一種異極礦真空碳熱還原制備高純鋅的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種異極礦真空碳熱還原制備高純鋅的方法，該方法包括（1）異極礦、焦煤、復(fù)合添加劑磨碎至60-200目混合后加水調(diào)勻、制團(tuán)、干燥；（2）將干燥好的試樣在馬弗爐或真空爐中500-700℃燒結(jié)30-60min；（3）將燒結(jié)料放入真空爐內(nèi)，壓強(qiáng)5-10Pa開始加熱升溫，至反應(yīng)溫度950-1050℃，爐內(nèi)壓強(qiáng)控制在50-2500Pa，保溫30-50min降至室溫后開爐，即得高純金屬鋅、金屬鎘、含鋅鉛和煤焦油。本發(fā)明通過添加氟化鈣和氧化鈣的復(fù)合添加劑，加快了反應(yīng)進(jìn)程，并使反應(yīng)溫度從1100℃下降至950-1050℃，使能耗降低，也降低了設(shè)備的要求，提高了安全性和操作性。
【專利說明】一種異極礦真空碳熱還原制備高純鋅的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種異極礦真空碳熱還原制備高純鋅的方法，具體指以焦煤作還原劑和粘結(jié)劑，通過添加復(fù)合添加劑反應(yīng)后蒸餾，蒸氣經(jīng)分級(jí)冷凝獲得高純金屬鋅、金屬鎘、含鋅的金屬鉛和煤焦油的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]鋅是重要的有色金屬，我國的鋅資源居世界第一位，據(jù)2004年底的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，我國鋅的地質(zhì)保有儲(chǔ)量為9200萬噸，資源分布相當(dāng)廣泛，幾乎遍及全國，尤其是云南。
[0003]我國鋅的產(chǎn)量和消費(fèi)量均占世界的30%以上，是目前世界上最大的鋅生產(chǎn)和消費(fèi)國。然而，目前煉鋅原料大都是浮選硫化鋅礦，但隨著鋅礦資源的開發(fā)利用，硫化鋅礦日益貧化，導(dǎo)致硫化鋅的供應(yīng)日趨緊張。對(duì)氧化鋅礦進(jìn)行大規(guī)模開采利用已成為鋅冶煉的重要研究方向，開發(fā)新工藝處理氧化鋅礦具有實(shí)際意義。
[0004]異極礦是閃鋅礦經(jīng)過長(zhǎng)期風(fēng)化而形成硅酸鋅礦的最終產(chǎn)物，是常見的最有工業(yè)價(jià)值的氧化鋅礦物之一。盡管異極礦在氧化鋅礦石中所占的比例僅次于菱鋅礦，但其可浮選性卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于菱鋅礦，且表面性質(zhì)多變，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此由異極礦中提取金屬鋅一直是難以解決的技術(shù)問題。如在濕法處理過程中，其中的二氧化硅在浸出時(shí)溶出，容易形成溶膠，甚至凝膠，這給沉降和過濾操作帶來極大的困難。而在火法處理過程中，其經(jīng)高溫脫水所產(chǎn)生的硅酸鋅，由于其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不同于氧化鋅和鐵酸鋅，還原需較高溫度下進(jìn)行，大大提高能耗。
[0005]本發(fā)明人對(duì)氧化鋅礦中的異極礦進(jìn)行了深入的研究，并將研究成果發(fā)表在((Transact1n of Nonferrous Metals Society of China》第 22 卷第三期，該技術(shù)米用氟化鈣作為催化劑真空碳熱還原得到了金屬鋅，在異極礦的開發(fā)利用上邁出了非常重要和關(guān)鍵的一部。但是，采用氟化鈣作為催化劑雖然加快了反應(yīng)速度，得到了金屬鋅，但并不能有效降低碳熱還原反應(yīng)的臨界溫度，致使反應(yīng)溫度達(dá)1100°c以上，并且所得到的金屬鋅純度較低，也沒有進(jìn)行檢測(cè)和考查，因而在產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面受到了較大的限制，現(xiàn)有技術(shù)不能令人滿意。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明人經(jīng)過大量試驗(yàn)，針對(duì)氧化鋅礦中的異極礦，在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)一種異極礦真空碳熱還原制備高純鋅的新方法，該方法由于采用了新的復(fù)合添加劑，在保證反應(yīng)速度的同時(shí)有效降低了反應(yīng)溫度，也提高了產(chǎn)品金屬鋅的純度，從而降低了生產(chǎn)成本，提高了實(shí)際操作性。
