第10第1期 2010年2月
过程工程学报
The Chinese Jourmal of Process Engineering
真空碳热还原氧化锌矿动力学熊利芝12，陈启元，尹周澜，张平民
(1.中南大学化学化工学院，湖南长沙410083：2.吉首大学化学化工学院，湖南吉首416000)
Vol.10 No.1 Feb.2010
摘要：在真空条件下，对煤还原氧化锌矿的动力学进行了研究。实验结果显示，增大C/Zn。摩尔比或提高反应温度锌还原率增大：增大氧化锌矿的粒度或升高系统压强，锋还原率降低：在1073~1223K范围内，碳气化和界面反应对氧化锌还原影响较小，Zn蒸汽和Co气体的扩散对氧化锌还原影响大，其活化能为177.72~191.31kJ/mol，为整个还原过程的控制步骤
关键词：碳热还原；氧化锌矿：动力学：锌
中图分类号：TE801.1 1前言
文献标识码：A
文章编号：1009-606X(2010)01013305
20世纪30年代以来，真空冶金技术在工业上开始
氧化锌与碳的还原主要包括直接还原反应[式(1)] 和间接还原反应[式(2)]及碳的气化反应[式(3)]等反应过程(12)
ZnO+Ca)→Zn(g+COu ZnO)+COg/→Zng)+COzgh CO20)+C(→2CO(g)
(1)(2)(3)
对氧化锌碳还原的动力学研究，不同原料、不同条件下所得结论不同，如对鼓风炉中氧化锌还原的研究认为，碳的气化反应是其还原的速度控制步骤；对粉尘中氧化锌还原的研究(3)认为，控制步骤为CO还原氧化锌的化学反应；对含碳纯氧化锌球团中氧化锌还原的研究[4,5]认为，控制步骤为气相扩散。在真空条件下用煤还原氧化锌矿的动力学研究尚未见报道
应用.大量实践表明，真空冶金技术不仅有益于提高矿石综合回收程度，节约能源，降低成本，提高综合经济效益，且有利于生产环境的改善真空还原，特别是真空碳热还原金属氧化物的工艺可大大降低还原温度，完成一些常压下无法完成的作业[6]，本研究主要考察氧化锌矿粒度、C/Zne摩尔比、系统压强和反应温度等因素对氧化锌还原的影响，以期获得真空条件下氧化锌碳热还原的动力学特点，
2
实验
2.1实验原料
实验所用氧化锌矿取自云南兰坪，其成分见表1. 其中锌主要以碳酸锌(32.29%)、异极锌(0.65%)、锌铁尖晶石(0.41%)和硫化锌(0.11%)存在
表1氧化锌矿的化学成分
Table1
Element
Content (%)
Pb 0.09
Total moisture as received, M, (%)
0.50
Zn 33.46
cd 0.432
Chemical composition of Znoxideore
Fe
S
Co
Si
Al
0
Na
17.720.5840.006
2.240.53125.11.870.158
Mn
Sr
Ba
Ca
Mg
1.3060.030.2161.510.201
表2实验用煤的成分
Table2
Moisture in air-dried basis, Mu (%) 1.51
Composition of coal adopted in experiments
Ash in air-dried basis,Ag (%) 6.39
实验用煤取自湖南涟源斗笠山，对其进行全水分、空气于燥基中的水分、灰分、挥发分和固定碳以及全硫
的测定，结果见表2. 2.2仪器与设备
实验炉(图1，湖南长沙长城电炉厂)，TCW-32B控
Volatile in air-dried basis, Vau (%) 21.82
Fixed carbon in air-dried basis, FCg (%)
70.28
Total sulpbur as received, S (%)
0.75
温仪(上海国龙仪器仪表厂)，DP-AF精密数字(真空)压力计(南京桑力电子设备厂)，2XZ-2型旋片式真空泵(浙
江黄岩医疗器械厂) 2.3实验过程
将氧化锌矿和煤磨碎，氧化锌矿和煤按一定比例加
收稿日期：20090817，修回日期：2009-10-12
基金项目：国家重点基础研究发服规划(973)基金资助项目(编号：2007CB613601)
作者简介：熊利芝(1974-)，女，潮南省益阳市人，博士研究生，讲师，研究方向：真空冶金、高纯材料与能源材料：陈启元，通讯联系人。
Tel: 0731-88877364, E-mail: kmpanda99111@163.com 万方数据