第1頁共31頁鋅的基本性質(zhì)用途及冶煉方法綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u12049鋅的基本性質(zhì)用途及冶煉方法綜述 1272011.1鋅的基本性質(zhì)和用途 1155071.1.1鋅的基本性質(zhì) 1228911.1.2鋅的基本用途 3105391.2鋅的冶煉方法 4250861.2.1火法煉鋅工藝 4119041.2.2濕法制鋅工藝 5221381.2.3其他制鋅工藝 678611.3鋅冶煉渣的處理方式 629391.3.1鋅冶煉渣浸出工藝 689501.3.2鋅浸出渣的危害 730858參考文獻(xiàn) 81.1鋅的基本性質(zhì)和用途1.1.1鋅的基本性質(zhì)鋅的物理性質(zhì)鋅是化學(xué)元素，化學(xué)式是Zn，它的原子序數(shù)是30，地位是自然界第四儲(chǔ)量的金屬，僅次于鐵鋁銅。但是，地殼中最豐富的元素不是鋅（排在前幾位的元素是氧、硅、鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂）。其外觀為銀白色，在現(xiàn)代工業(yè)中在電池制造上有不可替代的位置。電池的表面是鋅皮做的，因此鋅是相當(dāng)重要的金屬。它室溫下具有脆性，很容易破裂。在100～150℃會(huì)變軟。超過200℃的話，又會(huì)變脆，可以用錘子敲碎。其密度比鐵稍小，呈現(xiàn)出的是一種六角形的晶體結(jié)構(gòu)。鋅是青白色、明亮、抗磁性的金屬。盡管一般作為商品使用的鋅被加工過，但是這些特性已經(jīng)不明顯了。鋅的導(dǎo)電率在中間，中等位置。所有金屬中的熔點(diǎn)（420）°C）和沸點(diǎn)（900°C）相對(duì)較低。除了水銀和鎘，其熔點(diǎn)在所有過渡金屬中最低。鋅可以形成很多金屬和合金。其中最主要的是使銅形成黃銅，形成鋁、鎂有關(guān)的一系列的壓鑄合金。鋅的熔點(diǎn)低，液體流動(dòng)性也非常好，在壓力鑄造時(shí)，金屬模具內(nèi)有很多細(xì)微精密之處，所以經(jīng)?？梢宰鳛榫荑T件的原料使用。表1.1鋅的物理性質(zhì)Table.1.1PhysicalpropertiesofZn項(xiàng)目分子量熔化熱密度沸點(diǎn)熔點(diǎn)比熱容氣化熱電導(dǎo)率剪切模量單位kJ·mol?1g·cm?3℃℃J·mol?1·K?1kJ·mol?1Ω·mGPa數(shù)量65.387.327.14907419.625.470114.316.6×10-643鋅的化學(xué)性質(zhì)鋅具有很活潑的化學(xué)性質(zhì)，在常溫的空氣中，表面會(huì)生成薄而致密的堿性碳酸鋅膜，還能阻止氧化。外層4s電子容易丟失，在化學(xué)反應(yīng)中用二價(jià)離子參與鍵合。當(dāng)溫度達(dá)到225℃時(shí)，鋅氧化得很厲害。燃燒時(shí)會(huì)發(fā)出藍(lán)綠色的火焰。鋅易溶于酸，也可從溶液中很容易的置換出金、銀、銅等。鋅在自然界中多處于硫化物狀態(tài)。主要的含有鋅的礦物是閃鋅礦。也有像菱鋅礦和異極礦這樣的少數(shù)氧化礦。鋅易在無機(jī)酸中溶解，在其他金屬離子，如銅、鎳、鉆等和存在其他氧化劑的條件下會(huì)使化學(xué)反應(yīng)激烈，加快化學(xué)反應(yīng)進(jìn)度。它易在強(qiáng)堿性溶液中溶解。