本发明属于有色金属冶金领域，具体涉及硫化锌精矿在混合二氧化锰等氧化剂的条件下，在真空微波炉中进行氧化还原冶炼获得金属锌的方法。
背景技术
目前硫化锌精矿的冶炼方法主要有两种。一种是传统方法，即硫化锌精矿经沸腾焙烧炉沸腾氧化焙烧获得氧化锌焙砂和二氧化硫，焙砂再进行火法炭热还原冶炼为金属粗锌，或者用硫酸浸出进行湿法冶炼，电解金属锌。另一种方法是硫化锌精矿直接进行高温氧压硫酸浸出，获得硫酸锌浸出液和单质硫。传统工艺沸腾焙烧除获得氧化锌焙砂外，还副产10%左右的含硫较高的焙尘不易处理。影响优质的氧化锌焙砂的收率。另外硫化锌精矿的沸腾焙烧的温度高，能耗高，而且焙烧产生的二氧化硫气体易泄漏污染环境。获得的氧化锌焙砂不管采用火法冶炼还是湿法冶炼，不仅流程长，而且还要消耗大量能源，因而生产成本高。
硫化锌精矿直接进行高温氧气加压浸出，虽然解决了该物料沸腾焙烧存在的问题，而硫酸锌浸出液仍然需要进行一系列的净化除杂，电解金属锌片，再熔铸金属锌锭的技术工艺操作。因此工艺流程仍然较长，能耗高而锌回收率不高，生产成本高。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种硫化锌精矿的冶炼方法，该方法产生的积极效果是硫化锌精矿能够直接冶炼为金属锌，具有流程短，能耗低，锌回收率高，同时获得回收具有相当经济价值的富锰渣和二氧化硫气体。
本发明的目的及解决其主要技术问题是采用以下技术方案来实现的：一种硫化锌精矿的冶炼方法，将硫化锌精矿与二氧化锰混合制粒，置于带有微波辐射的卧式真空炉中，在真空条件下进行微波辐射相当时间，在真空炉内，获得金属粗锌和富锰浮渣，具体包括以下步骤：
（1）硫化锌精矿与二氧化锰混合制粒后，置于安装有微波辐射元件的卧式真空炉中的冶炼腔内；
（2）先抽真空，再开启微波辐射，冶炼；所述真空微波冶炼技术条件为真空度200-600pa，微波辐射频率2-300ghz，微波辐射总功率10-40kw；冶炼温度600-800℃，冶炼时间2-4小时；
（3）冶炼结束后，关闭真空泵及微波辐射，通入惰性气体卸真空，并降温至480-520℃；
（4）从真空炉的锌液池放出金属锌液并铸锭，从真空炉清扫口回收富锰渣，清扫金属钛网过滤器，并回收过滤粉尘；
（5）冶炼气体经炉内水循环冷却系统冷却，金属钛网过滤后，由真空泵密封排气管引出回收二氧化硫。
所述步骤（1）的硫化锌精矿含锌40-55%，含硫25-35%；使用的二氧化锰为工业纯度，或使用矿石锰矿粉，但其中二氧化锰含量≥80%。
所述步骤（1）的二氧化锰的用量按化学反应方程式zns+2mno2→zn+2mno+so2理论量的1.2-1.5倍，磨细至60目以上加入，与硫化锌精矿混合均匀制粒为0.5-3mm，烘干至含水小于5%。
所述真空炉为卧式真空炉，炉外壳为铁质材料，内胆衬硅藻土耐火材料，用耐火砖隔离出冶炼反应腔和金属锌液池，隔离墙高度为真空炉内腔高度的60%-70%，底部相通，并向锌液池倾斜；冶炼反应腔中下部在耐火材料表面砌筑碳化硅板或砖，上部安装微波辐射元件；金属锌液池上部安装有垂直的不锈钢或金属钛水循环冷却管或冷却板；在冷却系统后方设置真空抽气管，在抽气管与真空泵之间安装金属钛网过滤器；真空泵排气管由不锈钢管或钛合金管制作；真空冶炼腔和锌液池都安装有测温元件，真空抽气管安装有真空测量表和惰性气体进气管。
所述步骤（5）之后由真空泵排气管排出的冶炼尾气为二氧化硫，经清水喷淋洗涤后灌瓶回收。
