重有色复习资料(共9页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上锌冶金试题：1.密闭鼓风炉炼锌有哪些优缺点？（5分）答：优点：对原料的适应性强、可综合利用原矿中的有价金属，生产能力大、燃料利用率高、基建投资费用少。缺点：需要冶金焦炭、技术条件要求较高、烧结块的含硫量低于1%、炉内和冷凝器内会产生炉结、劳动强度大。2.简述硫化锌精矿焙烧的目的。（10分） 答：（1）定义：硫化锌精矿焙烧过程是在高温下借助于空气中的氧进行的氧化焙烧过程。（2）蒸馏法炼锌：在焙烧时实行死焙烧（氧化焙烧），尽可能地除去全部硫，尽可能完全使铅、镉、砷、锑挥发除去，得到主要由金属氧化物组成的焙砂，浓度足够大的SO2烟气以供生产硫酸。（3）鼓风炉炼锌：通过烧结机

2、进行烧结焙烧，得到具有一定强度的烧结块，既要脱硫、结块，还要控制铅的挥发。精矿中含铜较高时，要适当残留一部分硫，以便在熔炼中制造冰铜。（4）湿法炼锌：实行部分硫酸盐化焙烧，使焙砂中形成少量硫酸盐（34SSO4）以补偿电解与浸出循环系统中硫酸的损失；使砷与锑氧化并以挥发物状态从精矿中除去；在焙烧时尽可能少地得到铁酸锌；得到SO2浓度大的焙烧炉气以制造硫酸；得到细小粒子状的焙烧矿以利浸出的进行。3.在硫酸锌溶液中的杂质Cu、Cd、Co、Ni、As、Sb、F、Cl在电积过程中有什么危害？如何将它们将它们除去？（9分）答：（1）危害：Cu、Cd、Co、Ni、As、Sb可在阴极析出，降低阴极锌的品质和电

3、流效率；促使在阴极上形成Zn-H微电池，加速H+放电和阴极锌反溶而造成烧板现象；氯离子会腐蚀阳极，缩短阳极寿命，增加溶液的含铅量，使阴极锌的含铅量增加而降低锌的品质；氟离子能破坏阴极表面的氧化铝膜，使析出的锌与铝板发生粘结而使阴极锌难于剥离。 （2）去除方法：加锌粉置换除铜、镉，砷盐净化法、锑盐净化法和合金锌粉净化法除钴、镍，在去除钴、镍的同时除去微量杂质砷、锑，氯离子可采用硫酸银、铜渣及离子交换等方法除去，氟离子可采用加入石灰乳使其形成难溶化合物CaF2的方法和火法（如多膛炉）焙烧法除去。 4.湿法炼锌厂在锌电积过程中电解槽的槽电压为3.3 V，电流强度为550A，每槽每昼夜产阴极锌1463

4、克，分别求该厂锌电积过程的电流效率和电能消耗。（已知锌的电化当量q为1.2195gA-1h-1）（9分）解：（1） = m/(qIt)100% =9.091%（2）W = 1000V/(q) = 820V/ = kWh/t 5. 说明锌焙烧矿中性浸出过程中和水解法除杂的原理，并写出中性浸出的主要反应。（5分）答：中和水解除杂质就是在浸出终了调节溶液pH值至5.25.4，使锌离子不致水解，而杂质金属离子全部或部分以氢氧化物Me(OH)n形式析出。降低溶液的酸度是加入某些中和剂，如锌焙砂、锌烟尘、石灰乳等。中性浸出的主要反应水解反应：Fe2(SO4)3+6H2O=2Fe(OH)3+3H2SO4中和