慢慢地溶于醋酸和氨水，反應(yīng)放出氧氣，可以轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的鋅酸鹽。也可以從溶液中置換銅、銀、金等這些物質(zhì)。鋅在干燥的空氣中穩(wěn)定，但是鋅的表面在含有濕氣和二氧化碳的空氣中逐漸被氧化，生成了灰色白色的堿性碳酸鋅薄膜，阻止了鋅的進(jìn)一步氧化。鋅和氧在225℃開始反應(yīng)，在硫和420℃開始反應(yīng)。鋅對(duì)氧的親和力很好，所以硫化鋅在空氣中加熱氧化后會(huì)產(chǎn)生更穩(wěn)定的氧化鋅。氧化鋅溶于稀硫酸，而且能溶解的很好，在高溫下碳能使它還原，所以硫化鋅的氧化焚燒對(duì)于濕法冶金和火法冶金來說都是重要的冶煉預(yù)處理過程。比以上更值得深思的是，鋅作為負(fù)電性金屬，電位小于鐵，鋅的標(biāo)準(zhǔn)電位一般是負(fù)0.76V，鐵的標(biāo)準(zhǔn)電位是負(fù)0.44V。由于電化學(xué)的作用，鋅會(huì)比鐵先腐蝕，所以鍍鋅代替鐵被腐蝕。另外，由于價(jià)格便宜容易獲得，因此在電化學(xué)中廣泛應(yīng)用于負(fù)極材料。當(dāng)鋅被空氣中的氧氧化后，會(huì)產(chǎn)生氧化鋅?；瘜W(xué)反應(yīng)如下：1.1.2鋅的基本用途由于鋅的性質(zhì)和特點(diǎn)，廣泛用于日常生活和生產(chǎn)。是如今當(dāng)代生活中缺一不可的金屬。其不同的性能和應(yīng)用如下：1.用于有機(jī)的合成，被用作還原劑、催化劑、鋅粉末蒸餾等。還用于電鍍鋅，也制備了很多有色金屬合金。2.作為分析試劑使用。作為還原劑，用于測(cè)定砷、銅、硝酸鹽等。3.用作鋅粉蒸餾。與醋酸、鹽酸、硫酸、堿、含氯化銨的水等一起作為還原劑被使用。制造有機(jī)鋅化合物。Reformasky反應(yīng)?？梢杂帽郊兹┲圃毂交兹┑任镔|(zhì)。詳細(xì)用途如表1.2所示：表1.2鋅的性能及其應(yīng)用Tabale1.2PropertiesandapplicationsofZn性能最初使用最終使用熔體流動(dòng)性好，熔點(diǎn)較低，易于壓鑄成型壓鑄和重力鑄造汽車，家用設(shè)備，機(jī)械器件，玩具、工具電化學(xué)性能電池:鋅一空氣電池、鋅一二氧化錳干電池、鋅一銀蓄電池汽車/交通運(yùn)輸工具，計(jì)算機(jī)，醫(yī)用設(shè)備，家用電器形成多種化合物硫化鋅氧化鋅，硬脂肪酸鋅顏料，熒光材料醫(yī)藥，化妝品，染料，焊料，橡膠，輪胎，顏料，陶瓷釉料，靜電復(fù)印紙屬負(fù)電性金屬;抗腐蝕性良熱鍍鋅，電鍍鋅，噴鍍鋅，粉鍍鋅，鋅粉涂層建筑物，電力/能源，家具，農(nóng)用機(jī)械、汽車和交通工具系合金元素，易與其他金屬形成不同性能的多種合金黃銅(銅一鋅合金)，鋁合金，鎂合金硫酸鋅建筑物，汽車，各種機(jī)械裝置的零部件，電子元件食品工業(yè)，動(dòng)物飼料，木材，肥料，制革，醫(yī)藥，紙漿，電鍍成型性和抗腐蝕性好軋制鋅建筑物屬負(fù)電性金屬;抗腐蝕性良好，保護(hù)鋼材免受腐蝕熱鍍鋅，電鍍鋅，噴鍍鋅，粉鍍鋅，鋅粉涂層建筑物，電力/能源，家具，農(nóng)用機(jī)械、汽車和交通工具1.2鋅的冶煉方法1.2.1火法煉鋅工藝火法煉鋅有很多方法，其共同點(diǎn)是利用金屬鋅的沸點(diǎn)低的特點(diǎn)向原料添加還原劑，將鋅從氧化物中還原，從爐中揮發(fā)鋅蒸氣進(jìn)入冷凝系統(tǒng)。硫化精礦是通過焙燒之后發(fā)生氧化成為氧化物再進(jìn)行還原的。