1977年加拿大謝利特哥頓(Sherritt Gordon )礦業有限公司和科明科(Cominco)礦業有限公司聯合進行硫化鋅精礦氧壓浸出試驗,1981年世界上第一套硫化鋅精礦氧壓浸出工業裝置在科明科公司所屬的特雷爾(Trail)廠投產,1983年第二套工業裝置在加拿大奇德克里克(Kidd Creek)礦業有限公司電鋅廠投產。
浸出反應釋放出的熱量,為過程本身提供了所需的熱源。浸出過程中需加入表面活性劑,以消除生成的元素硫對礦物表面的包裹,使浸出反應能進行完全。隨著浸出過程的進行,溶液酸度降低,溶液中Fe3 以鐵礬、配合硫酸鹽或氧化物狀態進入浸出渣 。
硫化鋅精礦在球磨機內磨細到粒度95%小于44μm,加入表面活性劑后,用泵送入壓煮器第一室。同時泵入預熱到343K的鋅電解沉積廢電解液和通入工業氧氣。浸出溫度為418-428K,浸出壓力為1300kPa。浸出后的礦漿由壓煮器排到閃蒸槽,在那里降壓到100kPa。閃蒸所產生蒸汽用于預熱浸出液(鋅電解沉積廢電解液)。礦漿再由閃蒸槽排入調節槽,同時冷卻到353K,此時元素硫由非晶形轉變為單斜晶形。調節槽的礦漿送到水力旋流器進行分離,溢流為硫酸鋅溶液。硫酸鋅溶液含鋅115g/L、含H2SO4 30g/L,經中和、凈化后送電解沉積生產金屬鋅。旋流器底流為富硫精礦,經泡沫浮選得到硫精礦。硫精礦經過濾和洗滌后,用蒸汽間接加熱熔融,熔融的粗硫磺經磺壓濾機過濾,得到含元素硫99%的精制硫磺。
硫化鋅精礦氧壓浸出的鋅浸出率可達到98%以上。硫轉換為元素硫的轉換率與精礦中黃鐵礦含量有關,黃鐵礦含量低。有利于硫的轉換和回收。加拿大特雷爾廠的硫轉換率達到95% 。
硫化鋅精礦氧壓浸出的主體設備是臥式壓煮器,壓煮器用隔墻分為幾個室,各室都裝有攪拌器。壓煮器外殼為由碳鋼焊接而成,內襯鉛板、保溫磚和耐酸磚 。
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應用原位能量色散X射線散射和金剛石對頂砧技術,對納米晶ZnS進行了高壓結構相變研究。初始相為纖鋅礦結構的10 nm和3 nm硫化鋅分別在16.0 GPa和16.7 GPa時轉變為巖鹽礦結構,相變壓力均高于纖鋅礦結構的體材料硫化鋅。該相變為一可逆的結構相變。應用大型科學計算軟件Materials Studio(MS)計算了納米晶ZnS的狀態方程,根據Birch-Murnaghan方程擬合了納米晶ZnS的零壓體模量,得到的零壓體模量高于相應體材料的零壓體模量,表明納米晶ZnS較難壓縮。
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根據鋅精礦常壓富氧浸出設備的原理,對富氧加壓浸出閃鋅礦精礦的設備和工藝提出改造,在加壓釜中實現鋅精礦中低壓富氧浸出,融合加壓富氧浸出和常壓富氧浸出的優點,避免兩者的缺點,優化和簡化設備和工藝,達到投資節省,技術優化,設備簡單,工藝精煉,環境友好,操作安全,生產實際可行。
一、浸出。作為濕法冶金的第一步,浸出率的高低直接決定效率以及效益。原礦經過破碎、篩選、富集以及其他處理以后,將礦物里面的有價金屬轉移到溶液中的過程。在鈷鎳生產中浸出主要有酸性浸出、氯化浸出、氨浸出以及高壓氧浸等等。主要用到的輔料有濃硫酸、濃鹽酸、氯氣,二氧化硫、氨水、空氣、氯酸鈉、雙氧水、二氧化錳、亞硫酸鈉等等。一般鈷鎳礦主要有硫化礦以及氧化礦,特別是硫化礦多半生有其他金屬,所以在浸出時不僅要考慮鈷鎳的浸出,還要考慮其他有價金屬的綜合回收利用。