5、反应：2H2SO4+3ZnO=3ZnSO4+3H2O总反应：Fe2(SO4)3+3ZnO+3H2O=ZnSO4+2Fe(OH)36.简述粗锌火法精馏精炼的基本原理和过程。（10分）答：原理：粗锌精馏精炼的基本原理是利用锌与各杂质的蒸气压和沸点的差别，在高温下使它们与锌分离。过程：在混合炉熔化的粗锌，经过一密封装置均匀地流入铅塔。铅塔燃烧室的温度控制在11501250之间，以保证锌和镉大量蒸发。液体金属由各层蒸发盘的溢流孔流入下面蒸发盘时，与上升的锌和镉的蒸气呈之字形运动，以保证气相和液相充分接触，使蒸发与冷凝过程尽可能接近平衡状态。从铅塔下部挥发出来的金属蒸气，经上部回流盘使高沸点的铅及一部分

6、锌冷凝为液体回流至塔的下部，由铅塔的最下层流入熔析炉内，产出无镉锌（B#锌）、硬锌和含锌粗铅。从硬锌中可回收锗、铟等有价金属。在铅塔中未被冷凝的锌、镉蒸气从铅塔最上层逸出，经铅塔冷凝器冷凝为液体（含镉1%）后进入镉塔分离锌和镉，燃烧室温度控制在1100左右，发生与在铅塔中相同的冷蒸发和冷凝过程。最后，从镉塔最上层逸出的富镉蒸气，进入镉冷凝器冷凝为Cd-Zn合金(515%Cd)，送去提取镉。镉塔的最下层聚积了除去镉纯锌液，铸锭后即为商品纯锌。7. 锌与氢的标准电极电位分别为-0.763V和0.00V，从热力学上看，在阴极上析出锌之前，电位较正的氢应先析出，但在硫酸锌溶液电解沉积锌的实际过程中为什

7、么是锌优先于氢析出？（10分）答：在硫酸锌溶液电解沉积锌时，在阴极上的主要反应有： Zn2+ + 2e = Zn EZn2+/Zn = -0.763 V2H+ + 2e = H2 E H+/H2 =0.0 V从热力学上可以看出，在阴极上析出锌之前，电位较正的氢应先析出。但在实际的电积锌过程中，由极化现象而产生电极反应的超电压（），加上这个超电压，阴极反应的析出电位应为： EZn2+/Zn = EZn2+/Zn + lnaZn2+ = -0.763 +ln aZn2+ - ZnEH+/H2 = E H+/H2 + lnaH+ - H = lnaH+ - H在电解液温度为40的工业生产条件下，氢在

8、锌电极上的超电压为1.105V，锌的超电压为0.05V。Zn和H2析出的平衡电位分别为-0.856V和-1.144V。由于氢气超电压的存在，使氢的析出电位比锌负，锌优先于氢析出，从而保证了锌电积的顺利进行。8. 简述锌粉置换除铜镉的原理及影响锌粉置换反应的因素。（8分）答：（1）锌粉置换除铜、镉、钴的原理是用较负电性的锌从硫酸锌溶液还原较正电性的铜、镉、钴等金属（用Me表示）离子，其基本反应为：Zn + Me2+ = Zn2+ + Me（2）锌粉质量、搅拌强度、置换温度、中性浸出液的成份、添加剂。9. 在硫化锌精矿焙烧的过程中，铁酸锌的生成对湿法炼锌过程有什么危害？如何避免铁酸锌的生成？（10

9、分）答：铁酸锌的危害：浸出时不溶解而使锌进入渣中，影响锌的浸出率。避免铁酸锌的生成的方法：(1)加速焙烧作业、缩短反应时间； (2)增大炉料的粒度、减小ZnO与Fe2O3颗粒的接触； (3)升高焙烧温度并对焙砂进行快速冷却； (4)进行还原沸腾焙烧以破坏铁酸锌的结构而将ZnO析出。10. 如何处理湿法炼锌生产过程中产出的浸出渣？（5分）答：在湿法炼锌生产过程中，所得浸出渣的处理方法很多，可根据渣的成分及冶炼所具备的条件不同而选择不同的方法，归结起来大致可分两类：一类是火法，如烟化法，熔炼法及回转窑法；另一类是湿法，如铁矾法、针铁矿法等。我国通常采用的回转窑法。复习题：第一章 绪论1.炼锌方法有

