鉛鋅聯合冶煉的優勢與愿景

王小強， 俞 兵， 馬紹斌

(云南馳宏鋅鍺股份有限公司， 會澤 654200)

我國鉛鋅礦產資源的主要特點是大礦少、小礦多，富礦少、貧礦多等，需結合各種鉛鋅資源的特性，選擇高新技術冶煉工藝，以達到鉛鋅礦中有價金屬的回收，實現資源的高效經濟利用，提高資源綜合利用及大氣污染、水土重金屬污染防治水平。

1 鉛鋅冶煉工藝現狀

我國鉛鋅企業經過幾十年的發展，鉛鋅冶煉企業規模和數量逐年擴大，冶煉技術取得了重要進展，鉛鋅冶煉行業得到了迅速發展。但由于鉛、鋅冶煉工藝性質的特點，在冶煉過程中，產生廢氣、廢水和廢渣等有害物質，對環境造成污染。鉛鋅冶煉的棄渣屬于危廢渣，傳統處理方式是露天堆置或簡單填埋，不但占用大面積的土地，還容易造成空氣、水體和土壤的污染。

2 鉛鋅冶煉工藝的優缺點

2.1 鉛冶煉工藝

鉛的主要生產工藝有火法冶金和濕法冶金，鉛的濕法冶煉工藝還未成熟，在工業化中還沒有實現大規模的應用，鉛的冶煉工藝基本上都是火法冶煉。國內較先進的鉛冶煉工藝主要是底吹氧化+底吹還原+煙化揮發工藝、底吹氧化+側吹還原+煙化揮發工藝、富氧頂吹+側吹還原+煙化揮發工藝，合理利用富鉛渣的熱能，取消鑄錠的方式替代傳統鼓風爐，大幅度降低鉛冶煉綜合能耗，使我國的鉛火法冶煉技術達到國際領先水平。

以目前較為先進的富氧頂吹+側吹還原+煙化揮發的煉鉛工藝為例，此工藝在火法鉛冶煉中，鉛火法回收率達到99.5%，銀粗煉直收率99%，粗鉛冶煉綜合能耗160 kgce/t，遠低于行業許可標準，達到火法鉛冶煉行業的領先水平，工藝流程如圖1所示。

圖1 “富氧頂吹+側吹還原+煙化揮發”工藝流程圖

富氧頂吹采用成本較低的粉煤做燃料，結合頂吹熔煉工藝優勢，同時處理多種含鉛物料，物料主要成分如表1所示。

含鉛物料經合理搭配后，經富氧頂吹熔煉，產出富鉛渣、煙塵、粗鉛，主要成分如表2所示。

側吹還原爐合理利用熱態富鉛渣的熱能，采用天然氣燃燒作為反應熱源，產出粗鉛、還原棄渣，主要成分如表3所示。

表1 富氧頂吹工藝原料主要成分 %

表2 富氧頂吹爐主要產物成分

表3 側吹還原工藝主要產物成分

還原爐棄渣含鋅比較高，采用成熟的傳統煙化爐進行煙化法處理，產出煙塵和棄渣，主要成分如表4所示。

表4 煙化揮發工藝主要產物成分

此工藝技術及裝備水平已達到國內領先，若為獨立鉛冶煉系統，富氧頂吹煙氣SO2濃度4.5%～8.5%，波動較大，導致制酸系統轉化率很難達到要求，處理制酸尾氣需投入大量的中和劑，成本較高，產出廢水量大。煙化爐產出低濃度SO2煙氣濃度低，需處理后再排空，處理成本較大。此外，煙化爐棄渣雖然可以做建筑材料，但產出煙塵在轉運或堆存過程中粉塵飛揚，安全環保風險大。

2.2 鋅冶煉工藝

鋅冶煉工藝有火法冶煉和濕法冶煉。全火法煉鋅工藝由于能耗高，污染大和規模小等原因，沒有新的發展。濕法煉鋅工藝已經成為當前國內最主流的冶煉工藝，其產量占國內鋅總產量的85%以上。鋅濕法冶煉工藝有全濕法鋅冶煉和半濕法鋅冶煉，全濕法鋅冶煉工藝發展較快。鋅精礦直接氧化加壓浸出的全濕法鋅冶煉工藝已運用成熟，在國內已有14

萬t/a的全濕法冶煉生產線成功投運。目前國內較為先進的鋅全濕法冶煉和半濕法冶煉工藝采用3.2 m2大極板鋅電積技術，結合全自動機械化剝鋅技術。該技術可減少土地使用面積，降低作業勞動強度，推動鋅濕法冶煉產能和裝備向大型化方向發展。

2.2.1 全濕法鋅冶煉工藝

全濕法鋅冶煉工藝主要是硫化鋅精礦常壓浸出工藝和氧壓浸出工藝。常壓浸出溫度低，反應時間長，生成的單質硫形態不好，浮選分離困難，而氧壓浸出恰好可以彌補常壓浸出的缺點。氧壓浸出技術有云南冶金集團氧壓浸出技術與加拿大氧壓浸出技術，都是兩段高溫高壓平衡氧壓浸出，精礦中的硫均按單質硫的方向轉化，但兩種氧壓技術處理物料成分區別較大，主要體現在浸出渣中鐵的形態不一樣。云南冶金集團全濕法鋅冶煉工藝流程如圖2所示，主要原料成分如表5所示。

圖2 全濕法鋅冶煉工藝流程圖

氧壓浸出產出浸出液和浸出渣，浸出渣主要成分如表6所示。

全濕法鋅冶煉工藝流程簡單，建設投資少，鋅浸出率達到98%以上，但不容易處理含氟、氯、汞及銦、鍺等較高的鋅精礦。實際生產中，浸出渣率在58%左右，浸出渣中不但含有可回收利用的銦、銀等貴金屬，還有鉛、鋅、砷、鎘等重金屬，若為獨立冶煉系統，棄渣中的有價金屬得不到回收利用，同時對土壤、地下水和職業健康帶來嚴重影響。

