn)出的中和除鐵礦漿送濃密槽機(jī)沉清，產(chǎn)出的中和上清液送中和上清液貯槽后，再送凈化；濃密機(jī)產(chǎn)出的中和底流送去壓濾，得到的渣送去揮發(fā)窯車間處理。
綜合前面所述，本設(shè)計(jì)采用的工藝流程見圖3-1。



鋅焙砂

料 倉

電子皮帶

螺旋給料

酸低浸出


酸性濃密




中和除雜 高酸浸出

中和濃密 高酸濃縮





圖3-1工藝流程圖
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