10、哪些？答：锌的生产方法分为火法和湿法两大类，以湿法冶炼为主。火法炼锌有鼓风炉炼锌、竖罐炼锌、平罐炼锌、电热法炼锌等。湿法炼锌包括传统的湿法炼锌和全湿法炼锌两类。2.锌冶金的原则工艺流程图：第二章 硫化锌精矿的焙烧与烧结1.硫化锌精矿焙烧的目的（见试题2）。2.沸腾焙烧的原理。答：原理：沸腾焙烧是使空气以一定速度自下而上地吹过固体炉料层，固体炉料粒子被风吹动互相分离，并作不停的复杂运动，运动的粒子处于悬浮状态，其状态如同水的沸腾，因此称为沸腾焙烧。3.沸腾焙烧炉有哪几种炉型？答：目前采用的沸腾焙烧炉有带前室的直形炉、道尔型湿法加料直型炉和鲁奇扩大型炉三种类型，多采用扩大型的鲁奇炉（Lurgi炉，

11、又称为VM炉）。4. 在硫化锌精矿焙烧的过程中，铁酸锌的生成对湿法炼锌过程有什么危害？如何避免铁酸锌的生成？（见试题9）第三章 锌焙砂的浸出1.在湿法炼锌过程中，锌焙砂中性浸出的终点pH值为什么要控制在5.2左右？答：在中性浸出过程中，控制终点pH=5.25.4，可同时使Fe3+、Sn2+、Al3+等杂质以氢氧化物的形态沉淀下来：Mn+ + nOH- = M(OH)n K=aMn+anOH-当pH=5.25.4时， 溶液中的Zn2+、Cu2+、Fe2+、Ni2+、Cd2+、Co2+等不能沉淀出来。2.锌焙烧矿常规和热酸浸出的工艺流程图。常规浸出工艺流程图热酸浸出工艺流程图3.锌焙烧矿浸出时中和

12、水解除杂的原理。（见试题5）4.在湿法炼锌的热酸浸出过程中，从含铁高的浸出液中沉铁有哪些方法？分别说明其优缺点。答：根据沉淀铁的化合物形态不同，热酸浸出过程中采用的沉铁方法有黄钾铁矾法、针铁矿法和赤铁矿法。黄钾铁矾法的优缺点：黄钾铁矾沉淀为晶体，易澄清过滤分离；金属回收率高；碱试剂消耗量少；沉铁是在微酸性(pH1.5)溶液中进行，需中和剂ZnO少；铁矾带走一定的硫酸根，有利于保持酸的平衡；脱砷、锑的效果不佳，也不利于稀散金属的回收；黄钾铁矾渣渣量大(渣率40%)，渣含锌高(36%)，渣中含铁低(2530)，难于利用，堆存时其中可溶重金属会污染环境。针铁矿法的优缺点：铁沉淀完全，溶液最后含Fe3

13、+1g/L；铁渣为晶体结构，过滤性能好；沉铁的同时，可有效地除去As、Sb、Ge，并可除去溶液中大部分(6080%)氯；VM法需要对铁进行还原-氧化过程，而EZ法中和酸需要较多的中和剂；针铁矿含有一些水溶性阳离子和阴离子(即12%SO42-或6%Cl-)，有可能在渣堆存时渗漏而污染环境；对沉铁过程pH值的控制要比黄钾铁矾法严格。赤铁矿法的优缺点：锌及伴生金属浸出率高，综合回收好，产渣量少，渣的过滤性好，渣含铁高（58%），可直接用作炼铁原料；需用高压釜，建设投资费用大，蒸汽消耗多，产生大量的CaSO4渣。5.硫化锌精矿氧压浸出的原理及其特点。答：原理：硫化锌精矿的加压氧化浸出是将硫化锌精矿不经

