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年产4万吨锌产品浸出车间的设计说明书(毕业论文)

发表时间:2019-10-13 11:27:05

年产4万吨锌产品浸出车间的设计说明书(毕业论文)
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院 - 系: 冶金系
专 业: 冶金工程专业
年 级:
学生姓名:
学 号:
导师及职称:

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

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

毕业论文(设计)原创性声明

本人所呈交的毕业论文(设计)是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除文中已经注明引用的内容外,本论文(设计)不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文(设计)的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中作了明确说明并表示谢意。


作者签名: 日期:


毕业论文(设计)授权使用说明

本论文(设计)作者完全了解红河学院有关保留、使用毕业论文(设计)的规定,学校有权保留论文(设计)并向相关部门送交论文(设计)的电子版和纸质版。有权将论文(设计)用于非赢利目的的少量复制并允许论文(设计)进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文(设计)的全部或部分内容。保密的论文(设计)在解密后适用本规定。
 
作者签名: 指导教师签名:

日期: 日期:

毕业论文(设计)答辩委员会(答辩小组)成员名单



姓名 职称 单位 备注













摘 要

本设计是以某厂锌浸出车间生产实践数据为参考,选用该厂的原料,其原料特点是锌品位较低,含铁铟高。通过查阅了有关文献,结合自己所学课程,对锌的性质、用途、锌资源分布及特点和湿法炼锌现状等情况进行了简明的论述。对现有炼锌浸出工艺综合比较后,确定了炼锌工艺流程,并进行了工艺流程论证以及对控制条件和主要技术经济指标进行论证。运用反程法计算出锌浸出车间的物料平衡,得到了年度综合物料量。通过每天需要处理物料量,确定了主体设备的尺寸、型号、数量,再进行辅助设备的选型及确定数量,然后进行车间平面布置,并绘制相应图纸。

