濕法煉鋅浸出渣綜合回收利用與主流程工藝適用性的探究

鞏燕飛，王 昕，張昱琛，馮 瓊

（甘肅廠壩有色金屬有限責任公司成州冶煉廠，甘肅 隴南 742508）

關鍵字：濕法煉鋅；浸出渣；綜合利用

濕法煉鋅占據世界煉鋅總量的80%以上，隨著資源供給矛盾日趨緊張和環保形勢的日益嚴峻，圍繞濕法煉鋅浸出渣的綜合回收利用是整個鋅冶煉行業共同關注的問題。常見的濕法煉鋅浸出渣處理工藝有高溫高酸浸出、揮發窯法、煙化法、奧斯麥特法等。某濕法煉鋅企業采用高溫高酸-黃鉀鐵礬工藝處理浸出渣，年產鉛銀渣、鐵礬渣等危廢渣9萬噸（干基），平均含鋅7%，含鉛3.5%。隨著環境形勢的日益嚴峻和原料供應的日趨緊張，企業積極響應國家環保政策，通過揮發窯對各類危廢渣（包括浸出渣）進行無害化處理，實現有價金屬鉛、鋅的綜合回收利用，并對各工段流程進行優化，實現資源綜合回收和清潔生產雙贏的目的。

1 工藝流程

1.1 濕法煉鋅工藝

某濕法煉鋅企業原采用高溫高酸浸出-低污染黃鉀鐵礬工藝，產出浸出渣平均含鋅7%。由于回轉窯入窯物料設計值平均含鋅13%，為與回轉窯入窯物料含鋅相匹配，該企業將其中一套浸出系統改為常規浸出工藝，以提高入窯料含鋅量，常規浸出渣平均含鋅16%。除浸出渣外，濕法煉鋅各工段產生的其他危廢渣，如高鈷渣、石膏渣、陽極泥等，也全部送至浸出渣綜合回收系統進行無害化處理。

1.2 浸出渣綜合回收工藝

浸出渣綜合回收系統產出的半成品有解析煙氣、酸解礦漿、高氟氯焙砂、窯渣和鉛精礦，其中解析煙氣送煙氣制酸系統，酸解礦漿和脫氟氯焙砂送浸出，窯渣和鉛精礦外售，浸出渣綜合回收工藝流程見圖1。

圖1 浸出渣綜合回收工藝流程

2 存在的生產問題

（1）脫硫渣解析槽存在SO2逸出風險，焙燒爐存在正壓冒煙風險。原設計脫硫渣壓濾后直接通過排渣口排至解析槽，排渣口進行物理密封，解析煙氣與焙燒爐煙氣合并，經一臺制酸SO2風機送制酸系統。由于壓濾排渣是間歇性的，整個解析過程不穩定，剛排渣時槽內反應強烈，瞬間產出大量SO2，制酸SO2風機不能將SO2全部送至制酸系統，導致SO2從卸渣口逸出。同時焙燒爐負壓工況受到聯動影響，焙燒爐爐頂存在冒煙風險。

（2）脫硫礦漿Fe2+含量高，Fe2+和Mn2+難以平衡。尾氣脫硫主要是脫除SO2氣體，脫硫礦漿整體呈還原性，隨高氟氯焙砂進入脫硫礦漿的Fe也部分以Fe2+形式存在，并隨酸解礦漿進入浸出系統。在實際生產中，浸出主要通過錳粉將Fe2+氧化成Fe3+，利用其水解pH比Zn2+金屬低的原理，將其沉淀在渣中，實現中浸液除鐵除雜的目的。進入浸出系統的還原性酸解礦漿中含Fe2+≥1000mg/L，為氧化其中的Fe2+需加入大量錳粉，系統Mn2+難以平衡，電解電效降低，陽極泥頻繁清掃，企業生產成本增加。

（3）系統F-、Cl-升高，加速設備腐蝕，縮短電解陰陽極板使用壽命，降低陰極鋅質量。浸出渣綜合回收系統有配套的回轉窯脫氟氯工序，但因高氟氯焙砂和脫硫礦漿最終又返回浸出系統，導致系統F-、Cl-富集，電解生產困難。根據生產數據，浸出渣綜合回收系統開車30天，電解廢液含F-上升6.3mg/L，含Cl-上升117mg/L。

