鋅常規(guī)法—氧壓浸出聯(lián)合冶煉技術(shù)研究

陳龍義

(長沙有色冶金設(shè)計研究院有限公司，湖南 長沙 410019)

鋅冶煉主要包含火法和濕法兩大工藝流程[1]，濕法煉鋅是當(dāng)今世界最主要的鋅冶煉工藝，其產(chǎn)量占世界總鋅產(chǎn)量的88%以上。進入21世紀(jì)以來，世界新建鋅冶煉項目均采用濕法煉鋅工藝，其中中國建成在產(chǎn)項目中約60%采用常規(guī)法濕法煉鋅工藝，40%采用氧壓浸出濕法煉鋅工藝。隨著近年來鋅冶煉行業(yè)快速發(fā)展，濕法煉鋅技術(shù)取得較大進步，主要表現(xiàn)在：硫化鋅精礦的氧壓浸出清潔生產(chǎn)工藝快速推廣；生產(chǎn)系統(tǒng)規(guī)模化；設(shè)備大型化，高效化；工藝過程自動化；管理精細化；浸出渣綜合回收及無害化處理等幾個方面。

但常規(guī)法鋅冶煉存在工藝流程長，綜合回收差，渣量大、渣處理煤耗及費用高等不足，而氧壓浸出工藝也存在工藝控制難度較大，建設(shè)及維護成本偏高等問題。因此，開發(fā)一種兼顧各鋅冶煉工藝之所長，并規(guī)避其中缺點的新工藝非常必要。

1 鋅冶煉技術(shù)現(xiàn)狀分析

目前，主流鋅冶煉工藝是常規(guī)法及氧壓浸出兩種濕法煉鋅工藝，上述兩種工藝各有優(yōu)勢與不足[2]：

常規(guī)濕法煉鋅工藝流程為：硫化鋅精礦經(jīng)過沸騰焙燒，焙燒礦中性浸出—酸性浸出，中性浸出的上清液經(jīng)過凈化除雜后送電積產(chǎn)出合格的電鋅。鐵酸鋅中鋅鐵未被浸出進入溶液，酸性浸出的渣含鋅20%左右，鋅的直收率僅80%～85%左右。浸出渣渣率50%～55%，送火法處理，回收其中的鋅及其它伴生元素，產(chǎn)生的次氧化鋅脫除氟、氯送氧化鋅浸出系統(tǒng)。酸性浸出液返回焙砂中性浸出系統(tǒng)，氧化鋅浸出鉛渣待回收鉛。此法在國內(nèi)外有數(shù)十年的工業(yè)生產(chǎn)歷史，技術(shù)成熟、可靠易掌握[3]。

氧壓浸出全濕法煉鋅工藝流程為：硫化礦直接浸出，浸出液送中和除鐵及凈化除雜后送電積產(chǎn)出合格的電鋅，浸出渣送硫回收產(chǎn)出硫磺、硫渣及鉛渣。該技術(shù)硫化鋅冶煉過程中不需要焙燒，負二價的硫轉(zhuǎn)化成單質(zhì)硫而不是SO2，通過浮選熔硫產(chǎn)出硫磺，便于儲存運輸。核心技術(shù)不僅解決了SO2環(huán)境污染問題，且解決了酸不平衡導(dǎo)致的環(huán)保問題，固廢產(chǎn)出量減少50%，環(huán)保好[4]。

通過常規(guī)法、氧壓浸出法煉鋅工藝比較，兩種常用濕法鋅冶煉工藝具有如下特點：

（1）常規(guī)法由于浸出率低，渣率大，渣含鋅高，即使浸出渣經(jīng)過回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)回收后，鋅直收率仍較低，一般最多達95%，并且需要的燃煤或還原劑量隨渣量及金屬量增多而增大，能耗高。碳排放量大。

（2）氧壓浸出法綜合回收有價金屬好，金屬浸出率高，鋅可達98%以上，因此浮選尾渣量較少且含鋅低，相對鋅直收率較高。

（3）氧壓浸出法銅回收率達到80%以上，遠高于常規(guī)法的35%，銀和鉛的富集度高，有利于其回收，各有價金屬的綜合回收經(jīng)濟效益由于常規(guī)法。

（4）常規(guī)法被燒過程產(chǎn)出大量含硫煙氣，通過制酸及尾氣處理后仍有含硫尾氣排放。

（5）氧壓浸出法硫以硫磺產(chǎn)品得到回收，主流程生產(chǎn)過程中沒有含硫尾氣排放，清潔環(huán)保。

（6）常規(guī)法更易組織生產(chǎn)操作及維護，應(yīng)用范圍廣泛，建設(shè)投資略低于氧壓浸出工藝，對于不需回收稀貴重金屬的原料，且在硫酸銷售暢通地區(qū)有一定的市場優(yōu)勢。