关键词:40kt/a;锌浸出;车间设计



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 t
……(新文秘网http://www.wm114.cn省略2625字,正式会员可完整阅读)…… 
占轻工业耗锌的80%左右,多年来干电池产量持续增长,目前年产量已达1300*108(2000年数据)以上,居世界第一,年耗锌量约26*104 t左右。干电池产量久经不衰,主要受民用市场和出口需求旺盛影响。我国干电池主要以糊状和纸板电池为主,碱锰电池比例仅占10%左右,而发达国家碱锰电池比例占50%以上,美国达80%,这方面我国还有发展潜力。除了干电池大量耗锌外,日用五金(制锁、炊事用具、包装容器)、日用机械(自行车、钟表)、家用电器耗锌量也不少,约占轻工业耗锌量的15%左右。
(2)氧化锌和立德粉:氧化锌主要用于生产化工原料、颜色、涂料、催化剂和化学助剂。立德粉主要用于油漆和橡胶工业,油漆用量占50%,橡胶用量占12%。
(3)黄铜用锌:锌能和多种有色金属制成锌合金,最主要的是锌与铜、锡、铅等制成黄铜。黄铜导电性和导热性较好,在大气、淡水和海水中耐腐蚀,易切削和抛光,焊接性能好且价格便宜,常用于导电元件、导热元件、耐蚀结构件、弹性元件、日用五金及装饰材料。2000年我国铜材生产中黄铜耗锌量近15*104 t。
(4)其他行业:锌与镁、铝、铜等制成的压铸合金,广泛用于机械制造以及汽车、摩托车生产,还有胶印印刷板、建筑用屋面板、日用五金等,这部分今后也会有增加。氧化锌主要用于生产化工原料、颜料、涂料、催化剂和化学助剂、立德粉主要用于油漆(50%)和橡胶工业(12%),目前生产的氧化锌和立德粉,折合耗锌量10万吨左右,大体上各占一半。
随着科学技术的发展,氧化锌的许多特性被人们重新认识。氧化锌所具有的特性功能被开发运用于新的科学领域和新的行业,成为国民经济建设中不可缺少的重要基础化工原料和新型材料。如纳米氧化锌就被誉为二十一世纪的新材料。在冶金工业中用来从氰化溶液中置换金;湿法冶锌中用锌粉净液,除去铜、镉等杂质;用高纯铜锌合金滤材处理水中重金属;锌还用来提取粗铅中贵金属等[2]。
1.3锌资源分布及特点
锌矿石按其所含矿物不同分为硫化矿与氧化矿两种。在硫化矿中锌呈ZnS状态或nZnS•mFeS状态,最多的还是ZnS状态。在氧化锌矿中锌多呈ZnCO3 与 Zn2SiO4•H2O 状态。氧化矿一般是次生的,它是在硫化矿床上部由于硫化物长期风化结果而产生的。在自然界的矿石中较多的还是硫化矿,因而目前炼锌的主要原料也是硫化矿。
1.3.1世界锌资源分布及特点
据美国地质调查局(USGS)公布的数据,2004年世界锌资源量有19亿吨,锌储量2.2亿吨,储量基础为4.6亿吨。数据表明,世界锌资源有广阔的勘查前景。按照目前世界锌金属产量1000万吨计算,现有世界锌储量和储量基础静态保证年限分别为22年和46年。世界锌储量和储量基础较多的国家有中国、澳大利亚、美国、加拿大、墨西哥、秘鲁、哈萨克斯坦、南非、摩洛哥和瑞典等国,上述国家合计分别占2004年世界锌储量基础的75%。
世界锌矿资源较为丰富。自然条件下并不存在单一的锌金属矿床,通常情况锌与铅、铜、金等金属以共生矿的形式存在。已知的锌矿物大约有55种,其中约13种锌矿物有经济价值。闪锌矿(ZnS)是最富含锌的矿物,占锌总产量90%左右。重要的锌矿物还包括纤锌矿、异极矿、菱锌矿、水锌矿、红锌矿、硅锌矿等。
1.3.2我国锌资源分布及特点
我国已探明的锌资源储量为3300万吨。我国有铅锌矿产地700多处,主要为:黑龙江省的西林;辽宁省的红透山、青城子;河北省的蔡家营子;内蒙古自治区的白音诺、东升庙、甲生盘、炭窑口;甘肃省的西成(厂坝);陕西省铅硐山;青海省的锡铁山;湖南省的水口山、黄沙坪;广东省的凡口;浙江省的五部;江西省的冷水坑;江苏省的栖霞山;广西壮族自治区的大厂;云南省的兰坪、会泽、都龙;四川省的大梁子、呷村等铅锌矿。
我国锌资源的特点是硫化矿占绝大多数,90%的储量为原生硫化矿矿石,只有云南省的兰坪和会泽、广西的泅顶、辽宁的柴河以及陕西的铅硐山等少数几个氧化铅锌矿床。另外,矿石类型复杂,单一的锌矿石类型少,共伴生组分较多,主要有金、银、铜、锡、镉、硫、萤石以及稀有稀散元素[3]。
