常壓富氧直接浸出煉鋅

1、常壓富氧直接浸出煉鋅常壓富氧直接浸出煉鋅李假設(shè)貴(中國恩菲工程技術(shù)，北京 100038)摘要硫化鋅精礦常壓富氧直接浸出是目前世界上鋅冶煉的新工藝、新技術(shù)，它與傳統(tǒng)煉辭比少了精礦焙燒和制酸系統(tǒng)，且鋅總回收率高，操作環(huán)境優(yōu)越，是進(jìn)行環(huán)境綜合治理、淘汰落后工藝、改善環(huán)境、節(jié)能減排、循環(huán)經(jīng)濟(jì)、提高經(jīng)濟(jì)效益的好途徑。關(guān)鍵詞常壓富氧直接浸出；氧壓浸出；硫化鋅精礦；針鐵礦法沉鐵；銦回收；DL反響器；高壓釜；技術(shù)經(jīng)濟(jì)中圖分類號TF813.032.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼B文章編號1672-6103(2021)03-0012-041富氧直接浸出開展過程硫化鋅精礦富氧直接浸出技術(shù)被普遍認(rèn)為是鋅冶煉的又一次重大技術(shù)突破，號稱

2、第三代煉鋅技術(shù)。富氧直接浸出工藝主要分為兩大類；即富氧壓力浸出簡稱：氧壓浸出和常壓富氧浸出。常壓直接浸出工藝簡稱：DL。氧壓浸出歷史較早，工藝也較為成熟，早在上世紀(jì)八十年代初，世界上第一個工業(yè)化的鋅加壓浸出裝置在加拿大科明科公司特雷爾鋅廠試車投產(chǎn)。后來為了增加產(chǎn)量，在特雷爾建成并投產(chǎn)了一個較大的新型高壓釜。1983年位于加拿大安大概省提明斯市的基德·克里克冶煉廠投產(chǎn)了第二個氧壓浸出車間。1991年第三個氧壓浸出車間在德國魯爾鋅公司達(dá)特倫冶煉廠建成投產(chǎn)，該廠由于種種原因1994年就停止了氧壓浸出車間的生產(chǎn)。盡管該技術(shù)推廣不是很快，隨后還是有兩個廠采用該技術(shù)，總之加拿大科明科公司成功運(yùn)用

3、富氧壓力直接浸出工藝，并取得較好的效果，對鋅冶煉富氧直接浸出從理論和實踐的結(jié)合上都作出極大的奉獻(xiàn)。但由于高壓釜設(shè)備、儀表、控制等原因，使該技術(shù)難于推廣。中國科學(xué)院化冶所等單位在吸取國外氧壓浸出技術(shù)的根底上，也曾經(jīng)花費(fèi)很大精力開發(fā)高壓釜，同時在云南永昌和甘肅西和兩個鋅冶煉廠進(jìn)行了生產(chǎn)試驗，其中云南冶金集團(tuán)永昌冶煉廠已投入生產(chǎn)運(yùn)行。常壓富氧直接浸出是OUTOTEC原奧托昆普公司近年來開發(fā)的新工藝，應(yīng)該說常壓浸出工藝是在氧壓浸出根底上開展起來的新技術(shù)，它躲避了氧壓浸出高壓釜設(shè)備制作要求高、操作控制難度大等問題，而且同樣到達(dá)浸出回收率高的目的。目前常壓富氧浸出和氧壓浸出兩種工藝流程均有較為成功的鋅冶煉

4、廠在生產(chǎn)，且運(yùn)行狀態(tài)根本良好。表1、表2例出兩種工藝鋅冶煉生產(chǎn)廠。表1工業(yè)化常壓富氧直接浸出廠家表2工業(yè)化氧壓浸出技術(shù)廠家 2 富氧浸出機(jī)理: 目前我國以硫化鋅精礦為原料的濕法煉鋅工藝流程是:培燒-浸出一凈化一電解；浸出系統(tǒng)采用黃鉀鐵礬法和常規(guī)浸出渣的高溫復(fù)原揮發(fā)，煉鋅流程實質(zhì)上是濕法和火法的聯(lián)合過程；只有硫化鋅精礦的直接浸出工藝，才是真正全濕法煉鋅工藝，完全解決二氧化硫空氣污染和浸出渣有價金屬高效回收等問題。富氧浸出工藝開展經(jīng)歷了不同階段：1OUTOTEC轉(zhuǎn)化法工藝即鐵酸鹽浸出和黃鉀鐵礬沉淀同時進(jìn)行，使鋅的平均浸出率達(dá)99%，總的回收率達(dá)97%以上。該工藝以單質(zhì)硫的形式回收硫?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品銷售，為

