大型常壓強化浸出槽的設(shè)計及應(yīng)用

伍耀明

(廣西冶金研究院，廣西 南寧 530023)

0 序 言

在有色金屬濕法冶煉中離不開浸出工序，對于難處理物料還需要采用高壓釜進行強化浸出。高壓釜制造要求高，操作難度大，筆者提出一種常壓強化浸出工藝，也能處理難處理物料，而且浸出效果達(dá)到甚至超過了高壓浸出。雖然是常壓，也需要苛刻的工藝技術(shù)條件，才能達(dá)到強化浸出的目的，隨之而來的是要求有滿足苛刻工藝條件的設(shè)備——強化浸出槽。

1 硫酸常壓強化浸出的原理及浸出效果

所謂硫酸常壓強化浸出就是采用高濃度(70% ±)、高溫度(150～160 ℃)、大液固比(4.5～5∶1)的硫酸恒溫浸出30 min 或更短、更長的時間。利用硫酸的沸點高，在高濃度硫酸和高溫度的作用下，使被浸出物料中的難溶金屬變成易溶物生成硫酸鹽。由于硫酸是強電解質(zhì)，硫酸根具有同離子效應(yīng)，高濃度的硫酸溶液中，不允許過多的其他金屬硫酸鹽存在，迫使其結(jié)晶析出在浸出渣中，過濾出含有少量金屬離子的浸出母液，繼續(xù)返回用于浸出，而浸出渣則用水溶解其中的硫酸鹽結(jié)晶物，就達(dá)到了強化浸出的目的。

取紅土鎳礦試驗原料粒度-0.147 mm，含Ni 1.4%，Co 0.029%，按液固比4.5～8.5，溫度150～160 ℃，恒溫30～45 min 進行浸出，所得浸出渣率50% ±，渣含Ni 0.002%～0.006%，Co 0.000 93%～0.002 1%，按渣計的浸出率達(dá)到Ni 99.96%～99.8%，Co 98.48%～96.49%［1］，從這組數(shù)據(jù)分析，即使是液固比4.5∶1，在溫度為150 ℃下恒溫浸出30 min，浸出率也能達(dá)到最低指標(biāo)的Ni 99.8%，Co 96.49%。

在采用福美鈉深度凈化錳礦浸出液的雜質(zhì)元素鈷鎳時，獲得一種錳鈷渣，用水調(diào)漿，采用熱風(fēng)間接加熱至沸騰鼓泡，刮取上層泡沫，95%～98%的鈷鎳進入占總錳鈷渣量平均16%的泡沫渣中，84%的沉渣返回錳浸出崗位，錳進入生產(chǎn)系統(tǒng)，鐵被除去，鈷鎳又重新進入深度凈化的錳鈷渣中，循環(huán)回收。分組以后的泡沫渣，用稀硫酸洗滌，進一步洗出錳、鐵，洗水也返回錳生產(chǎn)系統(tǒng)的浸出液中，而鎳鈷在稀酸下不會被洗出而進一步得到富集，以減少后一步分離除鐵錳的雜質(zhì)量。將富集渣在馬弗爐或自己設(shè)計的電爐內(nèi)進行500～600 ℃焙燒脫水脫硫(生產(chǎn)上需要有煙氣吸收裝置)，按液固比5∶1，在150～160℃進行硫酸常壓強化浸出，注意分批加料，防止冒槽，加完料后，觀察到有大量紅色沉淀物出現(xiàn)時，則達(dá)到浸出終點，冷卻過濾出浸出母液，然后調(diào)漿洗滌濾餅，溶解全部紅色沉淀物，將浸出渣洗凈烘干，所得渣量只有原錳鈷渣量的4%，而這4%的浸出渣中含Co 0.025%～0.007%，Ni 0.034%～0.011%，鈷鎳的浸出率均在99.5%以上，即使在鼓泡分組時有2%～5%的鈷鎳進入沉渣返回系統(tǒng)，但又被福美鈉深度凈化進入錳鈷渣循環(huán)回收，所以錳礦中被浸出的鈷鎳，幾乎全部被回收。