14、焙烧，在高压釜内充氧高温(140160)高压(350700kPa)下加入废电解液，使硫化物直接转化为硫酸盐和元素硫的工艺过程。主要反应如下：ZnS + H2SO4 + 0.5O2 = ZnSO4 + S0 + H2O硫化锌精矿氧压浸出的特点: 流程短，基建投资较常规法节约3040%； 对原料有较大适应性，能处理含铁、铅、硅高的锌精矿； 锌的回收率较高，有利于铅、镉及贵金属的综合回收； 不产出含SO2废气，且废渣量少，可消除SO2对环境的污染； 单位设备生产能力大，占地面积少，自动化程度高，劳动条件好，劳动生产率高； 能耗和生产成本与常规法大体相同。 第四章 硫酸锌浸出液的净化1.在硫酸锌浸出液

15、净化过程中，锌粉置换除铜镉的原理是什么？影响锌粉置换反应的因素有哪些？（见试题8）2.如何将Co、Ni、F、Cl从硫酸锌溶液中除去？（见试题）第五章 硫酸锌溶液的电解沉积1.写出锌电积的主要电极反应。答：锌电积的电解液的主要成份为ZnSO4、H2SO4和H2O，并含有微量杂质金属铜、镉、钴等的硫酸盐。对于纯硫酸锌溶液，通以直流电时，发生的电极反应为：阴极 Zn2+ + 2e = Zn阳极 H2O - 2e = 0.5O2 + 2H+电解槽内发生的总反应为：Zn2+ + H2O = Zn + 0.5O2 + 2H+ 2. 锌与氢的标准电极电位分别为-0.763V和0.00V，从热力学上看，在阴极

16、上析出锌之前，电位较正的氢应先析出，但在硫酸锌溶液电解沉积锌的实际过程中为什么是锌优先于氢析出？（见试题7）3.什么是槽电压？影响槽电压的因素有哪些？答：槽电压是指电解槽内相邻阴、阳极之间的电压降，它直接影响到锌电积的电能消耗。工厂槽电压一般为3.33.6V。槽电压决定于电流密度、电解液的组成和温度、两极间的距离和接触点电阻等。4.什么是电流效率和电能消耗？影响锌电积过程中的电流效率和电能消耗的因素有哪些？分别写出电流效率和电能消耗的数学表达式。答：电流效率是指在阴极上实际析出的金属锌量与理论上按法拉第定律计算应得到的金属锌量的百分比：式中 电流效率，%； G 阴极上实际析出锌的质量； I 电

17、流强度，安培； t 通电时间，小时； q 锌的电化当量，1.2195克/安培小时。影响电流效率的因素主要有：电解液的组成、阴极电流密度、电解液温度、电解液的纯度、阴极表面状态及电积时间等。电能消耗是指每生产一吨电锌所消耗的直流电能：W直流电耗，kWh/t； V槽电压，伏； 电流效率，%；q锌的电化当量，1.2195克/安培小时。电能消耗取决于电流效率和槽电压。5.提高锌电积过程中的电流效率的措施有哪些？答：选择经济的阴极电流密度，以提高氢的超电压。相对稳定的锌、酸含量。 控制适当低的电解液温度。 加快电解液的循环，保持电解液低的温度。尽量提高电解液纯度，对电解前液进行深度净化。合理使用添加剂，

18、适当加入胶或某些表面活性剂。使电解液导电良好，消除或减少漏电损失。制定合理的析出周期。提高技术管理的整体水平。第六章 火法炼锌简介1.密闭鼓风炉炼锌的优缺点。（见试题1）2.粗锌火法精馏精炼的基本原理和过程。（见试题6）3.回转窑烟化法处理锌浸出渣的原理。答：烟化法属还原挥发、氧化过程，烟化法处理含锌物料的实质是在高温（11001300）的条件下，用碳作还原剂，在固态或熔融状态下使物料中的氧化锌、氧化铅及氧化镉等还原呈金属蒸气挥发，再被炉气中的氧及CO2氧化为金属氧化物的过程：ZnO + C（CO）= Zn + 0.5O2（CO2）= ZnO +（CO）向干燥后的浸出渣中配入40%50%的焦粉