根據(jù)火法制作鋅的設(shè)備，主要有以下幾個(gè)技術(shù)。①平罐煉鋅。平罐鋅冶煉工藝給現(xiàn)代鋅冶金工業(yè)貢獻(xiàn)了良好的開端。平罐的鋅鍛造是將氧化礦加入一定量的還原劑后，人工放入平罐蒸餾爐中的小罐中，加熱到1000度以上，將鋅還原為鋅蒸氣后放入冷凝器。它煉鋅生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備較簡(jiǎn)單，能耗低。但是，那個(gè)罐渣中含有鋅的量高，揮發(fā)性損失大，機(jī)械化困難，使環(huán)境嚴(yán)重遭受了污染。這些缺點(diǎn)基本上淘汰了平罐的鋅冶煉，只有一些小工廠采用這種方法生產(chǎn)粗鋅。②電爐煉鋅。用最初的火法冶煉鋅是利用燃料加熱罐使罐中的化學(xué)物質(zhì)一起發(fā)生反應(yīng)，用電爐冶煉鋅的方法，這樣才得以發(fā)展。主要可分成電阻爐和電弧爐兩大類。用電阻爐冶煉鋅的原料和用傳統(tǒng)的火法冶煉鋅的原料相同，把還原劑作為爐料使用，它的作用跟電阻相同。當(dāng)電流通過爐料會(huì)產(chǎn)生熱量，此時(shí)爐內(nèi)開始反應(yīng)。電阻爐提取鋅的特點(diǎn)是利用電能加熱，可以連續(xù)蒸餾鋅蒸氣，但是由于爐的構(gòu)造復(fù)雜，使用時(shí)間短，所以不被廣泛使用。用電弧爐制作鋅的原料與用電阻爐制作鋅的原料相同，但是電弧爐把焦炭作為還原劑，放入一定量的溶劑。將電極插入熔池中，電流通過后在電極和爐渣之間產(chǎn)生電弧，此時(shí)爐內(nèi)的鋅蒸發(fā)成蒸汽。盡管此方法優(yōu)點(diǎn)很多，但是為了減少電力消耗量，還是將這種方法限制使用在冶金工業(yè)上。1.2.2濕法制鋅工藝濕鋅不僅克服了用火法制造鋅的各種缺點(diǎn)，還實(shí)現(xiàn)了一些設(shè)備的大型化。濕法煉鋅大體由四個(gè)工序構(gòu)成。鋅精礦的沸騰和燒結(jié)、燒結(jié)礦的浸出、凈化與電積。濕法鋅冶煉鋅的優(yōu)點(diǎn)非常明顯，可以回收大約10種元素，對(duì)環(huán)境的污染很小，生產(chǎn)的金屬鋅的品質(zhì)很高。在20世紀(jì)60年代前些時(shí)候，浸出過程比較簡(jiǎn)單，有些鋅在浸出的渣中損失，回收率也很低，浸出處理非常重要，主要可分為火法和濕法兩大方式?；鸱ǖ奶幚矸绞街饕菍⒔龅脑稍锏剿可俸?，再加合適的焦炭，經(jīng)揮發(fā)窯浸出鋅后使鋅從煙塵中揮發(fā)，回收鋅煙塵，并進(jìn)行冶煉。其優(yōu)點(diǎn)非常明顯，缺點(diǎn)也很顯而易見，其中產(chǎn)生的二氧化硫會(huì)污染環(huán)境。伴隨著科技的發(fā)展，出現(xiàn)了各種處理方式，加快了濕法渣處理工業(yè)化生產(chǎn)進(jìn)程。該方法既克服了爐渣中鋅含量高的缺點(diǎn)，又實(shí)現(xiàn)了各車間設(shè)備的大型化和機(jī)械化，減少了人工作業(yè)的強(qiáng)度，大大的提高了鋅的回收率，解決了污染環(huán)境的問題。但是，濕法渣處理的爐渣中殘留著少量的酸液，使投資成本很高。1.2.3其他制鋅工藝在上面介紹的鋅冶煉法中，每一個(gè)過程都有自己的缺點(diǎn)。這些缺點(diǎn)讓人們繼續(xù)對(duì)鋅冶煉工業(yè)進(jìn)行持之以恒的研究，不斷尋找新的工藝方法。對(duì)硫化鋅精礦直接進(jìn)行加壓氧化是Sherritt工藝，它可以減少二氧化硫的環(huán)境污染問題，濕法鋅工藝被改善，但對(duì)浸出設(shè)備要求很高，費(fèi)用也比較大。