1.4湿法炼锌现状
湿法炼锌包括常规湿法炼锌和全湿法炼锌两类。
湿法炼锌最早于1916年投入工业生产,随着技术的发展和环保的要求:湿法炼锌已是当今炼锌的主要方法,其产量占世界锌产量的80%以上。湿法炼锌有常规湿法炼锌工艺、热酸浸出炼锌工艺和硫化锌精矿氧压浸出工艺等。前2种工艺都需要进行焙烧,使ZnS 变成易被稀硫酸溶解的ZnO,焙烧产出的氧化锌焙砂送湿法炼锌系统生产电锌。硫化锌精矿氧压浸出新工艺于1981 年在加拿大开始投入工业生产,因为取消了锌精矿的焙烧作业,真正实现了全湿法工艺炼锌。
火法炼锌的方法有平罐炼锌、竖罐炼锌、电炉炼锌和铅锌密闭鼓风炉炼锌4种。平罐炼锌由于环境污染严重,劳动条件差,目前已基本淘汰。竖罐炼锌经过几十年的发展,罐受热面积由最初的40m2高到100m2,利用效率大大提高,是能耗偏高,约了其工艺的发展,逐步被其他方法所代替。电炉炼锌是于20世纪30年代出现的炼锌技术,国于20世纪80年代开始采用该工艺,前已有几十个小型工厂应用该方法,是其生产规模都较小,一般产量为500~2500t/a[4]。
目前国内现有的湿法炼锌工艺,主要有常规法炼锌工艺、黄钾铁矾法炼锌工艺和低品位高铁锌精矿综合利用研究工艺等,这几种湿法炼锌工艺共同点在于: 一是把锌焙砂烟尘中的锌在浸出工段最大限度地浸出后,将含锌溶液送去净化、电积提取锌;二是需用回转窑挥发铁矾渣、酸浸渣得到烟尘回收锌铟。其不同点在于除铁方法不同 :如常规法炼锌工艺和低品位高铁锌精矿综合利用研究工艺采用的是回转窑挥发得到烟尘回收锌铟而把铁留在渣中达到除铁的目的;而黄钾铁矾法炼锌工艺是通过沉矾工序除铁,再通过回转窑挥化铁矾渣得到烟尘回收锌铟,而又把铁留在渣中。这几种湿法炼锌工艺共同的缺点是工艺流程长,锌铟回收工艺过程需湿法、火法并用;除铁工序都需要加温耗煤,黄钾铁矾法炼锌工艺还消耗碳酸氢铵。因此,导致上述几种湿法炼锌工艺和后续回收锌铟工艺流程长、能耗高、锌铟生产成本高、经济效益差等缺点。
2工艺流程的选择与论证
2.1原料特点
本设计的原料主要来自焙烧车间,其特点是:
(1) 以锌为主,共生铅锡银,精矿成分比较复杂;
(2) 精矿中的Cu、Cd、In、Ag等有价金属具有回收价值,含铁量高达17%。设计的工艺流程,除考虑主要金属锌的回收利用外,还应考虑Cu、Cd、In等有价金属的综合回收利用,以提高精矿的综合利用率;
(3) 原料中的In的含量较高,所以采用了中和水解除铁工艺。
2.2中和水解除铁法浸出
由于浸出是湿法炼锌的关键工序。因此,人们对浸出工艺流程十分重视。国内外炼锌厂根据各自的不同条件创造了多种不同的工艺流程,按浸出段数有:一段浸出:一段中性浸出、一段氧压浸出、一段还原浸出;二段浸出:一段中浸,一段酸浸;两段酸浸出;三段浸出:一段中浸,一段酸浸,一段热酸浸;
本设计采用了一段低酸浸出,一段热酸浸出,一段中和水解除铁。按操作过程有:连续浸出和间断浸出。连续浸出是指物料和溶液按一定比例连续不断地通过浸出设备(通常是几个串联的浸出槽)以完成浸出作业。间断浸出是指焙烧矿在浸出槽中分批周期性地进行浸出。连续浸出的优点是:(1)设备利用率高;(2)节约人力,劳动生产率高;(3)过程易实现自动化;(4)矿浆成分稳定;(5)浸出始酸较低,从而减少了有害杂质进入浸出液;(6)可采用热焙砂冲矿,节约焙砂冷却设备,利用热焙砂的物理热节约能耗。间断浸出的优点是:(1)能严格控制技术条件,准确控制浸出终点,能获得良好的中性上清液;(2)对种类繁多、成分复杂、质量较差的焙烧矿,能取得较好的浸出效果。本设计采用两段逆流连续浸出,中和水解除铁是为了除去铁,同时使铟也水解,从而回收铟金属。
2.3浸出过程的技术条件控制
浸出过程的好坏与选用的技术条件密切相关。实践表明,只有正确选用操作技术条件,严格操作,精心控制,方能取得好的浸出效果。中和水解除铁浸工艺一般控制的浸出工艺条件如下:
(一)低酸浸出的技术条件:浸出温度:65~85℃;浸出液固比:8~12:1;浸出始酸:120~150g/L;浸出终点pH值:2~5;浸出时间:1~3h;
