濕法煉鋅洗渣過程中體積平衡及酸根平衡研究

周玉琳

(株洲冶煉集團股份有限公司,湖南長沙 412004)

濕法煉鋅洗渣過程中體積平衡及酸根平衡研究

周玉琳

(株洲冶煉集團股份有限公司,湖南長沙 412004)

創新性地對濕法煉鋅洗渣過程中帶入系統的體積以及酸根進行了系統的測算,并且針對如何在洗渣過程中保持濕法煉鋅系統體積平衡以及酸根平衡的問題提出了具體措施,對于濕法煉鋅的生產具有一定指導意義。

濕法煉鋅;洗渣;體積平衡;酸根平衡

目前,在濕法煉鋅生產過程中,對系統產生的各種渣料進行洗渣是回收渣料中有價金屬(主要是鋅),提高系統回收率的主要措施。以株洲冶煉集團股份有限公司(簡稱株冶)的生產系統為例,生產產生的各種渣料包括直浸系統的硫渣、高酸渣、鐵渣、氧化鋅浸出系統的氧化鋅浸出渣(即鉛渣)以及礦粉浸出系統的浸出渣,對這些渣料進行洗渣,從而達到回收有價金屬的目的,是公司挖潛增效降低生產成本的重要措施之一。

但是,洗渣過程在提高系統有價金屬回收率的同時,也同樣會帶來一系列的系統問題,其中比較突出的就是系統的體積以及酸根平衡的問題,因此有必要對洗渣過程中系統的體積以及酸根平衡進行一次比較具體的測算,本文就是在這種思想的指導下完成的。

1 洗渣工藝的基本原理

目前對于各種渣料進行液固分離大多采取廂式壓濾機進行壓濾的方法,該方法壓濾后產出的渣大概仍含有25%左右的溶液,該部分溶液中鋅等有價金屬含量較高,洗渣工藝的基本原理就是用含鋅等有價金屬低的溶液比如電解廢水或是生產廢水,取代渣中夾帶的這部分生產溶液,從而達到降低渣帶走的溶液中有價金屬含量,提高有價金屬回收率的目的。

2 洗渣過程的體積平衡測算

2.1 鋅系統用水及廢水回收情況

體積平衡是濕法煉鋅生產中的四大平衡之一,對于系統生產的穩定控制具有重要意義。進入濕法煉鋅生產系統的水主要有:生產用水、蒸汽加溫后的冷凝水、雨水、回收的電解廢水以及回收的生產廢水等,排出系統的水主要有:系統體積的蒸發、各種渣料帶走水、排出系統的電解廢水以及排出系統的生產廢水等。由于天氣變化難以控制以及系統用水點多等原因,系統的體積平衡控制難度較大,通常采取根據系統總體積情況以及天氣預報情況調整生產水用量及各種廢水收排等措施來控制系統體積。因此體積的平衡主要根據濕法煉鋅廠的生產用水情況及廢水回收情況作為經驗值來進行核算。

株冶生產用水主要分廠鋅浸出廠以及鋅電解廠2011年生產用水情況統計見表1。

2011年各主要廢水回收及外排情況統計見表2。

根據表1以及表2可以看出,在夏季鋅系統廢水回收量較大,并且根據體積情況可適當補充生產用水,在冬季生產用水量減少且廢水回收困難。6～8月平均每月回收34 000 m3,1～10月平均每月回收29 000 m3,11、12月回用水較少只有8 500 m3/月。1～10月回收960 m3/天,11、12月回收300 m3/天。

2.2 各種渣料進行洗渣后的用水量測算

鋅系統生產按析出鋅產量1 000 t/d組織,其中氧化鋅處理量按300 t/d,直接浸出精礦處理量(干量)按480 t/d計算,則各種渣料洗渣過程用水量測算如下。

2.2.1 鉛渣洗渣

氧化鋅處理量為300 t/d,對應每天產出鉛渣90 t;鉛渣壓濾每周期可排渣2.6 t(干量),洗渣需用水2.5 m3。則鉛渣洗渣需用水約為100 m3/d。

表1 2011年浸出廠及電解廠用水情況統計表m3

表2 2011年各種廢水回收情況統計表m3

2.2.2 礦粉浸出渣洗渣

析出鋅產量按1 000 t/d組織生產,對應礦粉浸出渣產量約為665 t/d。礦粉浸出渣壓濾每周期可排渣3 t(干量),洗渣需用水2.4 m3。礦粉浸出渣洗渣需用水約為530 m3/d。