19、，加入到回转窑内处理，窑内温度控制在11001300，浸出渣中的金属氧化物(ZnO，PbO，CdO等)与焦粉接触，被还原出的金属蒸气，进入气相，在气相中又被氧化成氧化物。炉气经冷却后导入收尘系统，使铅、锌氧化物收集。铜冶金试题：1. 冰铜吹炼分那两个阶段？并写出各个阶段的主要反应。（10分）答：冰铜吹炼分为两个阶段：第1阶段是造渣期，主要反应为：MeS + 3/2O2 = MeO + SO2 MeO + SiO2 = MeOSiO2 第2阶段是造铜期，主要反应为：Cu2S + 3/2O2 = Cu2O + SO2 2Cu2S + Cu2O = 6Cu + SO2 2. 铜电解过程中，电流密度与

20、电流效率是什么？（10分）答：在铜电解过程中，电流密度表示每平方米阴极表面通过的电流安培数，单位为安/米。电流效率通常指的是阴极电流效率，是实际在阴极沉积的铜量与理论沉积的铜量之比。3. 请论述电解提铜和电积提铜有哪些相同点、不同点？（13分）答：电解提铜和电积提铜都是从溶液中提取金属铜的主要方法，两种方法的相同点是：1）都是在电能的作用下从溶液中提取金属铜的方法，在阴极发生的是Cu2+获得电子析出金属铜的反应Cu2+ + 2e = Cu; 2）使用的设备电解槽的构造、电极联结、电路系统、电解液循环系统及生产实践基本相同。不同点是：1）阳极材料不同，电解提铜的阳极用的是经过吹炼、火法精炼后浇铸

21、的阳极板，主要成分是铜，而电积提铜阳极用的是不溶阳极材料，主要成分是铅为主的合金材料； 2）在阳极发生的反应不同；电解提铜的主要阳极反应为：Cu - 2e = Cu 2+；电解提铜的主要阳极反应为：H2 O 2e = 1/2O2 + 2H+。3) 生产实践中的一些重要指标不同，比如槽电压（电解0.3v,电积1.82.5V）、电耗（电解300400 KVA/t, 电积17002300 KVA/t）、电流效率（电解95%以上，电积7792%）等。4. 火法炼铜造锍熔炼的目的是什么？（10分）答：现代造锍熔炼是在1150-1250的高温下，使硫化铜精矿和熔剂在熔炼炉内进行熔炼。炉料中的铜、硫与未氧化

22、的铁形成液态铜锍。火法炼铜造锍熔炼的目的是将铜精矿中铜及其他有价金属（Ni、Co、Pb、Zn和贵金属）富集于冰铜中， 从而达到与脉石、部分硫铁的分离。5. 造锍熔炼时铜在渣中的损失有哪几种形式？并说明原因及降低渣含铜的可采取的措施。（10分）答：火法炼铜造锍熔炼时渣中的铜损失有机械夹带、溶解两种形式（或机械夹带、物理损失、化学损失三种形式）。 机械夹带损失是由于细颗粒冰铜未能沉降到锍层而夹带于炉渣中引起的铜损失；溶解损失是由于铜的硫化物（Cu2S）及氧化物（Cu2O）溶解于FeO炉渣中造成的损失，又分别称为物理损失、化学损失。 为降低渣含铜，实践中采取的主要措施是控制冰铜品位不要太高，渣中要有

23、足够的SiO2以及良好的沉清条件和足够的沉清时间。 6. 粗铜火法精炼的目的是什么？每个周期包括哪几个阶段？（10分）答：粗铜火法精炼的目的是部分除去粗铜中对氧亲和力较大的杂质； 为电解精炼提供合乎要求的阳极铜，并浇铸成表面平整、厚度均匀、致密的阳极板；以保证电解铜的质量和降低电解精炼的成本。每个周期包括加料熔化、氧化、还原和出铜浇铸四个基本阶段。铅锡冶金试题：1. 请分别绘出QSL反应器中氧枪、还原枪以及Ausmelt炉喷枪的结构示意图，并进行简要的说明。（10分）挂渣燃料+带料空气压缩空气Ausmelt喷枪：两层同心管，内管输送燃料和带料空气，外管为压缩空气。绘图-（1分）标注-（1分）说

