[发明专利]一种异极矿真空碳热还原制备高纯锌的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种异极矿真空碳热还原制备高纯锌的方法，具体指以焦煤作还原剂和粘结剂，通过添加复合添加剂反应后蒸馏，蒸气经分级冷凝获得高纯金属锌、金属镉、含锌的金属铅和煤焦油的方法。

背景技术

锌是重要的有色金属，我国的锌资源居世界第一位，据2004年底的统计数据，我国锌的地质保有储量为9200万吨，资源分布相当广泛，几乎遍及全国，尤其是云南。

我国锌的产量和消费量均占世界的30%以上，是目前世界上最大的锌生产和消费国。然而，目前炼锌原料大都是浮选硫化锌矿，但随着锌矿资源的开发利用，硫化锌矿日益贫化，导致硫化锌的供应日趋紧张。对氧化锌矿进行大规模开采利用已成为锌冶炼的重要研究方向，开发新工艺处理氧化锌矿具有实际意义。

异极矿是闪锌矿经过长期风化而形成硅酸锌矿的最终产物，是常见的最有工业价值的氧化锌矿物之一。尽管异极矿在氧化锌矿石中所占的比例仅次于菱锌矿，但其可浮选性却远远低于菱锌矿，且表面性质多变，结构复杂，因此由异极矿中提取金属锌一直是难以解决的技术问题。如在湿法处理过程中，其中的二氧化硅在浸出时溶出，容易形成溶胶，甚至凝胶，这给沉降和过滤操作带来极大的困难。而在火法处理过程中，其经高温脱水所产生的硅酸锌，由于其结构和性质不同于氧化锌和铁酸锌，还原需较高温度下进行，大大提高能耗。

本发明人对氧化锌矿中的异极矿进行了深入的研究，并将研究成果发表在《Transaction of Nonferrous Metals Society of China》第22卷第三期，该技术采用氟化钙作为催化剂真空碳热还原得到了金属锌，在异极矿的开发利用上迈出了非常重要和关键的一部。但是，采用氟化钙作为催化剂虽然加快了反应速度，得到了金属锌，但并不能有效降低碳热还原反应的临界温度，致使反应温度达1100℃以上，并且所得到的金属锌纯度较低，也没有进行检测和考查，因而在产业化应用方面受到了较大的限制，现有技术不能令人满意。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明人经过大量试验，针对氧化锌矿中的异极矿，在原有技术的基础上开发一种异极矿真空碳热还原制备高纯锌的新方法，该方法由于采用了新的复合添加剂，在保证反应速度的同时有效降低了反应温度，也提高了产品金属锌的纯度，从而降低了生产成本，提高了实际操作性。

本发明包括以下几个步骤：

（1）备料：异极矿、焦煤、复合添加剂磨碎至60-200目混合后加水调匀、制团、干燥。

所述焦煤中碳和异极矿中锌的摩尔比为1.5-3；复合添加剂为氟化钙和氧化钙的混合物或者氟化钙与碳酸钙的混合物，氟化钙与氧化钙或氟化钙与碳酸钙的摩尔比为1.8-2.2；复合添加剂占总料的质量分数为10-20%。

（2）烧结：利用焦煤的结焦特性，将干燥好的试样在马弗炉或真空炉中500-700℃烧结30-60 min，使试样具有一定的强度和孔隙。

（3）真空碳热还原蒸馏与分级冷凝：将烧结料放入真空炉内，开冷却水抽真空至系统压强5-10 Pa开始加热升温，至反应温度950-1050℃，炉内压强控制在50-2500 Pa，保温30-50 min，将真空炉降温至室温后开炉，从分级冷凝器中不同冷凝盘中即可取出高纯金属锌、金属镉、含锌铅和煤焦油。

本发明是以焦煤作还原剂、粘结剂和成孔剂，在复合添加剂氟化钙和氧化钙(碳酸钙)的作用下，在温度500-700℃烧结30-60 min，再在真空炉内，压强控制在50-2500 Pa，反应温度950-1050℃保温30-50 min下进行蒸馏，蒸气经过分级冷凝器分级冷凝，获得高纯金属锌、纯度较高的金属镉、含锌的金属铅和煤焦油，尾气为还原性气体一氧化碳。整个工艺流程简单，设备简便，能效高，各产品的附加值得到了有效提升。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明人通过大量实验和数据分析证实：氟化钙可以加快本工艺中碳热还原锌的反应速度，而氧化钙则能有效降低碳热还原锌的临界温度，碳酸钙在这里面的作用与氧化钙等同，因为碳酸钙在本工艺条件下会分解为氧化钙；氟化钙和氧化钙在本工艺的温度条件下挥发很小，也不会液化，能最大限度的发挥催化剂的作用。

因此，本发明人通过添加一定比例氟化钙和氧化钙（碳酸钙）的复合添加剂，不但加速了反应进程，而且使反应温度从1100℃下降至950-1050℃，反应温度的下降在本技术领域是显著的进步，因为反应温度的下降可直接导致能耗降低，也降低了对设备的要求，提高了安全性和操作性。