（4）浸出渣轉運頻繁，廠區路面沖掃強度大，系統體積膨脹。浸出系統與新建渣處理系統原料倉相距500m，浸出渣在壓濾后經工程車輛轉運至原料倉配料。該濕法煉鋅企業所在地區雨水充沛，渣類物資轉運容易造成路面泥濘和粉塵飛揚，每天需多次沖掃廠區馬路，導致系統體積膨脹，尤其是冬季低溫天氣，系統膨脹尤為嚴重。

3 工藝優化方案

針對以上生產問題，該企業對常規浸出系統進行優化，新增脫硫礦漿解析、空氣氧化除鐵、銅渣除氯、廢液除氟和集中壓濾工序。同時為減輕除氯工序體積，將渣處理回收的高氟氯鋅焙砂集中在脫硫礦漿中和工序。優化后的常規浸出系統工藝流程見圖2。

圖2 浸出工藝流程

（1）脫硫礦漿壓濾后間歇性排渣是導致解析SO2瞬間逸出的主要原因。為保證解析能夠連續平穩的運行，該企業取消渣處理脫硫渣壓濾工段，將脫硫礦漿經中間槽連續泵至浸出解析槽，并對所有槽體密封處理，槽內產生的高濃度SO2氣體由風機抽送至煙氣制酸系統。

（2）空氣氧化除鐵通過鼓入空氣將Fe2+氧化成Fe3+，并在弱酸性條件下以Fe（OH）3沉淀的形式將其除去。沉鐵過程會放出H+，需加入CaCO3將其中和。空氣氧化除鐵效率可根據系統情況加以調整，當系統Fe2+和Mn2+含量偏低時可適當減少空氣氧化除鐵壓縮風鼓入量，加大進入中浸的Fe2+量。

（3）中和主要是為空氣氧化除鐵創造工藝條件。空氣氧化除鐵過程pH=4.5～5.0，解析液終點H2SO4≥20g/L，所以在除鐵前必須對解析液進行中和。中和加入的均為渣處理回收的高氟氯焙砂，中和濃密底流送高浸，中和上清送空氣氧化除鐵。中和工段會產生少量SO2氣體，所有槽體也需密封處理，氣體通過負壓管線連通至煙氣制酸系統。

（4）高浸主要是為充分回收有價金屬，浸出金屬Fe，同時實現亞硫酸鋅的完全解析，避免SO2造成職業危害。高浸工段所有槽體均密封處理，槽內產生的低濃度SO2氣體與解析煙氣合并抽送至煙氣制酸系統，高浸渣含Pb≥30%時外售，含Pb＜30%時送脫氟氯回轉窯處理。

（5）除氯選用的是較為成熟的銅渣除氯工藝，包括浸銅、除氯、沉銅、堿洗四大工序，銅渣可循環利用，除氯后液Cl-≤120mg/L，除氯后液返中浸工段。在除氯、沉銅工段有AsH3逸出風險，所以銅渣除氯工序各槽罐均安裝強制排風凈化裝置，廠房配有AsH3在線監測系統和強制通風設施。

（6）除氟選用的是某專利工藝，采用的ASD除氟劑可循環使用，除氟效率≥60%，除氟后液F-≤20mg/L。廢液是部分除氟，只需保證每日隨高氟氯焙砂進入系統的F-與系統除去的F-達到平衡即可。另外，部分F-在空氣氧化除鐵工段可以CaF2的形式進入鐵渣。

（7）低浸濃密礦漿直接通過泥漿泵輸送至渣處理車間的集中壓濾廠房壓濾，壓濾廠房毗鄰渣處理原料倉，浸出渣卸渣后直接送入原料倉配料入窯，避免車輛頻繁轉運，造成環境污染。

4 優化結果

（1）解析槽SO2穩定析出，SO2風機將其連續抽送至煙氣制酸系統，焙燒爐負壓工況可穩定控制。

（2）系統Mn2+平衡得到控制，輔料成本降低。

（3）廢液含F-≤30mg/L,含Cl-≤300mg/L，可保證電解正常生產。

（4）低浸渣避免頻繁轉運，濕法系統體積得到控制，廠區環境風險降低。

5 結論及建議

對工藝進行優化后，浸出渣綜合回收處理系統和主系統能夠有效銜接，提高各流程工藝適用性，實現資源綜合回收和清潔生產雙贏的目的。相關企業在進行浸出工藝優化時需注意以下兩點：

（1）銅渣除氯存在AsH3逸出風險點，要注意廠房通風，必要時安裝AsH3在線監測系統，避免劇毒氣體造成職業危害。

（2）解析、中和和高浸工段的槽體、濃密機均需密封處理，并定期檢修，同時保持各槽體微負壓工況，避免SO2逸出危及人員健康。