硫化锌精矿流态化焙烧(fluid bed roasting of zinc sulfide concentrate)

硫化锌精矿中的硫化锌在流态化炉内于高温下转变为氧化锌的锌炉料准备作业。产出的锌焙砂或用于锌熔炼或用于锌焙砂浸出。用于前者的焙砂，要使全部硫化锌转变为锌的氧化物；用于后者，可使部分的锌转变成硫酸盐。

简史 硫化锌精矿焙烧出现较早，但大规模商业性锌精矿焙烧是在1740年首先从英国开始的，19世纪末在欧洲得到迅速发展。水口山矿务局是中国最早进行锌精矿焙烧的工业企业。1950年以前，国际上广泛采用机械多膛炉(见焙烧)进行锌精矿的焙烧。这种设备生产能力小，烟气中二氧化硫浓度低，焙砂含硫酸盐高和设备维修量大。飘悬焙烧炉由于克服了多膛炉的一些缺点，在工业中曾一度用于硫化锌精矿的焙烧。但飘悬焙烧要求物料颗粒悬浮于气流中，反应时间短暂，炉料粒度必须很细，精矿需要再磨；另一方面飘悬产出焙砂粒度过细，增加了湿法冶金中过滤等作业的困难。所以，20世纪60年代以后，上述两种焙烧工艺已逐步被淘汰，取而代之的是流态化焙烧。1947年美国道尔(Dorr)公司用流态化焙烧工艺处理含砷的硫化锌矿，1952年又用于从硫化锌精矿中生产二氧化硫，随后世界各国硫化锌精矿的焙烧便普遍采用流态化焙烧工艺。

原理 硫化锌精矿中的锌主要以闪锌矿(ZnS)和铁闪锌矿(mZnS•nFeS)形式存在，硫化锌精矿的焙烧实质上是精矿的脱硫过程。该过程是在强氧化气氛中进行的放热反应，伴随焙烧的进行放出SO₂并生成ZnO：

ZnS+3/2O₂=ZnO+SO₂↑

同时存在生成ZnSO₄的反应：

SO₂+1/2O₂→SO₃

ZnO+SO₃→ZnSO₄

硫化锌精矿中的FeS₂，在较低温度(873K)下开始氧化，生成Fe₂O₃和SO₂：

2FeS₂+11/2O₂=Fe₂O₃+4SO2↑

Fe₂O₃进而与ZnO生成铁酸锌ZnO•Fe₂O₃。

工艺 经干燥并破碎的硫化锌精矿，用加料机连续送入流态化焙烧炉内，在经炉底鼓入的空气的激烈搅动下，在炉床上成流态化状态，并迅速完成脱硫反应。焙砂经溢流口排出，含SO₂烟气经收尘系统净化后，送去制硫酸。流态化焙烧具有传热、传质迅速和自热反应的特点，生产设备连接流程如图1。硫化锌精矿流态化焙烧有低温焙烧、中温焙烧和高温焙烧三种制度。低温焙烧用于处理含高硅(SiO₂>4％)的硫化锌精矿，以使精矿中的硅尽量少转化为可溶硅，因为可溶性硅在焙砂浸出时，大量进入溶液，给后续作业带来困难。中温焙烧是大多数湿法炼锌厂采用的制度。高温焙烧是锌熔炼和直接法制氧化锌所要求采用的制度，这种焙烧制度不仅脱硫彻底，而且也能脱除硫化锌精矿中的大部分铅和镉。三种焙烧制度的技术条件和指标列举于表。焙烧烟气中的显热通过余热锅炉能得到有效的回收，通常每吨入炉精矿可产生约1t(3．72MPa)蒸汽，用于发电除可满足本系统需要外，还有电能输出。焙烧1t硫化锌精矿可产硫酸约O．90t。

流态化焙烧炉 是一内部空腔为圆形或矩形炉子，下部为风箱，风箱与炉膛间隔一个分布板，板上安有一定数量的风帽。硫化锌精矿的流态化焙烧炉主要有三种炉型。(1)道尔型：炉子从下到上是直桶形(或向上稍有扩大)，精矿以粉状或浆状进料，所用的床层线速度较小，床能力较小，多为早期建厂所用。(2)鲁奇型(图2)：为圆形炉子，直孔式风眼，粉状料抛料机进料，炉体直径由下向上明显扩大(见彩图插页第7页)。这种炉形有利于床层线速度的提高和增加烟尘在炉内的反应时间，床能力较大，焙砂质量较好，为目前国际上所广泛采用。(3)奥维伯特型：为矩型炉子，入炉精矿先用粘结剂制粒，床层线速度大，床能力大，烟尘率较低，由于增加了制粒作业，工业上较少采用。

展望 硫化锌精矿流态化焙烧近年来向着提高炉子作业率、增大能力、降低焙砂残硫和可溶硅、加强余热的回收和利用、实现全部操作的自动化的方向发展，并采用了提高床层线速度、富氧鼓风等技术。新建工程普遍采用鲁奇型炉型。