2 聯(lián)合鋅冶煉工藝研究

2.1 工藝流程

通過對兩種濕法工藝的比較，針對硫酸銷售好地區(qū)新建鋅冶煉廠以及采用常規(guī)法的現(xiàn)有鋅冶煉廠技術(shù)升級改造等需求，本文提出一種能結(jié)合各種工藝優(yōu)勢的聯(lián)合鋅冶煉工藝流程，具體如下：

首先，采用工藝成熟可靠，技術(shù)門檻較低的沸騰焙燒-常規(guī)中浸工藝，產(chǎn)出硫酸及合格的中浸液。

其次，將中性浸出底流加入氧壓釜，同時加入廢電解液、硫酸、蒸汽、氧氣，進行氧壓浸出，控制浸出溫度120℃～150℃，壓力500kPa～800kPa，浸出時間1小時。

最后，浸出礦漿經(jīng)過液固分離后，浸出渣為鉛富集渣，送火法處理回收其中有價金屬，浸出液返回焙砂中浸。

工藝流程詳見圖1。

圖1 鋅冶煉工藝流程圖

2.2 反應(yīng)機理

硫化鋅精礦經(jīng)過焙燒后，硫的脫出率達到95%，焙砂礦中國鋅、鉛、銅等金屬絕大部分已氧化物形態(tài)存在。焙燒礦常規(guī)中浸時，部分鋅、鉛、銅氧化物與硫酸反應(yīng)生成硫酸鹽，F(xiàn)e3+離子水解沉淀進入渣中焙砂，具體反應(yīng)如下[5]：

焙砂礦經(jīng)過常規(guī)中浸，還有部分鋅、銅氧化物以及鐵酸鋅、焙燒過程未反應(yīng)的硫化物未浸出進入溶液，經(jīng)過高溫氧壓強化浸出，絕大部分鋅、銅等金屬被浸出進入溶液，具體反應(yīng)如下[6]：

2.3 創(chuàng)新效果

通過從流程設(shè)置及反應(yīng)機理上對聯(lián)合鋅冶煉工藝研究，采用鋅常規(guī)法-氧壓浸出聯(lián)合冶煉技術(shù)后，鋅的總體浸出率可達98%，銅的浸出率達95%以上，渣含鋅3%以下，可大幅提高鋅直收率，簡化常規(guī)法鋅冶煉工藝流程。由于氧壓浸出過程不產(chǎn)出大量硫磺，也大幅降低了氧壓浸出的操作要求。各鋅冶煉技術(shù)綜合比較詳見表1。

表1 鋅冶煉技術(shù)綜合比較表

3 結(jié)論

（1）鋅常規(guī)法-氧壓浸出聯(lián)合冶煉技術(shù)具體控制條件為：鋅焙砂采用常規(guī)中性浸出，中浸渣再經(jīng)氧壓高效浸出，其中氧壓浸出段控制浸出溫度120℃～150℃，壓力500kPa～800kPa，浸出時間1小時，可將鋅浸出率從常規(guī)法約85%提高至98%，銅浸出率可從常規(guī)法約40%提高至95%以上，同時可取消常規(guī)法鋅冶煉過程中的氧化鋅浸出工序，大幅簡化工藝流程。此外，該技術(shù)采用充分吸收氧壓浸出高效及綜合回收好的特點，規(guī)避了硫化礦直接氧壓浸出產(chǎn)出硫磺對工藝控制及設(shè)備的苛刻要求。

（2）鋅常規(guī)法-氧壓浸出聯(lián)合冶煉技術(shù)可以將鋅浸出渣減量化。常規(guī)法浸出渣率達到1-1.1t/t.Zn，采用常規(guī)法-氧壓浸出聯(lián)合冶煉技術(shù)，浸出渣率可降至0.6 t/t.Zn。按鋅冶煉渣處理煤率45%～50%，處理費600元/t.Zn計算，一座100kt/a鋅冶煉廠采用聯(lián)合冶煉技術(shù)每年可節(jié)省渣處理費用超過2400萬元，同時節(jié)省煤耗1.8萬噸以上，減少二氧化碳排放量達4萬噸。

（3）綜上所述，鋅常規(guī)法-氧壓浸出聯(lián)合冶煉技術(shù)結(jié)合了常規(guī)法鋅冶煉工藝成熟，操作簡單以及氧壓浸出技術(shù)金屬金屬率高、綜合回收好的特點，同時簡化了工藝流程，節(jié)省了一次性投資及生產(chǎn)運行成本，降低了鋅冶煉生產(chǎn)過程碳排放量，提高了經(jīng)濟環(huán)保效益。該技術(shù)特別適合常規(guī)法生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)升級改造，具備較好的市場前景。