根據(jù)上述浸出試驗的實例，只要解決了浸出槽的設(shè)計制造問題［2］，該常壓強化浸出工藝在有色金屬的濕法冶煉中會有很廣的應(yīng)用范圍。

2 硫酸常壓強化浸出槽的設(shè)計論證

2.1 防腐問題的解決方案

以硫酸法鈦白生產(chǎn)的酸解鍋做參比，鈦鐵礦酸解反應(yīng)的最高溫度達(dá)到200～230 ℃，首先粘貼δ3 mm，耐溫180 ℃，能耐稀硝酸、鉻酸、氧和臭氧等，對非氧化性酸、堿、鹽、乙醇、丙酮等溶劑均具有良好的抗蝕能力，對動植物油和脂肪酸的耐蝕性也很好的自硫化丁基橡膠板;再采用可在1 000 ℃下使用，能耐各種濃度的硫酸、硝酸、鹽酸、醋酸、氯酸、鉻酸以及其他有機酸等酸性介質(zhì)的腐蝕，強度高，粘接力大的KP-1 膠泥，砌筑2 層20 mm 厚度的瓷板作為耐溫防腐層［3］。由于硫酸的沸點為338 ℃，能夠適應(yīng)230 ℃高溫的酸解作業(yè)，更能適應(yīng)只要160 ℃的硫酸常壓強化浸出，所以耐高溫高硫酸濃度的腐蝕以及硫酸不會揮發(fā)的問題已經(jīng)有了生產(chǎn)實踐的依據(jù)。對浸出槽的槽頂、夾套間、排氣管還要涂覆耐熱、耐腐、耐磨的保溫涂料，這種高性能的涂料市面已有銷售。

鈦鐵礦酸解是濃硫酸熟化以后加水浸出，采用高壓空氣或高壓蒸汽攪拌，高壓空氣攪拌使礦漿溫度降低，高壓蒸汽直接加熱攪拌，使浸出母液被稀釋，所以硫酸法鈦白產(chǎn)生了大量難以處理的廢酸。而硫酸常壓強化浸出工藝需要保持高濃度的硫酸溶液在高溫下進行浸出，不能采用高壓空氣攪拌，也不能采用直接蒸汽攪拌。采用襯聚四氟乙烯的攪拌槳、攪拌軸、軸承座及其支架、聚四氟乙烯的軸承，可以滿足攪拌器的防腐與耐溫的要求。

2.2 解決加熱升溫與冷卻降溫的措施及其優(yōu)點

據(jù)搪瓷反應(yīng)罐的廠家說明書介紹，搪瓷層能夠在70%～100%H2SO4的240 ℃下使用，證明搪瓷層更能夠耐160 ℃溫度70%硫酸濃度的腐蝕，但是當(dāng)前大型搪瓷反應(yīng)罐的加工難度大，造價高，另一方面搪瓷反應(yīng)罐的直徑太大，夾套的傳熱面積有限，中部的傳熱距離太遠(yuǎn)，傳熱效果很差。如果在浸出槽內(nèi)進行分散加熱，問題就解決了，于是發(fā)明了“一種搪瓷加熱裝置”的專利［4］，可以安裝在浸出槽中，這就解決了大型浸出槽加熱升溫浸出的問題。這種裝置采用熱風(fēng)管間接加熱，取代了過去的蒸汽加熱，既可以通熱風(fēng)加熱礦漿進行浸出，也可以通冷風(fēng)使礦漿冷卻降溫便于過濾與輸送。

熱風(fēng)比蒸汽容易獲得，熱風(fēng)的溫度可以比較高，因此換熱的溫度梯度大，傳熱速度快，工作效率高。無論是熱風(fēng)加熱，還是冷風(fēng)降溫，產(chǎn)生的二次風(fēng)都有一定的溫度，可以返回?zé)犸L(fēng)爐循環(huán)使用，熱能的利用率更高。

搪瓷管的導(dǎo)熱面積是圓周面積，而夾套的導(dǎo)熱面積是相當(dāng)于管直徑的面積，只有圓周面積的1/3.14。夾套在浸出槽所占的容積是圓的外接正方形截面乘以吃水高度，而加熱管所占的容積是正方形的內(nèi)接圓乘以吃水高度，內(nèi)接圓的面積是外接正方形面積的78.54%，所以管加熱比夾套加熱的傳熱面積大，而所占容積小。

3 硫酸常壓強化浸出槽的設(shè)計實例

3.1 浸出槽結(jié)構(gòu)的基本情況

如圖1 所示，槽底是DN6400 mm 橢圓形封頭，槽體有效內(nèi)徑φ 6 200 mm，槽頂是夾套平頂，排汽孔設(shè)在靠槽頂?shù)耐搀w側(cè)面呈弧形狀，出口下線的筒體高度6 600 mm，有效容積200 m3。