(二)高酸浸出的技术条件:浸出温度:70~95℃;浸出液固比:4~8:1;浸出始酸:150~180g/L;浸出终酸:50~60g/L;浸出时间:2~3h。
(三)中和水解的技术条件:浸出温度:50~75℃;浸出液固比:6~8:1;浸出始酸:pH值:2~5;浸出终酸:5.2~5.4;浸出时间:2~5h。
(四)空气氧化的技术条件:温度:70~95℃;pH值:3.5~5;氧化后液成分(g/L):Fe2+ ≤2.0,As≤0.10。
2.4浸出的主要技术经济指标
2.4.1 焙烧矿浸出率
焙烧矿出率的影响因素:
(1)可溶锌的影响:焙砂中可溶锌率提高,矿粉的浸出率必将提高;
(2)固液比:液固比增大,溶液混合良好,扩散较易,所以提高焙烧矿浸出率。本设计低酸浸出取液固比:9:1,低酸浸出取液固比:7:1;中和水解除铁取液固比:8:1。
(3)温度:一般来说,温度提高,扩散过程加快,浸出率提高。本设计低酸浸出温度为 60~85℃,高酸浸出温度为70~95℃,中和除铁温度为50~75℃。
(4)浸出时间:提高浸出时问,则矿粉浸出率随之升高,但是浸出时间过长,设备投资增加,动力消耗大,而矿粉浸出率增加不大。一般来说低浸2小时,高浸取1.5小时,中和除铁取3小时
(5)搅拌强度:搅拌强度增大,则扩散加快,加快反应速度,但是搅拌强度过大则造成矿浆的飞溅损失,这时对加快反应速度的促进作用也不在很明显,并将使动力消耗增加,设备损失增加;
(6)矿浆粒度:矿浆粒度减小,则接触面积愈大,反应也就愈迅速,在一定范围内,矿浆粒度减小,可以加快反应速度,但粒度过小,则将给澄清带来困难,本设计中矿浆粒数磨细到85目以上;
2.4.2锌的浸出率
锌的浸出率越高,则渣率越低。影响浸出渣率因素,目前影响矿粉锌浸出率的因素,降低矿粉浸出渣率,主要降低渣中水溶锌其影响因素为:
(1)洗水用量:洗水用量越大则渣中的可溶锌越低但不能无限制的加大洗水用量,否则难以保持溶液体积平衡;
(2)洗水温度:一般洗水温度控制在 75~90℃,洗水温度升高,则渣中的可溶锌降低,但洗水温度过高,不仅不利操作,而且能耗增加;
(3)少量多次:在洗水量为定值的前提下,少量多次洗法可把矿粉浸出渣中的可溶锌有效的洗下来。从而降低浸出渣率;
(4)渣的性质:浸出渣中,二氧化硅含量少,氢氧化铁颗粒小,则矿浆粘度小,此时胶粒和微粒物质不易堵塞过滤介质的毛细孔道,使过滤易于进行,在此种情况下,矿粉浸出渣率降低[5]。
2.4.3渣含锌
根据冶金计算焙烧矿浸出,高酸渣含锌为15.955%,中和水解除铁渣含锌为3.500%。提高矿粉的浸出率,则可降低浸出渣含锌率,前述提高矿粉浸出率的措施均适用于本工艺过程本设计采用两段酸浸出,使渣中的铁酸锌和硫化锌大部分溶解,这样可以提高锌的回收率。
2.5工艺流程图
焙烧工段球磨后的锌焙砂通过压缩空气输送到浸出车间的料仓,按低酸浸出始酸要求配好低酸浸出前液,送到低酸浸出槽,锌焙砂由料仓锥底排出,经星型给料器、电子皮带秤、螺旋给料机,将焙砂送人浸出槽内进行浸出,产出低酸浸出矿浆送低酸浸出浓密机进行沉清,经沉清得到的低酸浸出上清液送低酸浸出上清贮槽。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进行浸出,产出高酸浸出矿浆送高酸浸出浓密机进行沉清,经沉清得到高酸浸出上清液送高酸浸出上清液贮槽再送低酸浸出,得到高酸浸出底流送压滤,产出滤液送高酸浸出上清液贮槽再送低酸浸出,得到的压滤渣送去挥发窑车间处理。将低酸浸出上清液加入到空气氧化槽中,通入空气,进行氧化,使二价铁含量低于要求,再把氧化过的低酸浸出上清液加入到中和除铁槽中,再慢慢加入中和剂碳酸钙进行中和除铁,产出的中和除铁矿浆送浓密槽机沉清,产出的中和上清液送中和上清液贮槽后,再送净化;浓密机产出的中和底流送去压滤,得到的渣送去挥发窑车间处理。
综合前面所述,本设计采用的工艺流程见图3-1。



锌焙砂

料 仓

电子皮带

螺旋给料

酸低浸出


酸性浓密




中和除杂 高酸浸出

中和浓密 高酸浓缩





图3-1工艺流程图

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