5、鋅冶煉廠在擴(kuò)產(chǎn)過程中躲避了回收二氧化硫制酸建設(shè)本錢高、老廠改造一般用地緊張及環(huán)境治理等問題，同時也為傳統(tǒng)濕法煉鋅廠的浸出渣處理提供了一條較佳的途徑。(2熱酸浸出一針鐵礦法沉鐵浸出V.M法V.M法是70年代初首先在工業(yè)上開發(fā)利用的比利時Vieille Montagne公司的簡稱，熱酸浸出液含有Fe3+20-30g/L和H2SO4 50g/L。在這個方法中，加人過量15-20%的鋅精礦和90的情況下，F(xiàn)e3+鐵離子首先被快速復(fù)原成Fe2+的狀態(tài)，即：2Fe3+ZnS=Zn2+2Fe2+S0其復(fù)原率達(dá)90%以上，隨后在8090以及相應(yīng)Fe2狀態(tài)下中和到pH=2-3，用空氣氧化沉淀鐵，其反響式：2Fe

6、3+1/2O2+H2O+2ZnO=2FeOOH+2Zn2+(3)聯(lián)合富氧浸出針鐵礦沉淀法隨著制氧技術(shù)的開展和裝置水平的提高，推動V.M法的開展，為提高生產(chǎn)效率，縮短反響時間，針鐵礦沉淀過程中使用氧氣代替空氣。加壓富氧浸出采用高溫(145-150)和高壓1100-1300kPa，在臥式高壓釜或立式高壓釜內(nèi)用廢電解液、通入氧氣，連續(xù)地浸出硫化鋅精礦。(5常壓富氧浸出采用高溫(95-100)和常壓100kPa,在一組立式攪拌反響器內(nèi)用廢電解液并通人氧氣連續(xù)地浸出硫化鋅精礦。芬蘭OUTOTEC公司開發(fā)的鋅精礦常壓富氧浸出技術(shù)，以鐵作為硫化物反響的催化劑，硫化物中硫在反響中被復(fù)原成單質(zhì)硫。鋅的浸出率高達(dá)

7、99%，產(chǎn)渣量少，而且常壓富氧浸出技術(shù)可以直接用于處理鋅浸出渣，大氣污染幾乎為零，同時取消了揮發(fā)窯，減少了流態(tài)化焙燒爐臺數(shù)，相應(yīng)的解決了焙燒爐及揮發(fā)窯的污染問題。因此選用芬蘭OUTOTEC公司開發(fā)的常壓富氧浸出技術(shù)，是株冶實現(xiàn)鋅系統(tǒng)技術(shù)改造和鋅浸出渣資源循環(huán)利用的理想選擇之一。株冶不但采用OUTOTEC常壓富氧浸出硫化鋅精礦技術(shù)，而且還搭配處理浸出渣、銦回收、采用針鐵礦沉鐵等新工藝。從物理化學(xué)的角度看，常壓富氧浸出和氧壓浸出沒有本質(zhì)區(qū)別，只是氧壓浸出能夠?qū)崿F(xiàn)反響溫度較高、氣體分壓較大的條件。常壓富氧浸出是在溶液沸點以下進(jìn)行，相對于氧壓浸出反響時間較長。氧壓浸出是在密閉反響容器內(nèi)進(jìn)行，可使反響溫