[0007]本發(fā)明包括以下幾個(gè)步驟:
(O備料:異極礦、焦煤、復(fù)合添加劑磨碎至60-200目混合后加水調(diào)勻、制團(tuán)、干燥。
[0008]所述焦煤中碳和異極礦中鋅的摩爾比為1.5-3 ;復(fù)合添加劑為氟化鈣和氧化鈣的混合物或者氟化鈣與碳酸鈣的混合物，氟化鈣與氧化鈣或氟化鈣與碳酸鈣的摩爾比為1.8-2.2 ;復(fù)合添加劑占總料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10-20%。
[0009](2)燒結(jié):利用焦煤的結(jié)焦特性，將干燥好的試樣在馬弗爐或真空爐中500-700°C燒結(jié)30-60 min,使試樣具有一定的強(qiáng)度和孔隙。
[0010](3)真空碳熱還原蒸餾與分級(jí)冷凝:將燒結(jié)料放入真空爐內(nèi)，開冷卻水抽真空至系統(tǒng)壓強(qiáng)5-10 Pa開始加熱升溫，至反應(yīng)溫度950-1050°C，爐內(nèi)壓強(qiáng)控制在50-2500 Pa，保溫30-50 min，將真空爐降溫至室溫后開爐，從分級(jí)冷凝器中不同冷凝盤中即可取出高純金屬鋅、金屬鎘、含鋅鉛和煤焦油。
[0011]本發(fā)明是以焦煤作還原劑、粘結(jié)劑和成孔劑，在復(fù)合添加劑氟化鈣和氧化鈣(碳酸鈣)的作用下，在溫度500-700°C燒結(jié)30-60 min，再在真空爐內(nèi)，壓強(qiáng)控制在50-2500Pa，反應(yīng)溫度950-105(TC保溫30-50 min下進(jìn)行蒸餾，蒸氣經(jīng)過分級(jí)冷凝器分級(jí)冷凝，獲得高純金屬鋅、純度較高的金屬鎘、含鋅的金屬鉛和煤焦油，尾氣為還原性氣體一氧化碳。整個(gè)工藝流程簡(jiǎn)單，設(shè)備簡(jiǎn)便，能效高，各產(chǎn)品的附加值得到了有效提升。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
本發(fā)明人通過大量實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析證實(shí):氟化鈣可以加快本工藝中碳熱還原鋅的反應(yīng)速度，而氧化鈣則能有效降低碳熱還原鋅的臨界溫度，碳酸鈣在這里面的作用與氧化鈣等同，因?yàn)樘妓徕}在本工藝條件下會(huì)分解為氧化鈣；氟化鈣和氧化鈣在本工藝的溫度條件下?lián)]發(fā)很小，也不會(huì)液化，能最大限度的發(fā)揮催化劑的作用。
[0013]因此，本發(fā)明人通過添加一定比例氟化鈣和氧化鈣(碳酸鈣)的復(fù)合添加劑，不但加速了反應(yīng)進(jìn)程，而且使反應(yīng)溫度從1100°C下降至950-1050°C，反應(yīng)溫度的下降在本【技術(shù)領(lǐng)域】是顯著的進(jìn)步，因?yàn)榉磻?yīng)溫度的下降可直接導(dǎo)致能耗降低，也降低了對(duì)設(shè)備的要求，提高了安全性和操作性。
[0014]由于工藝條件的改變，主產(chǎn)品金屬鋅的純度提高，產(chǎn)品附加值增加。在本發(fā)明工藝條件下得到的金屬鋅純度達(dá)99.99%以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有技術(shù)得到的金屬鋅純度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016]現(xiàn)結(jié)合附圖，對(duì)異極礦真空碳熱還原制備高純鋅的方法進(jìn)一步具體說明。
[0017]實(shí)施例1:
(O備料:異極礦、焦煤、復(fù)合添加劑磨碎至160目后混合后加水調(diào)勻、制團(tuán)、干燥。
[0018]所述焦煤中碳和異極礦中鋅的摩爾比為1.8 ;復(fù)合體添加劑為氟化鈣和氧化鈣的混合物，氧化鈣和氟化鈣的摩爾比為2.0 ;復(fù)合添加劑占總料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%。
[0019](2)燒結(jié):利用焦煤的結(jié)焦特性，將干燥好的試樣在馬弗爐中510°C燒結(jié)60 min,使試樣具有一定的強(qiáng)度和孔隙。