如圖2 所示，設(shè)計3 層攪拌槳36、37、38，攪拌槳直徑2 000 mm，為浸出槽內(nèi)徑的1/3～1/4，層間高度與攪拌槳直徑之比為1.2。為提高攪拌速度采用了渦輪式槳葉，底層攪拌槳38 為開啟彎葉渦輪式，將下沉的礦漿向浸出槽邊沿推送，沿槽壁向上翻滾。中層攪拌槳37 為開啟折葉渦輪式，將礦漿向上抬。上層攪拌槳36 為開啟平直葉渦輪式，由于搪瓷加熱管的擋板作用，保持液面平穩(wěn)，避免礦漿溢入水蒸汽排出口。

排汽管道內(nèi)設(shè)置了風(fēng)冷蛇管，回收熱水和產(chǎn)生熱風(fēng)返回使用。

圖1 強化浸出槽總圖 圖2 3 層攪拌槳葉俯視圖

圖3 搪瓷加熱管布置方法俯視圖

如圖3 所示，槽頂布置了3 圈共90 條搪瓷加熱管10，每條管間的中心距450 mm ±，槽頂中心留有攪拌機構(gòu)的吊裝孔。攪拌軸下端設(shè)有可拆性支點，可以防止攪拌軸擺動以及適當(dāng)降低攪拌機的支架高度和縮小攪拌軸的直徑。上下軸承都采用耐腐耐溫耐磨的聚四氟軸承。

3.2 搪瓷加熱管的有關(guān)數(shù)據(jù)

搪瓷加熱裝置由內(nèi)中心管9 和外搪瓷加熱管10 所組成。90 條搪瓷加熱管10 在液面高度之內(nèi)的總導(dǎo)熱面積373 m2，為浸出槽筒體有效內(nèi)表面積128 m2的2.9 倍?？紤]實際液面線會下降到距離排汽口下線300 mm，所以搪瓷加熱管的管底也從筒體焊接線下降了300 mm。90 條搪瓷加熱管共占有效容積18.65 m3，如果加上橢圓形封頭及直邊高度50 mm 的容積32.68 m3后，再減去下降300 mm 的容積9 m3，礦漿總體積是(200 +32.68-9)=223.68 m3，則搪瓷加熱管所占礦漿體積比例為(18.65 ÷223.68=)8.3%。

3.3 進出風(fēng)路線及其對搪瓷加熱管的保護措施

對照圖1，進熱風(fēng)加熱礦漿時，打開閥門2 和閥門4(閥門1 和閥門3 是備用閥門，常閉)，由高溫高壓風(fēng)機5 供風(fēng)給φ 300 mm 的總管6，通過連接管7供給3 條φ 250 mm 的環(huán)形風(fēng)管8，再分配給90 條φ 100 mm 的中心管9。然后從90 條中心管9 與90 條搪瓷加熱管10 的夾縫返上來，達(dá)到密封的夾套間28 的位置，通過搪瓷加熱管10 的側(cè)面和法蘭接管11 的側(cè)面都開有φ 80 mm 的孔，全部經(jīng)過換熱以后的二次風(fēng)都進入密封的槽頂夾套間28 內(nèi)，在夾套間有一條φ 300 mm 的半環(huán)形總管，匯集二次風(fēng)繞半圈由出風(fēng)總管6-1 經(jīng)過已經(jīng)打開的閥門4 排出去，返回?zé)犸L(fēng)爐。由于進風(fēng)和出風(fēng)總管的截面積相同，所以夾套間28 內(nèi)的風(fēng)會平均分配到各個搪瓷加熱管，沒有短路現(xiàn)象發(fā)生。夾套間的內(nèi)外表面涂覆了耐腐隔熱保溫涂料。

搪瓷加熱管的冷沖擊溫度控制110 ℃，熱沖擊溫度控制120 ℃。在高溫高壓風(fēng)機5 進口之前，有一個溫度調(diào)節(jié)箱，通過進熱風(fēng)和進冷風(fēng)的閥門的交替打開與關(guān)閉調(diào)節(jié)風(fēng)溫，由熱風(fēng)轉(zhuǎn)冷風(fēng)時，將溫度逐漸降低并控制在110 ℃，待檢測到總出口風(fēng)溫達(dá)到110 ℃時，完全進冷風(fēng)降溫。當(dāng)重新開槽升溫時，首先將溫度調(diào)到120 ℃進風(fēng)，測量出口溫度也到了120 ℃時，開始進入高溫?zé)犸L(fēng)。這樣則可保證搪瓷加熱管的安全使用。也無需變更進、出風(fēng)的路線。