8、度提高到溶液沸點以上，使氧氣在浸出過程中具有較高的分壓，讓反響在短時間內(nèi)有效進(jìn)行。硫化鋅氧壓浸出工藝與常壓富氧浸出均取決于以下反響：ZnS+H2SO4+0.5O2=ZnSO4+H2O+S0如果不存在氧的載體，這個反響就會進(jìn)行得很慢。溶解的鐵是一種有效的氧載體。為加速浸出反響進(jìn)行需要一定濃度的鐵，它由鐵沉淀物的適當(dāng)循環(huán)來提供。硫化鋅與溶解的硫酸鐵反響，生成可溶的硫酸鋅以及單質(zhì)硫，而三價鐵被復(fù)原成二價鐵。在氧化條件下，二價鐵離子被重新氧化成三價鐵離子；根據(jù)Fe3+和Fe2+含量的分析可測定氧化程比，更準(zhǔn)確地說，整個過程應(yīng)該分解成兩個反響：ZnS+Fe2(SO4)34+2FeSO4+S0 2FeSO

9、4+ H2SO4+0.5O22(SO4)3+H2O在鋅精礦中通常含有浸出需要的足夠量的酸溶鐵。磁黃鐵礦(Fe7S8)以及鐵閃鋅礦(Zn,Fe)S中的鐵的氧化反響歷程與閃鋅礦中的鋅相類似。黃鐵礦的氧化程度與一些浸出條件有關(guān)。在高溫、強(qiáng)氧化條件下，黃鐵礦的氧化會產(chǎn)生硫酸根：2FeS2+7.5O2+H22(SO4)3+ H2SO4 2FeS2+7.5O22O3+4H2SO4如果氧氣不充足，溫度較低，酸濃度較高的話，黃鐵礦的氧化可產(chǎn)生單質(zhì)硫：FeS2+0.5O2+ H2SO44+ H2O +S0鋅的氧壓浸出也可以處理各種各樣的物料，包括低品位、高鐵硫化鋅精礦、鉛鋅混合礦、鐵酸鋅渣或聯(lián)合型鋅廠產(chǎn)出的其他

10、鋅渣，均可以獲得良好的效果。 3 常壓與氧壓兩種直接浸出工藝技術(shù)的比擬常壓富氧直接浸出工藝技術(shù)是在氧壓浸出根底上開展起來的新技術(shù)，其根本反響過程仍基于把氧作為強(qiáng)氧化劑的機(jī)理，只是用核心設(shè)備的DL反響器取代高壓釜反響器，目前已有ODDA和KOKOKOLA兩個廠采用該技術(shù)進(jìn)行技術(shù)改造，并取得了很好的效果。3.1 兩種直接浸出工藝的比照常壓富氧浸出和氧壓浸出根本原理沒有本質(zhì)區(qū)別，氧壓浸出和常壓富氧浸出均把鋅精礦中的硫化物硫轉(zhuǎn)化成單質(zhì)硫，而不是轉(zhuǎn)化成二氧化硫，因而能使鋅的生產(chǎn)與硫酸的生產(chǎn)脫鉤。在擴(kuò)產(chǎn)改造，選擇最正確技術(shù)時，廠家必須比擬投資、生產(chǎn)本錢、鋅回收率、副產(chǎn)品回收率及質(zhì)量，以及直接浸出工藝與現(xiàn)有

11、工藝的兼容協(xié)調(diào)。兩種浸出方式產(chǎn)出的溶液中少量雜質(zhì)元素并沒有很大差異，常壓富氧浸出液中的鐵含量高，需設(shè)除鐵工序，氧壓浸出浸出液中的鐵含量低，不需設(shè)除鐵工序。氧壓浸出渣過濾后產(chǎn)出的單質(zhì)硫中雜質(zhì)低于常壓富氧浸出產(chǎn)出的單質(zhì)硫中雜質(zhì)。兩種方式的浸出液含鋅量根本一致。表3為兩種浸出工藝的比照。表3常壓富氧浸出與氧壓浸出工藝的比照3.2 兩種直接浸出裝備的比擬常壓富氧浸出工藝的產(chǎn)生和開展是在氧壓浸出之后。80年代出現(xiàn)了氧壓浸出技術(shù)，由于氧壓浸出在高溫145-150高壓1 100-1 300 kPa條件下酸浸，對于設(shè)備材料和控制儀表、操作平安性等條件的要求較高。90年代，針對氧壓浸出的各種問題，出現(xiàn)了直接常壓