2.2.2 半濕法鋅冶煉工藝

火法煉鋅和半濕法煉鋅都要經過焙燒。半濕法鋅冶煉工藝利用焙燒爐使鋅精礦中的有用成分轉變成氧化物，同時除去易揮發的砷、銻、硒、碲等雜質，得到性質優良的焙燒礦。焙燒過程中還產出含SO2濃度比較高的煙氣，送往硫酸廠生產硫酸。

表5 氧壓浸出工藝主要原料成分

表6 氧壓浸出工藝產出棄渣主要成分

馳宏鋅鍺根據礦山原料結構，建成13.2萬t/a的半濕法鋅冶煉生產線，采用氧化鋅煙塵和硫化鋅焙燒礦做為浸出原料，實現了常規鋅濕法工藝和氧化鋅處理工藝的融合。其工藝流程分為硫化線和氧化線，其中硫化線主要是“焙燒+浸出”工藝，氧化線主要氧化鋅煙塵浸出工藝。馳宏鋅鍺半濕法鋅冶煉工藝流程圖如圖3所示。

圖3 半濕法氧硫聯合鋅冶煉工藝流程圖

“焙燒+浸出”工藝主要處理鋅精礦，鋅精礦經沸騰焙燒產出焙燒礦送中性浸出，產出的煙氣送制酸系統生產工業硫酸，焙砂經中性浸出產出中上清液送凈化生產新液。主要原料成分如表7所示，浸出渣主要成分如表8所示。

氧化鋅煙塵經多膛爐焙燒后，送氧化鋅煙塵浸出處理，浸出液經沉鍺、中和除鐵后產出硫酸鋅溶液，氧化鋅浸出工藝原料成分如表9所示，產出浸出渣成分如表10所示。

對半濕法鋅冶煉的傳統工藝升級改造后形成國內先進的氧硫聯合工藝，結合3.2 m2大極板自動剝鋅技術，鋅錠產能突破15萬t，鋅冶煉回收率超過99%，鋅冶煉綜合能耗遠低于900 kgce/t。超大極板鋅電解技術和自動剝鋅等集成技術的配套運用，使國內濕法鋅冶煉技術和裝備大幅度提升。但若為獨立鋅冶煉系統，浸出渣中的鉛、鋅、鍺、銀等有價金屬得不到有效回收，浸出渣堆存對環境污染帶來壓力。浸出渣外賣價格低廉，對企業造成經濟損失。

表7 焙燒+浸出工藝主要原料成分

表8 焙燒+浸出工藝浸出渣主要成分

表9 氧化鋅浸出工藝原料主要成分

表10 氧化鋅浸出工藝浸出渣主要成分

3 鉛鋅聯合冶煉

據統計，鉛鋅冶煉行業每年產生的冶煉廢渣有數百萬t，廢渣中含有大量可回收利用的有價金屬，但長期堆存，對環境污染帶來很大隱患。渣的無害化處理工藝主要是火法處理工藝，而鋅冶煉的主流工藝為濕法，鉛冶煉的主流工藝為火法。鉛鋅聯合冶煉配備火法與濕法工藝后，可以同步處理鉛鋅冶煉棄渣，達到鉛鋅冶煉渣的資源化處理。此舉不但可以有效地回收有價金屬資源，還可以減輕冶煉棄渣帶來的環境壓力，是鉛鋅冶煉行業可持續發展的必要途徑。云南馳宏鋅鍺會澤冶煉分公司利用鉛火法冶煉和鋅濕法冶煉工藝的特點，建立鉛鋅聯合工藝，達到了工藝優勢彌補劣勢的效果，并成功運用。鉛鋅聯合冶煉的工藝流程如圖4所示。

鉛鋅聯合冶煉工藝可使鉛鋅金屬回收率達到99%以上，濕法冶煉棄渣通過火法處理，利用鉛火法冶煉工藝達到鉛鋅金屬有效分離，實現銀的綜合回收。通過煙化揮發產出富集有價金屬的煙塵，利用濕法鋅冶煉工藝產出鍺精礦，實現了金屬綜合回收利用，減少有價金屬流失。根據市場合理調控鉛鋅物料處理量，避免市場給企業帶來的部分風險，使企業經濟效益最大化。針對鉛火法冶煉和鋅濕法冶煉特點，建立輔助系統處理煙氣、廢水，對火法高溫煙氣進行余熱回收，達到能源最大化的循環利用，最大程度的降低鉛鋅冶煉綜合能耗，實現資源的有效利用。輔助系統的工藝流程如圖5所示。

圖4 鉛鋅聯合冶煉工藝流程圖

圖5 鉛鋅聯合冶煉輔助工藝流程圖

鉛鋅聯合冶煉配套輔助系統，不但實現鉛鋅原料中資源的最大化利用，還降低“三廢”的環境壓力。但原料中的Ca、Mg、As、F、Cl等雜質元素隨濕法浸出進入流程，增加了氧化鋅煙塵浸出液除雜的難度，氧化鋅煙塵線需要先進的除雜技術，以確保濕法鋅電解系統生產的平穩運行。

4 結束語

鉛鋅聯合冶煉可以進一步打破我國鉛鋅冶煉工藝和裝備技術瓶頸，加快鉛鋅產業結構調整，促進鋅冶煉工業的持續健康發展，最大化提高資源綜合利用，實現環境、經濟效益同步發展，進一步提升鉛鋅冶煉企業清潔生產技術水平。