如果采用三槽連續(xù)作業(yè)，第一槽加入球磨礦漿、濃硫酸以及已經(jīng)在保溫貯槽預(yù)熱的浸出母液，在30 min內(nèi)升到160 ℃;流入第二槽恒溫在160 ℃浸出30 min，只要浸出槽的保溫效果好，第二槽內(nèi)插入搪瓷加熱管的數(shù)量可以比較少;流入第三槽時開始降溫，降到80～95 ℃則可放出過濾。這樣安排，第一個槽總是通熱風(fēng)升溫，第二個槽控制溫度在150～160 ℃波動而已，第三個槽總是通冷風(fēng)降溫，不過要在槽頂夾套間分成多個區(qū)間，讓冷風(fēng)與熱礦漿進行逆流接觸，使160 ℃的礦漿溫度被降低，使80 ℃的低溫風(fēng)變成熱風(fēng)。這樣就可以絕對避免超過熱風(fēng)對搪瓷管的熱沖擊和冷風(fēng)對搪瓷管的冷沖擊的溫度界限。

3.4 浸出礦漿放出口的設(shè)計

采用了大口徑的耐溫耐腐耐磨閥門放料，在放出口設(shè)置了可拆卸的攪拌軸下軸承及其軸承座的支架，防止長攪拌軸的擺動，設(shè)計支架不承重，但也能承受一定的重量。這個支架由圖1 的序號39～44等零部件組成，通過波紋管46 實現(xiàn)方便安裝與拆卸。

3.5 設(shè)計放出礦漿的中間貯槽

兩端為橢圓形封頭的臥式中間貯槽47 的筒體直徑DN1000 mm，長度5 000 mm，容積63 m3，兩端為橢圓形封頭，為便于內(nèi)襯，有一端的封頭采用法蘭連接。中間貯槽的下面布置了多個出口及其閥門49，可以安裝多臺壓濾機同時過濾。中間貯槽另一端頭的頂部安裝了一個閥門50，連接各放料閥門出口的接管，用于連接空壓機，防止各閥門的接管被礦漿堵死。

此強化浸出工藝在生產(chǎn)結(jié)束時，可以將浸出母液處理完，因為它可以在不加新硫酸的情況下進行浸出，達(dá)到加入新硫酸浸出一樣的效果。生產(chǎn)快要結(jié)束時，每次浸出保持硫酸濃度不變，浸出溫度和時間不變，減少加入礦量，保持浸出液固比也不變，就可以將浸出母液在底層攪拌槳葉能夠攪到的位置全部處理完。

4 結(jié)論

(1)硫酸常壓強化浸出工藝及其浸出槽可以處理多種礦物和廢雜物料，高強度地溶解其中可溶而一般方法又難溶的金屬元素。

(2)浸出槽的設(shè)計制造可以完全國產(chǎn)化，沒有任何引進的依賴性。所需搪瓷加熱管國內(nèi)可以定制。浸出槽使用壽命在10 年以上，搪瓷加熱管一次性安裝好以后，連續(xù)使用時間長。由于科學(xué)技術(shù)的不斷進步，防腐性能更全面，導(dǎo)熱系數(shù)更高，造價更低的改性聚四氟乙烯換熱管正在國內(nèi)迅速推廣使用和完善，本常壓強化浸出槽在換熱管方面的改進將是必然的。

(3)它是一臺常壓而可以全密封只留排氣孔與廢氣處理系統(tǒng)密封連接的反應(yīng)容器，可以加入氧化劑進行硫酸常壓強化氧化浸出，例如通入富氧或者滴加硝酸。如果在硫酸常壓強化浸出的條件下，滴加硝酸浸出硫化物礦，可以將其中的硫氧化成元素硫，使金屬元素生成硫酸鹽，而硝酸全部分解成NOx揮發(fā)，然后用水和稀硝酸吸收生成硝酸循環(huán)返回使用［5-8］。

5 建 議

5.1 建議采用硫酸常壓強化氧化浸出輝鉬礦精礦

5.1.1 硫酸滴加硝酸強化氧化浸出輝鉬礦的注意事項

在硫酸常壓強化浸出輝鉬礦精礦時，滴加硝酸可以加速浸出反應(yīng)(硝酸濃度越大，溫度越高，氧化性能越強)。注意不要在低溫下開始滴加硝酸，因為積聚在浸出槽內(nèi)的硝酸達(dá)到反應(yīng)溫度時會猛烈反應(yīng)冒槽而無法控制(筆者在浸出銅鎳鈷渣時有過這種經(jīng)歷)。滴加硝酸時，既要控制硝酸滴加速度防止冒槽，也要采取措施解決冒槽問題，在排汽口的頂部設(shè)置冒槽包，用高速攪拌器或牛角扇將水蒸汽的氣泡打碎消泡，只讓NOx氣體進入吸收系統(tǒng)，而讓夾帶上來的礦漿仍然流回浸出槽。