適合于含鉬廢催化劑(一般含MoO3 8%-10%)的再生回收。含鉬廢催化劑于773-823K溫度下焙燒除去碳、碳氫化合物及硫,焙燒產物經粉碎后在473K溫度的硫酸溶液中浸出,過濾使鉀鋁明礬沉淀和鈷鎳釩鉬的浸出液分離。濾液加NaOH使鎳和鈷以氫氧化物沉淀析出。液固分離后從固體產物中回收鎳、鈷。鉬和釩以Na2MoO4和Na2VO3形式留于溶液中,然后加按鹽使釩以(NH4)2VO3形式沉淀,分離后再通過已知傳統方法分別回收釩和鉬。鈷和鉬回收率分別為97%和95%。
普通模壓與注壓最明顯的區別在于前者膠料是以冷的狀態充入模腔的,而后者則是將膠料加熱混合,并在接近硫化溫度下注入模腔。因而,在注壓過程中,加熱模板所提供的熱量僅僅只用于維持硫化,它能很快將膠料加熱到190℃-220℃。在模壓過程中,由加熱模板所提供的熱量首先要用于預熱膠料,由于橡膠的導熱性能差,如果制品很厚,熱量要傳導到制品中心需要較長的時間。采用高溫硫化也可在一定程度上縮短操作時間,但往往導致靠近熱板的制品邊緣出現焦燒。
采用注壓法硫化,可以縮短成型周期,實現自動化操作,這對大批量生產最為有利。注壓還具有以下優點:可以省去半成品準備、起模和制品修邊等工序;可以生產出尺寸穩定、物理機械性能優異的高質量產品;減少硫化時間,提高生產效率,減少膠料用量,降低成本,減少廢品,提高企業經濟效益。
采用注壓硫化成型工藝時,需要注意以下幾點:
1、采用合理的螺桿轉速、背壓,控制適當的注射機溫度。一般地,應保持出料口膠溫和控制循環溫度之差不大于30度為宜。
注射機螺桿的用途是在選定的和均勻的溫度下為每一循環制備足夠量的膠料;它明顯地影響著注射機的產量。
背壓是通過放慢注射缸中出油口的流量而產生的,并對注射機所射出膠料,對注射油缸的推擠作用進行限制。實踐中,背壓只會稍微增加對膠料的剪切,而不會引起硫化制品物理性能的降低。
2、噴嘴的設計。噴嘴連接注射機頭和模具,同時對熱平衡有一定作用。經過噴嘴的壓力損失會經由注射而轉換成為熱量。膠料絕不允許在這個部位硫化。因此,選擇合適的噴嘴直徑非常重要,它影響著噴嘴部位的摩擦生熱、膠料注射時所需要的壓力和充模時間。
3、合適的模具溫度,最佳的硫化條件。在選擇好膠料的最佳配合之后,重要的就是注射成型條件與硫化條件的相互配合。注壓成型與模壓成型相比,由于模具表面、內部溫度分布不同,要實現良好的硫化就必須對溫度進行高精度控制,使模具表面、內部同時達到最佳硫化條件。高溫會增大橡膠的收縮率,但二者關系是線性的,在生產前應有充分的估計。此外,就成型壓力而言,高壓成型是極為有利的,因為壓力與收縮成反比關系。
4、安全合理的膠料配方設計。對于進行注壓硫化成型的膠料,要求其具有以下特性:(1)膠料的門尼焦燒時間應當盡可能的長,以獲得最大的安全性。通常,門尼焦燒時間應比膠料在機筒中的停留時間長2倍。(2)硫化速度快,通過對不同膠料硫化體系的合理選擇,添加合適的促進劑,使膠料在注壓硫化時有令人滿意的效率。(3)流動性良好,良好的流動性能減少膠料的停留時間,減少注壓時間,并提高防焦燒能力。
選用合適的工藝條件,合理的膠料配方,采用注壓硫化工藝可比普通模壓硫化快10~20倍。降低膠料損失10%~15%。