濕法處理火法中間物料可行性研究報(bào)告

PAGE1濕法處理火法中間物料可行性研究報(bào)告葫蘆島鋅廠2000．10目錄概述工藝流程選擇及原理原理主要技術(shù)指標(biāo)確定主要技術(shù)指標(biāo)對(duì)比經(jīng)濟(jì)效益分析社會(huì)效益分析結(jié)論意見(jiàn)濕法處理火法中間物料可行性研究報(bào)告概述：葫蘆島鋅廠是國(guó)家特大型企業(yè)，其主要產(chǎn)品有鋅、銅和硫酸。在火法煉鋅過(guò)程中副產(chǎn)的中間物料（如紅、白鎘塵、高溫塵）中含有大量的有價(jià)金屬（如鋅、鎘等）。所以必須對(duì)其加以回收。該廠現(xiàn)在采用的是硫酸化焙燒——浸出流程來(lái)處理火法中間物料，產(chǎn)品為硫酸鋅和精鎘。其工藝流程簡(jiǎn)介如下：紅、白鎘塵H2SO4高溫塵酸化焙燒H2S、SO2等浸出排空上清液浸出渣凈化過(guò)濾干燥上清液渣鉛泥一次置換固化煉鉛上清液海綿鎘二次置換生產(chǎn)精鎘上清液渣生產(chǎn)硫酸鋅生產(chǎn)鉈圖1四冶煉廠現(xiàn)有工藝流程圖該流程技術(shù)成熟，生產(chǎn)穩(wěn)定，鋅、鎘浸出率較高，但存在一個(gè)致命的缺點(diǎn)，即酸化焙燒工序產(chǎn)出的煙氣中含有大量的H2S、S、SO2和水蒸汽，環(huán)境污染嚴(yán)重。酸化焙燒工序就是將火法中間物料與濃硫酸按1：0.8的比例混合，經(jīng)圓盤(pán)制粒后，在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進(jìn)行硫酸化焙燒，使其中的有價(jià)金屬變成硫酸鹽。該過(guò)程的主要化學(xué)反應(yīng)為：MeS+H2SO4=MeSO4+H2S↑(1—1)MeS+2H2SO4=MeSO4+0.5S2+SO2↑+2H2O↑(1—2)MeO+H2SO4=MeSO4+H2O↑（1—3）2H2SO4=2SO2↑+O2↑+2H2O↑（1—4）從反應(yīng)方程式可以看出，該工藝煙氣中含有大量的H2S、S、SO2和水蒸汽。目前每天處理16噸物料，直接排放的煙氣量達(dá)到2000Nm3/h，其中S5Kg/h，SO2110Kg/h，H2S4.2Kg/h，塵10Kg/h，H2SO40.3Kg/h，水蒸汽10Kg/h等。這不僅造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，惡化了工人的勞動(dòng)條件及周?chē)用竦纳姝h(huán)境，而且在排放中產(chǎn)生的硫磺堵塞管道，造成局部受阻，設(shè)備嚴(yán)重腐蝕等一系列問(wèn)題。因此，對(duì)現(xiàn)有的工藝進(jìn)行技術(shù)改造是勢(shì)在必行的。二、工藝流程的選擇及原理：2、1原料特點(diǎn)：紅白鎘塵是經(jīng)過(guò)兩次焙燒得到的煙塵。兩次焙燒的目的都是盡量脫除礦物中的鎘和鉛，為火法煉鋅提供合格的焙砂。鉛、鎘的硫化物在高溫下有很大的揮發(fā)性。在995℃下，硫化鉛和硫化鎘已顯著揮發(fā)，而硫化鋅在1178℃下才開(kāi)始揮發(fā)，這就表明，在物料焙燒時(shí)，鉛、鎘等硫化物優(yōu)先揮發(fā)，在煙塵中得到富集。另外，當(dāng)硫化鋅的焙燒溫度高于550℃且有三氧化二鐵存在時(shí)，氧化鋅和三氧化二鐵形成鐵酸鋅。隨著焙燒溫度的提高，鐵酸鋅的形成會(huì)增加。因而，硫化鋅精礦在1000℃的條件下進(jìn)行焙燒時(shí)，鐵酸鋅的形成是不可避免的，而且有部分鐵酸鋅進(jìn)入煙塵中。由以上分析可知，煙塵組成除了氧化鋅外其余主要是揮發(fā)性較大的鋅、鎘、鉛的硫化物以及鐵酸鋅。根據(jù)重量，按白鎘塵：紅鎘塵=1：2的比例混合所得的混合塵進(jìn)行X射線分析，結(jié)果如下：表1、紅白鎘塵X射線衍射分析結(jié)果試樣名稱(chēng)物相組成紅白鎘塵ZnOPbSZnSCdSZnO.Fe2O3PbOPbSO4另外，對(duì)該混合塵的篩分分析結(jié)果表明，物料較細(xì)，—200目占95%以上。2、2工藝流程的選擇由于火法中間物料較細(xì)，紅白鎘塵適合采用濕法工藝處理，如采用火法工藝處理，則必然造成物料的飛揚(yáng)損失和環(huán)境污染。從原料的物相組成可以看出，紅白鎘塵成分復(fù)雜，既含有容易浸出的氧化鋅，又含有較難浸出的鐵酸鋅和硫化物，原料物相組成的特點(diǎn)是還原性物質(zhì)硫化物和氧化性物質(zhì)鐵酸鋅共存，這種物相組成特點(diǎn)是采用自身氧化浸出技術(shù)可利用的條件。根據(jù)上述原料特點(diǎn)，兼顧現(xiàn)有工藝流程的具體情況，本研究現(xiàn)采用兩段浸出的全濕法工藝來(lái)處理火法中間物料。