5.1.2 純硝酸浸出輝鉬礦工藝與硫酸滴加硝酸浸出輝鉬礦工藝的區(qū)別

5.1.2.1 A 工藝:純硝酸浸出輝銅礦

文獻(xiàn)［9］介紹，純硝酸常壓浸出輝鉬礦的反應(yīng)式是:

反應(yīng)結(jié)果使輝鉬礦中的硫生成硫酸，鉬生成鉬酸(后續(xù)是萃取分離鉬)，硝酸分解出NO 全部揮發(fā)。文獻(xiàn)［9］評價反應(yīng)(5-1)的酸消耗量很大，為了降低酸耗和解決環(huán)境污染的問題，發(fā)展為采用硝酸加壓氧浸輝鉬礦的工藝，NO 可以被氧氣氧化，在加壓釜內(nèi)再生了硝酸:

根據(jù)反應(yīng)(5-2)，硝酸得到了回收，但需要消耗純氧，而且是加壓浸出，在設(shè)備制造及操作上有一定難度。此方法在國際上稱為“加壓氧化-溶劑萃取法(POX-SX)”，已有推廣應(yīng)用。同時也指出輝鉬礦采用硝酸加壓氧化浸出生成鉬酸后有80%進入渣相［9］，這一部分鉬是需要堿浸才能進入水相，才能接續(xù)溶劑萃取分離鉬。文獻(xiàn)［9］評價是降低了鉬的回收率，筆者理解，是否指堿浸率不是很高，或者是分兩條線回收鉬造成了損失?

另有文獻(xiàn)［10］介紹，當(dāng)加硝酸、通氧氣進行加壓浸出鉬鎳礦時，鎳的浸出率達(dá)到98.7%，鉬的轉(zhuǎn)化率也達(dá)到 98.3%，鉬進入溶液的浸出率是40.2%［10］，留在渣相中的鉬也需要堿浸，這在專利200810132538 中也說到，其他有關(guān)加壓氧浸鉬的專利也是這種情況。

純硝酸加壓氧化浸出輝鉬礦或者鉬鎳礦，大量鉬留在浸出渣中，需要堿浸酸浸渣這一條規(guī)律對這兩種礦來說是基本相同的。

5.1.2.2 B 工藝:硫酸滴加硝酸浸出輝鉬礦

硫酸滴加硝酸常壓浸出輝鉬礦，是在70%硫酸的160 ℃下滴加硝酸氧化浸出，如果有鉬外金屬生成了硝酸鹽也會在此高溫下全部脫硝，變成硫酸鹽，然后又結(jié)晶析出，在渣中與浸出母液分離，結(jié)晶物可以用水從浸出渣中溶解出來。70%硫酸的160 ℃下將鉬氧化成MoO3，MoO3能與強酸特別是濃硫酸反應(yīng)形成MoO42+和Mo2O44+復(fù)合陽離子［11］存在于溶液中，滴加硝酸只起催化氧化加快反應(yīng)速度的作用，同時分解成紅棕色的NO2揮發(fā)。

由于輝鉬礦精礦的品位高，雜質(zhì)金屬元素少，而鉬又不生成硫酸鹽，所以硫酸的消耗總量很少，硫酸主要是在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用。硝酸全部分解變成NO2后可以在浸出槽外用水和稀硝酸吸收再生硝酸返回使用。

與A 工藝比較，B 工藝的明顯特點是省去了堿浸酸浸渣這一步，所以是單線回收鉬，減少了堿的消耗和鉬的損失，硫酸消耗低，也不消耗純氧，硝酸循環(huán)使用，不用高壓釜，設(shè)備的制造和操作難度都變得比較容易。