12、富氧浸出技術(shù),在溫度95-100 壓力100kPa條件下酸浸，在設(shè)備選型、平安可靠性上具有極大的優(yōu)點。使得該技術(shù)具有了開展推廣的可能。富氧直接浸出分為:常壓和氧壓，核心技術(shù)在設(shè)備裝置上；氧壓浸出主要設(shè)備裝置為高壓釜，分為立式釜和臥式釜；常壓浸出主要設(shè)備裝置為常壓立式罐。3.3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)缺點比擬從技術(shù)經(jīng)濟(jì)等各方面比擬可以確定；常壓富氧浸出估算投資比氧壓浸出相對要低些，操作控制簡單，維修費(fèi)用稍低，但對硫化鋅精礦直接浸出是有選擇性，并非所有原料都適宜，蒸汽消耗較高，DL反響器設(shè)備龐大，尤其采用底部攪拌要求密封難度較大，OUTOTEC公司控制該技術(shù)及關(guān)鍵設(shè)備，所以必須引進(jìn)主要設(shè)備，引進(jìn)費(fèi)用高；而富氧

13、壓力浸出占地面積小，反響速度快，但高壓反響器設(shè)備要求較高，控制系統(tǒng)要求更嚴(yán)格，建設(shè)投資較常壓浸出稍高，運(yùn)行費(fèi)用也稍高。株冶原料含F(xiàn)、Cl較高，采用氧壓浸出對除F、Cl相對較困難，壓力浸出硫易結(jié)塊，且Ag分散,對回收含Ag鋅精礦不利。況且常壓浸出與氧壓浸出兩者之間的回收率根本相同。從平安性角度考慮，常壓浸出DL反響器根本無危險性。根據(jù)多方比擬，株冶設(shè)計選用OUTOTEC公司開發(fā)的硫化鋅精礦常壓富氧直接浸出工藝，并要求搭配處理浸出渣、回收銦、針鐵礦除鐵等技術(shù)，實現(xiàn)環(huán)境冶理的目標(biāo)。氧壓浸出系統(tǒng)在正常的操作時，費(fèi)用稍會低于常壓浸出。表4為富氧直接浸出與氧壓浸出工藝的操作費(fèi)用比擬。表4富氧直接浸出與氧壓

14、浸出工藝的操作費(fèi)用比擬氧壓浸出系統(tǒng)的年操作費(fèi)用比常壓浸出系統(tǒng)低36萬美元，但是氧壓浸出系統(tǒng)作業(yè)率相對較低，維修費(fèi)用較高。另據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)資料報道說明，同等規(guī)模條件下，氧壓浸出系統(tǒng)的建設(shè)安裝投資費(fèi)用比常壓浸出系統(tǒng)高出75萬美元左右，在此就不需贅述。以上的比擬并非絕對客觀公正，嚴(yán)格地講，常壓浸出與氧壓浸出兩種工藝流程各有優(yōu)缺點，不存在哪種工藝具有絕對地優(yōu)勢，選擇何種工藝流程還須根據(jù)具體情況綜合考慮研究確定。4 株冶常壓浸出特點(應(yīng)用實例)株冶現(xiàn)有鋅冶煉系統(tǒng)生產(chǎn)采用濕法煉鋅傳統(tǒng)工藝流程，即流態(tài)化焙燒浸出凈液電解熔鑄，現(xiàn)有鋅生產(chǎn)有兩個系統(tǒng)，鋅I系統(tǒng)設(shè)計能力10萬t，經(jīng)過多年的改造，目前實際生產(chǎn)能力17.7

15、萬t，鋅II系統(tǒng)的設(shè)計能力10萬t，目前實際生產(chǎn)能力14.3萬t。兩個系統(tǒng)的實際產(chǎn)能為32萬t左右。由于現(xiàn)有工藝的浸出強(qiáng)度不高，加上其他方面的一些因素，故株冶的鋅生產(chǎn)存在以下一些主要問題：(1)浸出渣量大，噸鋅產(chǎn)出的浸出渣達(dá)0.9t左右。浸出渣含鋅高，通常在20%22%左右。(2浸出渣還須采用揮發(fā)窯處理，需要很高的能耗及耐火材料消耗。(3)揮發(fā)窯渣的堆存量大，鋅含量達(dá)3%5%。揮發(fā)窯的尾氣二氧化硫7219.7 t/a，煙粉塵：173.1 t/a，未處理直接外排,污染大氣等。鋅系統(tǒng)面臨迫切需要解決的問題：一是二氧化硫低空污染問題，二是浸出渣的綜合利用問題。濕法處理浸出渣的典型工藝有：奧斯麥特爐法