工藝流程圖如下：混合塵H2SO4中性浸出中浸液中浸渣H2SO4針鐵礦除鐵高溫高酸浸出除鐵后液鐵渣酸浸液酸浸渣部分返回除鎘后生產(chǎn)硫酸鋅鐵渣處理水洗渣洗液干燥鉛泥2、3反應(yīng)原理：流程中的中性浸出目的主要是使物料中的氧化鋅溶解：ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O(1)中浸后液采用針鐵礦礦法除鐵：2FeSO4+ZnO+1/2O2+H2O=2ZnSO4+2FeOOH↓(2)除鐵后液經(jīng)凈化后去生產(chǎn)硫酸鋅。熱酸浸出的主要目的是使中浸渣和預(yù)中和渣中的鐵酸鋅和硫化物溶解。該過(guò)程包括三個(gè)類(lèi)型化學(xué)反應(yīng)：鐵酸鋅和硫化物直接溶解：ZnFe2O4+4H2SO4=ZnSO4+Fe2(SO4)3+4H2O(3)MeS+H2SO4=MeSO4+H2S(4)H2S+1/2O2=S0+H2O(5)MeS+H2SO4+1/2O2=MeSO4+S0+H2O(6)加入的鐵渣溶解2FeOOH+3H2SO4=Fe2(SO4)3+4H2O(7)2Fe(OH)3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+6H2O(8)（3）：（7）：（8）三個(gè)反應(yīng)產(chǎn)生的硫酸高鐵使硫化物氧化溶解。MeS+Fe2(SO4)3=MeSO+2FeSO4+S0(9)式中Me代表Zn、Cd、Pb。如果鎘塵中的鐵不夠按反應(yīng)（9）MeS氧化的需要，則在第二段熱酸浸出過(guò)程中加入一定量的二氧化錳作為補(bǔ)充氧化劑，在水溶液中用MnO2氧化MeS的過(guò)程為固——固反應(yīng)，速度緩慢，但可通過(guò)反應(yīng)（9）產(chǎn)生的Fe2+的催化作用使其加速：MnO2+4H++2Fe2+=Mn2++2Fe3++2H2O(10)2Fe3++MeS=Me2++2Fe2++S0(11)三、主要技術(shù)指標(biāo)的確定：參照國(guó)內(nèi)外工廠采用高溫、高酸兩段浸出的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，先初步確定試驗(yàn)的主要技術(shù)指標(biāo)，在試驗(yàn)過(guò)程中再修改，最終找出適合濕法處理火法中間物料的技術(shù)指標(biāo)。中性浸出：溫度80～85℃始酸100g/l時(shí)間2小時(shí)液:固4:1熱酸浸出：溫度90～95℃始酸180g/l時(shí)間3小時(shí)液:固4:1水洗：溫度70℃液:固4:1時(shí)間1小時(shí)渣含鋅<7%渣含鎘<1.5%Zn+Cd浸出率>92%渣率<35%四、技術(shù)指標(biāo)對(duì)比：4、1渣含鋅是一個(gè)非常重要的技術(shù)指標(biāo)。原工藝的渣含鋅在7%～8%范圍內(nèi)，新工藝渣含鋅在5%左右，平均比原工藝降低兩個(gè)百分點(diǎn)，按年處理8000噸料計(jì)算，每年可多回收鋅量：8000×32%×2%=51噸，渣含鎘與原流程基本相當(dāng)。4、2浸出率是衡量浸出效果好壞的技術(shù)指標(biāo)。原工藝鋅、鎘浸出率為90%，新工藝鋅、鎘浸出率為92%。4、3蒸汽單耗：原工藝蒸汽單耗為1.028t/t，新工藝為1.2t/t，這是因?yàn)樾鹿に囋诘诙A段浸出采用的是高溫（90～95℃）高酸浸出，蒸汽耗量大。4、4煤氣單耗：原工藝采用酸化窯進(jìn)行焙燒，煤氣單耗為0.3t/t，而新工藝由于砍掉了酸化窯，故煤氣單耗為0。五、經(jīng)濟(jì)效益分析：本項(xiàng)目總投資為400萬(wàn)元，其中銀行貸款200萬(wàn)元，自籌100萬(wàn)元，撥款100萬(wàn)元。5、1因?qū)⑺峄G工序徹底去掉，節(jié)省煤氣單耗0.3t煤/噸料，可節(jié)約3×8000噸/年×300元/噸煤=72萬(wàn)元/年5、2新工藝采用高溫浸出，需多耗蒸汽（1.2—1.028）×8000噸/年×50元/噸蒸汽=6.88萬(wàn)元/年5、3新工藝降低了渣含鋅，每年可多回收鋅52噸，按每噸10，000元計(jì)，可創(chuàng)效益52萬(wàn)元?？偰陝?chuàng)效：72+52—6.88=117.12萬(wàn)元投資回收期：400/117.12=3.42年六、社會(huì)效益分析：新工藝的投產(chǎn)運(yùn)行將使有害煙氣排放得到徹底根治，生產(chǎn)廠房中區(qū)的一大公害不再存在；工人勞動(dòng)環(huán)境得到改善，減少了煙塵對(duì)設(shè)備的腐蝕，延長(zhǎng)了設(shè)備壽命，減少了管路堵塞，降低了檢修維護(hù)費(fèi)用。七、結(jié)論意見(jiàn)：1、全濕法處理火法中間物料的流