[發明專利]一種異極礦真空碳熱還原制備高純鋅的方法

無效

• 申請號: 201410335443.6
• 申請日: 2014-07-15
• 公開（公告）號: CN104073648A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發明（設計）人: 熊利芝;何則強;劉志雄;向延紅
• 申請（專利權）人: 吉首大學
• 主分類號: C22B19/06
• 分類號: C22B19/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發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劑，通過添加復合添加劑反應后蒸餾，蒸氣經分級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

鋅是重要的有色金屬，我國的鋅資源居世界第一位，據2004年底的統計數據，我國鋅的地質保有儲量為9200萬噸，資源分布相當廣泛，幾乎遍及全國，尤其是云南。

我國鋅的產量和消費量均占世界的30%以上，是目前世界上最大的鋅生產和消費國。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利用，硫化鋅礦日益貧化，導致硫化鋅的供應日趨緊張。對氧化鋅礦進行大規模開采利用已成為鋅冶煉的重要研究方向，開發新工藝處理氧化鋅礦具有實際意義。

異極礦是閃鋅礦經過長期風化而形成硅酸鋅礦的最終產物，是常見的最有工業價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，但其可浮選性卻遠遠低于菱鋅礦，且表面性質多變，結構復雜，因此由異極礦中提取金屬鋅一直是難以解決的技術問題。如在濕法處理過程中，其中的二氧化硅在浸出時溶出，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，其經高溫脫水所產生的硅酸鋅，由于其結構和性質不同于氧化鋅和鐵酸鋅，還原需較高溫度下進行，大大提高能耗。

本發明人對氧化鋅礦中的異極礦進行了深入的研究，并將研究成果發表在《Transaction?of?Nonferrous?Metals?Society?of?China》第22卷第三期，該技術采用氟化鈣作為催化劑真空碳熱還原得到了金屬鋅，在異極礦的開發利用上邁出了非常重要和關鍵的一部。但是，采用氟化鈣作為催化劑雖然加快了反應速度，得到了金屬鋅，但并不能有效降低碳熱還原反應的臨界溫度，致使反應溫度達1100℃以上，并且所得到的金屬鋅純度較低，也沒有進行檢測和考查，因而在產業化應用方面受到了較大的限制，現有技術不能令人滿意。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明人經過大量試驗，針對氧化鋅礦中的異極礦，在原有技術的基礎上開發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合添加劑，在保證反應速度的同時有效降低了反應溫度，也提高了產品金屬鋅的純度，從而降低了生產成本，提高了實際操作性。

本發明包括以下幾個步驟：

（1）備料：異極礦、焦煤、復合添加劑磨碎至60-200目混合后加水調勻、制團、干燥。

所述焦煤中碳和異極礦中鋅的摩爾比為1.5-3；復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；復合添加劑占總料的質量分數為10-20%。

（2）燒結：利用焦煤的結焦特性，將干燥好的試樣在馬弗爐或真空爐中500-700℃燒結30-60?min，使試樣具有一定的強度和孔隙。

（3）真空碳熱還原蒸餾與分級冷凝：將燒結料放入真空爐內，開冷卻水抽真空至系統壓強5-10?Pa開始加熱升溫，至反應溫度950-1050℃，爐內壓強控制在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。

本發明是以焦煤作還原劑、粘結劑和成孔劑，在復合添加劑氟化鈣和氧化鈣(碳酸鈣)的作用下，在溫度500-700℃燒結30-60?min，再在真空爐內，壓強控制在50-2500?Pa，反應溫度950-1050℃保溫30-50?min下進行蒸餾，蒸氣經過分級冷凝器分級冷凝，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。整個工藝流程簡單，設備簡便，能效高，各產品的附加值得到了有效提升。

與現有技術相比，本發明的有益效果在于：

本發明人通過大量實驗和數據分析證實：氟化鈣可以加快本工藝中碳熱還原鋅的反應速度，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，因為碳酸鈣在本工藝條件下會分解為氧化鈣；氟化鈣和氧化鈣在本工藝的溫度條件下揮發很小，也不會液化，能最大限度的發揮催化劑的作用。

因此，本發明人通過添加一定比例氟化鈣和氧化鈣（碳酸鈣）的復合添加劑，不但加速了反應進程，而且使反應溫度從1100℃下降至950-1050℃，反應溫度的下降在本技術領域是顯著的進步，因為反應溫度的下降可直接導致能耗降低，也降低了對設備的要求，提高了安全性和操作性。