2.2.3 硫渣洗渣

直接浸出精礦處理量為480 t/d,對應每天產出硫渣約144 t,硫渣漿洗按每噸渣耗水0.8 m3計算,則硫渣漿洗所需水用量為115 m3/d。

2.2.4 高酸浸出渣洗渣

直接浸出精礦處理量為480 t/d,對應每天產出高酸浸出渣約120 t,高酸浸出渣漿洗按每噸渣耗水0.8 m3計算,則高浸渣漿洗所需水用量約為100 m3/d。

2.2.5 鐵渣洗渣

直接浸出精礦處理量為480 t/d,對應每天產出鐵渣約125 t,鐵渣漿洗按每噸渣耗水0.8 m3計算,則鐵渣漿洗所需水用量約為100 m3/d。

2.2.6 合計

將以上5種渣進行洗渣后共需用水總量為:

3 洗渣過程中的酸根平衡測算

3.1 目前鋅系統酸根平衡情況

根據生產組織析出鋅1 000 t/d,各金屬投入點情況為:沸Ⅰ:6#爐處理硫渣200 t/d,1#～4#處理精礦按800 t/d;沸Ⅱ:處理量按800 t/d(其中:浸Ⅱ下料量20 t/h,中和劑總量160 t,其余部分進焙砂庫存);氧化鋅:300 t/d;冷焙砂:240 t/d;直浸鋅精礦480 t/d。根據現在生產組織投入點情況進行酸根平衡,酸根平衡見表3。

3.2 各種渣料洗渣后酸根增量測算

各種渣料通過洗渣過程帶入系統的酸根主要包括兩個方面:一是洗渣降低了渣料帶走水溶鋅的同時帶入相應的酸根,二是洗渣降低了渣料帶走水分的酸度的同時帶入相應的酸根,具體測算如下。

3.2.1 鉛渣洗渣

鉛渣洗渣一方面降低渣含水溶鋅、另一方面帶入鉛渣水分中帶走游離酸,洗渣降低渣含水溶鋅按2%計算,帶入系統的酸根經計算為2.7 t/d;鉛渣水分為25%,鉛渣干量為90 t/d,則鉛渣含水分為30 t/d;高酸上清含酸按45 g/L,洗渣后酸度按20 g/L,溶液密度按1 g/cm3計算,則洗渣帶入系統的游離酸經計算為0.75 t/d;所以鉛渣洗渣帶入系統酸根量合計為3.45 t/d。

表3 鋅系統酸根平衡表

3.2.2 礦粉浸出渣洗渣

礦粉浸出渣洗渣主要減少渣含鋅帶走酸根及游離酸帶走酸根,洗渣降低渣含水溶鋅按2%計算,帶入系統的酸根約為19.95 t/d;礦粉浸出渣水分按25%,尾礦浸出pH值按1.5～2.0控制,對應酸度約為10～15 g/L,洗渣后pH值約為4.0～5.0,對應酸度為0.5～1.0 g/L,則計算洗渣帶入系統的游離酸約為2.95 t/d;合計為22.9 t/d。

3.2.3 硫渣洗渣

硫渣洗渣降水溶鋅平均約1.5%,則每天因洗渣帶入系統的酸根約為3.2 t/d;硫渣水分按25%、酸性浸出終酸按35 g/L、洗渣后酸度按15 g/L計算,則洗渣帶入系統的游離酸約為0.96 t/d;合計為4.16 t/d。

3.2.4 高酸浸出渣洗渣

高酸浸出渣洗渣降低水溶鋅按2%計算,則每天因洗渣帶入系統的酸根約為3.6 t/d;高酸渣水分按25%、酸性浸出終酸按35 g/L、洗渣后酸度按15 g/L計算,則洗渣帶入系統的游離酸約為0.8 t/d;合計為4.4 t/d。

3.2.5 鐵渣洗渣

鐵渣洗渣降低水溶鋅按2%計算,則每天因洗渣帶入系統的酸根約為3.75 t/d;因沉鐵之后的酸度已經比較低,因此不考慮洗渣帶入的游離酸。

3.2.6 合計

將以上五種渣進行洗渣后帶入的酸根合計為:

3.45+22.9+4.16+4.4+3.75=38.66 t/d

4 結論與建議

4.1 結論

生產實踐證明,對各種渣料進行漿洗,是提高有價金屬(主要是鋅)回收率的有效手段,但是根據以上測算結果,如果將鋅系統產出的礦粉浸出渣、鉛渣、硫渣、鐵渣以及高酸渣全部進行漿洗,將增加系統體積投入945 m3/d,增加酸根投入36.88 t/d,從表2及表3可以看出,在系統維持體積以及酸根平衡時,每日收入體積為851 m3,每日收入酸根約為2 t,因此,如此大的體積以及酸根增量,必將打破系統的體積平衡與酸根平衡,因此,需采取有效手段減少進入系統的體積以及酸根,確保在洗渣過程中系統的體積以及酸根平衡穩定。