24、明-（1分）空气+粉煤O2 N2还原枪：三个同心管，内管输送空气和粉煤混合物，内环输送氧气，外环供给氮气起冷却作用。绘图-（2分）标注-（1分）说明-（1分）O2N2氧枪：两层同心管，内管输送氧气，环套输送N2对氧枪起冷却作用。绘图-（1分）标注-（1分）说明-（1分）2. 根据下图所示Sn-Pb二元相图富Sn端，分析组成为x的粗锡进行连续结晶机除x232tnt2t1温度/BA D183Sn wPb/%L1 L12 L2n Ln铅的过程。（10分）答：组成为x的粗Sn冷却到t1后，析出晶体1和液相L1，晶体1在叶片的推动下向高温端移动并发生熔析，不断熔出液体L2、L3 Ln，晶体熔析使锡含Pb

25、不断降低而除去，最终进入精锡锅； 液体在低温下向低温区回流析出晶体2、3 n，结果使液体中含Sn逐渐降低，含Pb逐渐升高而达到D点，形成焊锡进入焊锡锅。4. 请简述铅冶炼过程的原则工艺流程图（熔炼过程为铅鼓风炉还原熔炼），并分析铅精矿中主要杂质元素Zn、Cu在鼓风炉还原熔炼过程中的去处。答：元素Zn、Cu去处：（1）元素Zn在烧结焙烧过程中形成ZnO，进入鼓风炉后形成含锌炉渣，经烟化炉后并最终形成ZnO产品； （2）元素Cu经鼓风炉后，大部分进入粗铜，精炼时被加入的S形成Cu2S除去，一部分进入鼓风炉渣。 5.粗铅电解精炼过程中，阳极中的杂质元素分为哪几类？分别简要叙述它们在电解过程中的走向。

26、（10分）答：粗铅中中的杂质元素分为三类： （1）电位比铅负的杂质如Zn、Fe、Cd、Ni、Co等， 由于电位比铅负，随铅一道溶解进入电解液中，但不在阴极析出； （2）电位比铅正的杂质如Sb、Bi、As、Ag、Au等， 由于电位比铅正，随铅一道溶解进入电解液中，但不会在阴极析出； （3）电位与铅很相近的Sn， 一部分溶解进入电解液并在阴极析出，一部分不溶解而进入阳极泥。6. 请分析云锡公司用Ausmelt炉还原熔炼炉渣烟化炉贫化技术取代三段熔炼技术的合理性。答：Ausmelt炼锡三段熔炼技术即： （1）第一段为熔炼阶段，产出粗锡和含Sn为10的炉渣； （2）第二段为弱还原阶段，产出粗锡并使炉渣含Sn由10降至4； （3）第三段为强还原阶段，进一步贫化炉渣，使炉渣含Sn由4降至1左右。Ausmelt炉还原熔炼炉渣烟化炉贫化技术是指在Ausmelt炉中：第一段熔炼产生粗锡产品和含锡15左右的炉渣； 第二段对渣进行还原处理，使渣含锡达到46后，从炉内放出运至烟化炉处理。云锡公司用Ausmelt炉还原熔炼炉渣烟化炉贫化技术取代三段熔炼技术主要从以下几方面考虑：（1） 强还原阶段需要花2-4h，可以节省冶炼周期； （2） 还原温度达到1300高温，不利与昂贵的Cr-Mg耐火材料的寿命； （3） 云锡公司可以利用现有的烟化炉来处理炉渣； （4） 两段工艺可处理低品位的锡中矿。专心-专注-专业