另外，細(xì)菌提鋅，主要利用細(xì)菌冶金對(duì)低品位硫化鋅礦進(jìn)行氧化浸出。它的優(yōu)點(diǎn)是充分利用資源，但它的技術(shù)還處于研究階段。固硫還原濕法冶煉工藝或者干法制鋅中硫酸的產(chǎn)生過剩，此種方法也停留在實(shí)驗(yàn)室的研究階段。懸浮電解過程銅的硫化物最初被應(yīng)用，之后擴(kuò)展到氯化物的體系之中，現(xiàn)在被用于硫酸鹽，克服了氯化物對(duì)于鋅電解的一些不利的影響。1.3鋅冶煉渣的處理方式當(dāng)前，采用的是中浸、凈化、電積、鑄造的濕法工藝，這些工藝得到的鋅大約占鋅總產(chǎn)量的80%。各過程的主要區(qū)別是關(guān)于冶金渣的各種處理方式。根據(jù)它們處理方式的不同，分為還原揮發(fā)法、氧壓浸出法、熱酸浸出法三種。熱酸浸出法還分為黃鉀釩法、針鐵礦法及赤鐵礦法。無論采用怎樣的濕法冶煉鋅的過程，冶煉渣的產(chǎn)量都是電鋅產(chǎn)量1.0～1.2倍，其種類主要有針鐵礦渣、浸出渣、硫渣、浸出渣等。伴隨著環(huán)境保護(hù)的日益嚴(yán)峻，無害化處理鋅濕法冶煉爐渣化以及零積累成為必然。1.3.1鋅冶煉渣浸出工藝浸出過程是濕法鋅生產(chǎn)過程的重要組成部分。根據(jù)不一樣的原料的生產(chǎn)，我們把浸出過程分為焙燒礦的常規(guī)浸出過程、焙燒礦的熱酸浸出過程、硫化鋅精礦的氧壓浸出過程、氧化鋅精礦的直接酸浸過程以及粗氧化鋅粉末的直接酸浸過程等其它一些工藝。根據(jù)生產(chǎn)表明，浸出工程的好壞直接影響了整個(gè)電鋅生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)指標(biāo)。浸出過程溶劑主要是硫酸或者廢電沉積液，把原料中的有價(jià)金屬（例如鋅）溶解在溶液中的過程，同時(shí)使用手段除去溶液中的雜質(zhì)（例如Fe、Si、Co、Cr等），使沉降速度快，過濾性好得到容易分離固液的浸出礦漿。在過濾之后，容易得到的溶液酸度低，含量高而且雜質(zhì)少。浸出過程中浸出率的主要影響原因有浸出時(shí)溫度、浸出所用時(shí)間、攪拌轉(zhuǎn)速、礦石的粒度、浸出的酸度、浸出所用液固比等。本工廠的浸出車間主要采用焙燒加熱酸浸出的方式，包括中溫酸、高溫高酸、聯(lián)合浸漬、雙酸浸以及過濾等工序。1.3.2鋅浸出渣的危害當(dāng)下，濕法煉鋅所得到的浸鋅渣還沒有得到充分利用，大部分堆積在一起，占據(jù)了荼毒大量的面積，嚴(yán)重影響了農(nóng)業(yè)勞動(dòng)和工業(yè)生產(chǎn)。鋅礦渣中含有許多的鎬與鉛等重金屬，根據(jù)《危險(xiǎn)廢物名錄》規(guī)定被稱作危險(xiǎn)固體廢棄物。此污染物有毒性，重金屬的毒性比有機(jī)污染物大，需要優(yōu)先控制作為污染物。其毒性長(zhǎng)期有效，生物體內(nèi)食物鏈豐富，危害人類健康和社會(huì)發(fā)展。隨著鋅礦的持續(xù)開發(fā)，產(chǎn)生的鋅廢渣的產(chǎn)量逐漸增加，它們經(jīng)過風(fēng)化、雨露以及地表流出的一些自然作用，渣中的重金屬不斷積累進(jìn)入土壤，礦區(qū)重金屬含量超過標(biāo)準(zhǔn)，污染日益增加。在各種研究證明之下，被重金屬污染過的土壤，其內(nèi)部理化特性發(fā)生了變化，微生物的含量有些低，多樣性也隨之減少。植物鏈借助于重金屬在生物體內(nèi)積蓄，重金屬誘導(dǎo)產(chǎn)生了某一種有毒物質(zhì)，間接傷害植物體。