[0020] (3)真空碳熱還原蒸餾與分級(jí)冷凝:將燒結(jié)料放入真空爐內(nèi)，開冷卻水抽真空至系統(tǒng)壓強(qiáng)6 Pa開始加熱升溫，至反應(yīng)溫度960°C，爐內(nèi)壓強(qiáng)控制在50-2500 Pa，保溫50 min,將馬弗爐降溫至室溫后開爐，從分級(jí)冷凝器中不同冷凝盤中即可取出高純金屬鋅、金屬鎘、含鋅鉛和煤焦油。
[0021]實(shí)施例2:
(O備料:異極礦、焦煤、復(fù)合添加劑磨碎至80目后混合后加水調(diào)勻、制團(tuán)、干燥。
[0022]所述焦煤中碳和異極礦中鋅的摩爾比為2.9 ;復(fù)合添加劑為氟化鈣和氧化鈣的混合物，氧化鈣和氟化鈣的摩爾比為2.1 ;復(fù)合添加劑占總料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為19%。
[0023](2)燒結(jié):利用焦煤的結(jié)焦特性，將干燥好的試樣在馬弗爐中670°C燒結(jié)30 min,使試樣具有一定的強(qiáng)度和孔隙。
[0024](3)真空碳熱還原蒸餾與分級(jí)冷凝:將燒結(jié)料放入真空爐內(nèi)，開冷卻水抽真空至系統(tǒng)壓強(qiáng)7 Pa開始加熱升溫，至反應(yīng)溫度1040°C，爐內(nèi)壓強(qiáng)控制在50-2500 Pa，保溫40 min,將真空爐降溫至室溫后開爐，從分級(jí)冷凝器中不同冷凝盤中即可取出高純金屬鋅、金屬鎘、含鋅鉛和煤焦油。
實(shí)施例3:
(I)備料:異極礦、焦煤、復(fù)合添加劑磨碎至120目后混合后加水調(diào)勻、制團(tuán)、干燥。
[0025]所述焦煤中碳和異極礦中鋅的摩爾比為2.1 ;復(fù)合添加劑為氟化鈣與碳酸鈣的混合物，碳酸鈣與氟化鈣的摩爾比為1.82 ;復(fù)合添加劑占總料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11%。
[0026](2)燒結(jié):利用焦煤的結(jié)焦特性，將干燥好的試樣在真空爐中600°C燒結(jié)45 min,使試樣具有一定的強(qiáng)度和孔隙。
[0027](3)真空碳熱還原蒸餾與分級(jí)冷凝:將燒結(jié)料放入真空爐內(nèi)，開冷卻水抽真空至系統(tǒng)壓強(qiáng)5 Pa開始加熱升溫，至反應(yīng)溫度1000°C，爐內(nèi)壓強(qiáng)控制在50-2500 Pa，保溫45 min,將真空爐降溫至室溫后開爐，從分級(jí)冷凝器中不同冷凝盤中即可取出高純金屬鋅、金屬鎘、含鋅鉛和煤焦油。
[0028]上述只是本發(fā)明的實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍的情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均應(yīng)落在本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種異極礦真空碳熱還原制備高純鋅的方法，其特征在于包含以下幾個(gè)步驟: (O備料:異極礦、焦煤、復(fù)合添加劑磨碎至60-200目混合后加水調(diào)勻、制團(tuán)、干燥；所述焦煤中碳和異極礦中鋅的摩爾比為1.5-3 ;復(fù)合添加劑為氟化鈣和氧化鈣的混合物或者氟化鈣與碳酸鈣的混合物，氟化鈣與氧化鈣或氟化鈣與碳酸鈣的摩爾比為1.8-2.2 ;復(fù)合添加劑占總料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10-20%; (2)燒結(jié):利用焦煤的結(jié)焦特性，將干燥好的試樣在馬弗爐或真空爐中500-700°C燒結(jié)30-60 min,使試樣具有一定的強(qiáng)度和孔隙； (3)真空碳熱還原蒸餾與分級(jí)冷凝:將燒結(jié)料放入真空爐內(nèi)，開冷卻水抽真空至系統(tǒng)壓強(qiáng)5-10 Pa開始加熱升溫，至反應(yīng)溫度950-1050°C，爐內(nèi)壓強(qiáng)控制在50-2500 Pa，保溫30-50 min，將真空爐或馬弗爐降溫至室溫后開爐，從分級(jí)冷凝器中不同冷凝盤中即可取出高純金屬鋅、金 屬鎘、含鋅鉛和煤焦油。
【文檔編號(hào)】C22B19/06GK104073648SQ201410335443
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】熊利芝, 何則強(qiáng), 劉志雄, 向延紅 申請(qǐng)人:吉首大學(xué)