本发明的工作原理：物质在真空状态下，其体态发生膨胀，因而其熔沸点都得到降低，化学反应活化能也得到降低，例如金属锌在真空度200-1000pa时，熔点温度由常压下的420℃可降到320℃左右，沸点温度由常压下的907℃可降到470-500℃左右。硫化锌的挥发和解离也就变得容易。
本发明的另一个工作原理：硫化锌、二氧化锰都是高吸收微波辐射的物质。它们均匀高效吸收微波后产生瞬间高温能够促进催化它们的氧化还原反应，即zns+2mno2→zn+2mno+so2。氧化还原反应产生的金属锌由于比重大于富锰渣（主要含一氧化锰），向炉底集中进入锌液池，产生的二氧化硫气体能够迅速离开反应腔通过冷却系统冷却后由真空泵排气口排出，由于产生的二氧化硫加速排出，使硫化锌和二氧化锰的氧化还原反应正向进行。在氧化还原反应中即使有部分氧化锌生成，也会被产生的二氧化硫气体还原为金属锌。即使有部分金属锌蒸发为气体，也将随炉内的二氧化硫的还原气体保护进入冷却系统冷凝为锌液掉入锌液池。
本发明的主要特征是硫化锌与二氧化锰的混合物在真空状态下能高效吸收微波辐射，均匀迅速高效地发生氧化还原反应，直接获得金属锌，二氧化硫，和富锰渣。具有工艺流程短，冶炼时间短，冶炼回收率高，能耗低，三废少，生产成本低的特点。
本发明的第二个特征是在真空微波叠加作用下，在控制600-800℃低熔沸点的锌，铅等金属能够形成金属液体，进入锌液池，而高熔沸点的铁，锰等成分仍然以固体形式存在形成含铁富锰渣留于真空反应腔内。因而获得金属粗锌含铁，锰都较低。品质可达98.5%以上，而硫化铟，硫化锗等稀有金属由于在真空和微波作用下，其挥发和升华温度降至600℃以下，易于挥发和升华随二氧化硫气体通过冷却系统降温少部分沉降于锌液池液体锌的表面，大部分被真空抽气管和真空泵之间的金属钛筛网过滤沉降于过滤器内。并得到富集，可定期清扫回收。含铁富锰渣在清扫真空炉渣时得到回收，可用于钢铁冶炼企业做锰铁原料用。因而硫化锌精矿和二氧化锰的综合回收好，三废少。
本发明的第三个特征是硫化锌精矿与二氧化锰反应生成二氧化硫气体由于真空冶炼密封性高，泄漏少，通过金属钛网过滤和真空泵后，再经过清水喷淋洗涤，二氧化硫纯度高，灌瓶后可直接出售，或在采用连续化生产时，直接导入制酸系统，转化为硫酸。因而安全生产性高，环境保护好。
具体实施方式
以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种硫化锌精矿的冶炼方法具体特征及其功效，详细说明如后。
一种硫化锌精矿的冶炼方法，具体步骤如下：
步骤1：在硫化锌精矿中加入二氧化锰粉末为化学反应方程式zns+2mno2→zn+2mno+so2的理论量的1.2-1.5倍；混合均匀并制粒为0.5-3mm；二氧化锰粉末为纯二氧化锰或含二氧化锰80%以上的锰矿粉；
步骤2：将步骤1之硫化锌精矿与二氧化锰混合物加入带微波辐射的卧式真空炉的冶炼反应腔中。加入量低于冶炼腔与锌液池之间的隔离墙高度50-100mm；
步骤3：加料完成后关闭真空炉，开启真空泵及抽气管阀门，常温条件下抽真空至200-600pa左右，然后开启微波辐射，调控微波辐射频率2-300ghz，微波辐射功率10-40kw。
步骤4：步骤3实施后，开启冷却循环水装置，控制炉内冶炼温度600-800℃。真空微波冶炼2-4小时。
步骤5：步骤4冶炼产生的二氧化硫气体经真空泵排气管排出，进入清水喷淋系统净化降温至常温，再灌瓶回收。
步骤6：步骤4冶炼结束后，关闭微波辐射10分钟后，关闭真空抽气管阀门，并停真空泵。通入氮气或其他惰性气体卸真空。并降温至480-520℃。