因?yàn)橹亟饘俚恼T導(dǎo)作用，比如說植物體內(nèi)也會(huì)產(chǎn)生一定量的過氧化氫與乙烯等物質(zhì)，植物的酶活性和它的代謝會(huì)受到影響，對(duì)植物造成間接的危害作用伴隨著重金屬的作用危害下，有些植物體內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)有時(shí)會(huì)失去，功效也會(huì)降低，如重金屬的存在會(huì)使一些植物體內(nèi)的鐵含量降低，生理參與過程中，會(huì)出現(xiàn)缺鐵的癥狀。在新濃度高的情況下豆類植物，出現(xiàn)葉子失去綠色、發(fā)黃等毒害的一些癥狀，鐵元素補(bǔ)充之后，植物的葉子綠色可以被恢復(fù)。高濃度的福含量破壞了植物體內(nèi)的葉綠素，阻止了植物的生長(zhǎng)，濃度高的鎳含量控制了植物氮元素的吸收，高濃度的鉛含量阻礙了植物的生理活動(dòng)。重金屬也對(duì)土壤污染嚴(yán)重，使農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品質(zhì)量有所下降，植物鏈?zhǔn)怪亟饘俑缓梭w和生物體內(nèi)，危害人類健康。也通過水體和大氣污染傷害人體健康，特別注意的是，一部分有毒污染物質(zhì)的影響是慢速而長(zhǎng)期的過程，可能持續(xù)幾十年到幾代之久。如果在人體中攝取或收集大量重金屬，會(huì)導(dǎo)致潰瘍病、貧血、高血壓等疾病，同時(shí)會(huì)引起皮膚癌、宮頸癌、肝癌等一部分癌癥和慢性中毒等一些癥狀。參考文獻(xiàn)[1]李若貴.我國(guó)鉛鋅冶煉工藝現(xiàn)狀及發(fā)展[J].中國(guó)有色冶金,2010,39(06):13-20.[2]陸清.淺談新技術(shù)裝備集成對(duì)鋅冶煉的影響[J].智能城市,2018,4(13):158-159.[3]劉自亮,王宇佳,張嶺.鋅濕法冶煉渣處理工藝研究[J].銅業(yè)工程,2020(01):74-77.[4]LIUT,LIF,JINZ,etal.Acidicleachingofpotentiallytoxicmetalscadmium,cobalt,chromium,copper,nickel,lead,andzincfromtwoZnsmeltingslagmaterialsincubatedinanacidicsoil[J].EnvironmentalPollution,2018,238(06):64-68.[5]易堅(jiān),楊曉松.鉛鋅冶煉行業(yè)產(chǎn)排污系數(shù)核算方法及應(yīng)用[J].有色金屬,2008(03):124-128.[6]YANGY,LIF,BIX,etal.Lead,Zinc,andCadmiuminVegetable/CropsinaZincSmeltingRegionanditsPotentialHumanToxicity[J].BulletinofEnvironmentalContaminationandToxicology,2011,87(05):586-590.[7]SONGJ,GUOZ-H,XIAOX-Y,etal.Environmentalavailabilityandprofilecharacteristicsofarsenic,cadmium,leadandzincinmetal-contaminatedvegetablesoils[J].Transactions