4.2 體積平衡的控制措施

4.2.1 控制蒸汽帶入水量

建議將蒸汽加熱方式改為石墨換熱器方式,按照生產經驗,每天可減少蒸汽帶入鋅系統水量約有350 m3/d,此部分水可用于洗渣。

4.2.2 嚴格控制系統生產用水量

根據鋅系統各用水點情況,鋅浸出廠生產用水最低可控制在1 400 m3/d,鋅電解廠生產用水控制在180 m3/d。

4.2.3 分季節對不同渣料進行洗渣

冬季系統蒸發量少,體積偏大,應減少洗渣安排;夏季系統蒸發量大,體積較空,應加大洗渣安排,鋅浸出廠用水量按1 400 m3/d控制,鋅電解廠用水量按180 m3/d控制,則每天可節約用水量見表4。

表4 鋅浸出廠及電解廠每天可節約用水量統計表

根據以上計算結果,洗渣可做如下安排:

1.一、二季度對鉛渣、硫渣、高酸渣以及鐵渣進行洗渣,累計水量為:100+115+100+100=415 m3/d。

2.三季度對鉛渣,硫渣以及高酸渣進行漿洗渣,累計用水量為:100+115+100=315 m3/d。

3.四季度由于體積控制難度較大,應嚴格控制各種渣料的洗渣。

4.3 酸根平衡的控制措施

4.3.1 增加氧化鋅投入量,從而增加鉛渣帶走酸根量

由于礦粉浸出渣及直浸沉鐵渣的減量,使株冶氧化鋅產量減量降低,全年氧化鋅產量約80 000 t左右,因此從鉛渣中帶走的酸根量也在減少。建議利用系統處理氧化鋅能力的富余,增加氧化鋅的投入來達到酸根減量的目的,按目前氧化鋅投入情況可增加40～50 t每天的投入量,按每噸氧化鋅可帶走酸0.15 t計算,則每天可帶酸根6～7 t。

4.3.2 控制沸騰爐焙砂及煙塵可溶硫含量

可通過控制標溫及風量的方式使沸騰爐焙砂及煙塵可溶硫下降0.5%,此部分可減少可溶硫投入約為7 t/d,減少酸根投入21 t/d。因此沸騰爐可溶硫的控制是酸根控制的重點。

4.3.3 適當提高鋅精礦含鉛品位

在沸騰爐充許范圍內提高原料平均含鉛品位至1.8%～2.0%,從而增加礦粉渣、沉鐵渣帶走酸根量,此部分酸根在揮發窯中開路至脫硫工序。按照入爐鋅精礦含鉛品位增加0.2%計算,每天可多帶走酸根2 t。

4.3.4 在直接浸出系統搭配處理鉛鋅混合礦

利用直接浸出系統可處理鉛鋅混合礦的優勢,可以考慮購買部分含鉛在20%～30%、鋅20%～30%、硫20%～30%、含銀小于200 g/t的鉛鋅混合礦,搭配處理量按80 t/d,每天可開路酸根約9 t。

4.4 對不同渣料的洗渣優先順序進行排列

由于系統體積、酸根的階段性不平衡以及系統性的不平衡等,需要對洗渣的優先級別進行排序,主要原則:出鋅系統外的渣料優先進行洗滌,在鋅系統內可進一步回收鋅的渣料,根據體積及酸根情況再洗滌。因此,當前鉛渣、高酸渣由于需進入鉛系統處理優先洗渣,礦粉渣由于對銀浮選有影響可考慮優先洗渣,硫渣由于目前在沸騰爐處理因此可考慮后一步洗渣,沉鐵渣由于直接進入揮發窯回收鋅可考慮后一步洗渣。

4.5 洗渣帶來新問題的工藝摸索

對于洗渣過程,目前只針對體積及酸根進行了平衡測算,但是由于缺少相關數據,對于通過洗渣而重新帶入系統的雜質元素以及氟、氯、有機物等未進行測算,因此在洗渣過程中可能帶來新的生產問題,這些還需要作進一步的工藝摸索。

[1] 彭容秋.鉛鋅冶金學[M].北京:科學出版社,2003.

[2] 伍志春.濕法冶金中鐵的分離與應用[M].北京:冶金工業出版社,1991.

[3] 梅光貴,王德潤,周敬元,等.濕法煉鋅學[M].長沙:中南大學出版社,2001.

Abstract:It innovatively calculates the quantity of volume and anion during the washery slag of zinc hydrometallurgical production,and puts forward specific measures on how to keep volume balance and anion balance during the washery slag of zinc hydrometallurgical production.These measures have some guiding significance to the zinc hydrometallurgical production.

Key words:zinc hydrometallurgical production;washery slag;volume balance;anion balance

Study of Volume Balance and Anion Balance during the Washery Slag of Zinc Hydrometallurgical Production

ZHOU Yu-lin
(Zhuzhou S melter Group Co.,Ltd,Zhuzhou412004,China)

TF803.2

A

1003-5540(2012)05-0033-04

2012-08-25

周玉琳(1984-),男,碩士研究生,主要從事鋅冶煉生產技術管理工作。