16、、回轉(zhuǎn)窯和煙化爐等方法，受能耗、環(huán)保等諸多問題制約，這些工藝也都遇到不同程度的問題。株冶為了進(jìn)一步提高鋅和其它有色金屬的回收率，對近20年來有關(guān)傳統(tǒng)濕法浸出工藝過程中產(chǎn)出的浸出渣 鐵酸鋅鹽進(jìn)行了大量的調(diào)查和研究，尤其在資源的綜合回收和環(huán)境治理方面在國內(nèi)起到表率作用。但都不能從根本上解決浸出渣的環(huán)保等問題。根據(jù)富氧直接浸出這一新技術(shù)的開展趨勢，株冶委托OUTOTEC公司進(jìn)行常壓富氧直接浸出技術(shù)搭配處理浸出渣的小型試驗和連續(xù)試驗，試驗均能獲得預(yù)想結(jié)果。為了驗證氧壓浸出與常壓浸出的區(qū)別，選擇合理的工藝流程，株冶與北京礦冶研究總院合作進(jìn)行了硫化鋅精礦富氧壓力和常壓直接浸出搭配處理浸出渣的各種驗證性試驗

17、。株冶“常壓富氧直接浸出搭配鋅浸出渣煉鋅工程采用OUTOTEC常壓富氧直接浸出技術(shù)OUTOTEC凈液關(guān)鍵技術(shù)電解熔鑄全濕法煉鋅流程,原那么工藝流程圖如圖1。鋅精礦鋅合金外售圖1株冶常壓富氧直接浸出搭配鋅浸出渣煉鋅原那么工藝流程圖 株冶采用引進(jìn)OUTOTEC公司硫化鋅精礦常壓富氧直接浸出技術(shù)搭配處理浸出渣，同時綜合回收銦，沉銦渣送銦回收工段，硫渣與浮選尾礦壓濾后送鉛冶煉系統(tǒng)處理，以到達(dá)綜合回收有價金屬、治理環(huán)境，解決鋅浸出瘡污染問題，淘汰傳統(tǒng)的揮發(fā)窯處理浸出渣工藝的目的。因此該工程工程不但屬環(huán)保工程，而且符合當(dāng)前國家有關(guān)節(jié)能減排、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)業(yè)政策。株冶采用引進(jìn)OUTOTEC公司硫化鋅精礦常壓富

18、氧直接浸出，設(shè)計規(guī)模新增電鋅產(chǎn)量10萬t/a，另外搭配處理鋅浸出渣16萬t/a，渣中含鋅約3萬t/a，實際浸出產(chǎn)電鋅能力13萬t/a。其余車間生產(chǎn)能力確定為：凈液車間設(shè)計能力32萬t/a；電解車間設(shè)計能力10.4萬t/a；最終產(chǎn)品生產(chǎn)鍍鋅合金，設(shè)計鍍鋅合金規(guī)模15萬t/a。該工程實施后可大幅度削減二氧化硫煙氣排放量，鋅總回收率到達(dá)97%、銦回收率到達(dá)85%以上；沉鐵渣的品位達(dá)40%左右，資源的綜合利用率提高15個百分點，到達(dá)了88%；年降低能耗約13萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，減排C02總量相當(dāng)于CDM 值300多萬美元。鋅綜合能耗到達(dá)特級企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。各種渣料返回株冶各生產(chǎn)系統(tǒng)回收有價金屬，對環(huán)境不造成影響。5結(jié)束語目前國內(nèi)除株冶引進(jìn)芬蘭OUTOTEC的硫化鋅精礦常壓富氧直接浸出技術(shù)外，中金嶺南丹霞冶煉廠引進(jìn)加拿大狄納泰克公司氧壓浸出技術(shù)，云南