步骤7：开启锌液池炉门铸锭获得金属粗锌产品。打开排渣清扫孔清理富锰渣，清扫钛金属网过滤器回收过滤粉尘，并停止冷却循环水。
上述操作与步骤为间断式，如果需要进行连续生产，则需要增加双料钟隔离空气进出料设施。
实施例
实例1、某企业经选矿获得的硫化锌精矿，含锌45-50%，硫28-32%，铁1-2%，铟0.08-0.1%，锗0.05-0.08%。按zn+2mno2→zn+2mno+so2化学反应方程式的理论量的1.2倍加入工业级二氧化锰混合均匀制粒为1-2mm。再按以下步骤进行真空微波氧化还原冶炼。
步骤1、将制粒加入到带有微波辐射的卧式真空炉的冶炼反应腔中。加入量为低于反应腔与锌液池隔墙100mm处。
步骤2、关闭真空炉门和加料口，开启真空抽气管阀门，并开启真空泵，在常温下抽真空到200-300pa。
步骤3、开启微波辐射，并调控微波辐射频率为50-100ghz，功率15-20kw。控制真空微波冶炼腔温度600-650℃
步骤4、开启锌液池上部水冷循环装置，控制锌液池温度520℃左右。
步骤5、真空冶炼开始后，真空度降低到1000pa以下，冶炼3小时后真空度回升到300pa以上时，视为冶炼结束。关闭微波辐射、真空抽气管阀门、真空泵及二氧化硫灌装阀门。通入氮气卸真空并降温到500-520℃。
步骤6、开启锌液池铸锭炉门，并进行金属锌铸锭，开启清扫孔炉门，清扫富锰渣，打开钛筛网过滤装置，清扫回收过滤粉尘。
步骤7、各产物清理结束后，微波真空炉温度降至100-150℃时关闭水冷循环系统。
步骤8、取样化验金属锌的品位，富锰渣化学成分，化验二氧化硫品质。金属锌锭含锌95.7%铅1.3%，镉1.5%，铁1.2%，锗微量，铟0.05%，富锰渣主要化学成分为锰58.6%，铁5.8%，二氧化硅15.3%，铟，锗微量，铜0.5%，锌2.3%，以渣计锌的冶炼回收率89.2%。钛筛网过滤粉尘占原料量的1.5%左右，其中含铟1.2%，锗0.3%，硫20%，锌18.3%。灌瓶二氧化硫纯度90.5%。
实例2、用实例1之硫化锌精矿和二氧化锰，按氧化还原方程式的理论量的1.5倍加入二氧化锰并制粒为1-3mm，然后加入到实例1之真空微波炉中，控制微波辐射频率5-50ghz，功率20-30kw，冶炼温度700-800℃，冶炼时间4小时，其余条件及步骤操作与实例1相同。获得金属锌品质为含锌96.2%，铅1.5%，铁1.3%，镉0.8%，锗微量，铟0.04%，获富锰渣含锰60.1%，铁6.2%，锌0.82%，以渣计，锌的冶炼回收率93.5%，过滤粉尘含铟1.3%，锗0.35%，锌15.1%，硫22.5%，二氧化硫纯度91.5%。
实例3、某硫化锌精矿含锌48.5-52.3%，硫32.3-33.5%，铁2.3-2.5%，用含二氧化锰85.5%的锰矿粉按化学反应理论量的1.5倍与硫化锌精矿混合制粒2-3mm。然后加入到实例1之真空微波炉中，按实例2的技术条件进行冶炼4小时。获得金属锌含锌98.7%，铁0.8%，获得富锰渣含锰52.5%，铁10.3%，锌0.75%，按渣计锌的冶炼回收率95.8%，回收粉尘占原料量的1.8/%，含锌13.2%，铟1.05%，锗0.15%，硫25.3%。灌瓶二氧化硫纯度90.1%。每吨锌能耗3200kwh，锌生产加工成本6000元/吨左右。
本发明的硫化锌精矿能够直接冶炼为金属锌，具有流程短，能耗低，锌回收率高，同时获得回收具有相当经济价值的富锰渣和二氧化硫气体。
以上实例仅就本发明作进一步说明，本发明不受此限制。