5.1.3 硫酸滴加硝酸強化氧化浸出輝鉬礦時鉬和硫的回收方法

因為鉬并不生成硫酸鹽，沒有硫酸根的同離子效應(yīng)，所以鉬在浸出母液中的濃度比其他硫酸鹽陽離子濃度高得多，但是達(dá)到Mo 30 g/L 以上時，鉬同樣會析出在浸出渣中，過濾出浸出母液泵入貯槽，壓濾機不卸渣，加入大于濾餅體積的水壓洗濾餅，洗出濾餅中夾帶的硫酸，壓洗液合并入浸出母液貯槽，而浸出渣用熱水調(diào)漿洗滌到pH 1～1.5，濾洗液合并得到低酸溶液，此時被浸出的鉬以H2MoO4形態(tài)存在，與反應(yīng)式(5-1)相同，其中鉬是MoO42-陰離子，可以單線萃取回收。根據(jù)文獻(xiàn)資料，不論溶液的酸度是1.25 mol/L［12］還是用堿中和到pH1.5［13］，鉬都是以MoO42-陰離子存在，可以用N235 萃取鉬而與鐵鎳銅鋅等陽離子分離。

關(guān)于硫的回收問題，在B 工藝的氧化浸出反應(yīng)結(jié)果是鉬生成MoO3，硫生成什么不知道。由于筆者只是探索性地考查了鉬以97%的浸出率進入了溶液，沒有分析渣含硫的數(shù)據(jù)，B 工藝也沒有先例可借鑒，所以無法判斷硫的去向。讀者如有興趣考查，確定了硫以元素硫進入浸出渣時，則可參考本文建議5.2.5 的方法回收元素硫。這是已經(jīng)洗滌干凈的浸出渣，不需要浮選，直接在真空回轉(zhuǎn)窯用熱風(fēng)管間接加熱，真空揮發(fā)，轉(zhuǎn)鼓冷凝回收元素硫即可。

5.1.4 解決硫酸滴加硝酸的浸出槽防腐問題

搪瓷層在70%～100%H2SO4的240 ℃下的抗腐蝕能力是“良”，在5%～50%HNO3的100 ℃下的抗腐蝕能力是“良”，但在150 ℃下的抗腐蝕能力是“差”，所以在硫酸滴加硝酸進行強化氧化浸出時，需要改變換熱管的材質(zhì)，改用近年研制成功加石墨改性的聚四氟乙烯換熱管，適應(yīng)任意濃度的強酸、強堿，有機溶劑，強氧化劑。連續(xù)使用溫度為-150～260 ℃，短期可在300 ℃使用。聚四氟乙烯的化學(xué)惰性、表面光滑性、繞曲性和高膨脹系數(shù)，使其傳熱面很難結(jié)垢，大大減少了設(shè)備維修次數(shù)，保證了相對穩(wěn)定的傳熱系數(shù)和生產(chǎn)的長期運行?？勺龊癖?，大孔的換熱管(φ 10～φ 38 mm)，使其耐壓大大提高，可做成盤管安裝在浸出槽內(nèi)。本工藝為提高傳熱效果，加大傳熱速度，可以減少盤管圈數(shù)以縮小盤管的長度，采取軸向多層疊加式豎排和徑向多環(huán)放射式橫排相結(jié)合，具有多個進口和多個出口，但由一個進口總管匯總進氣和一個出口總管匯總出氣的并聯(lián)安裝方法，解決大型浸出槽的快速升溫與快速降溫的問題。由于目前聚四氟乙烯換熱管的管徑還比較小，不能采用夾套管的結(jié)構(gòu)形式，只能讓熱風(fēng)直接進入換熱管，所以必須控制進風(fēng)溫度≤260 ℃。

5.2 建議采用常壓富氧強化浸出鋅精礦

5.2.1 提出采用常壓富氧強化浸出鋅精礦的依據(jù)和實現(xiàn)的可行性

鋅精礦采用常壓富氧直浸新工藝，2007 年我國引進芬蘭OUTOTEC 公司的設(shè)備和部分技術(shù)投入生產(chǎn)［14］，有8 臺φ 7.5 m×24 m 帕秋卡式浸出槽［15］。常壓富氧浸出和氧壓浸出對比，達(dá)到相接近的鋅浸出率98%，反應(yīng)時間≥24 h(而氧壓浸出為2 h)。由于反應(yīng)時間長，溫度在95～100 ℃，需要直接蒸汽加熱維持溫度和液固比，蒸汽消耗量很大，根據(jù)文獻(xiàn)［14］計算，生產(chǎn)成本已經(jīng)是氧壓浸出的1.46 倍，其中蒸汽成本約為氧壓浸出的13 倍，而且關(guān)鍵設(shè)備自己不能維修，必須引進，費用較高。總之，氧壓浸出雖然生產(chǎn)成本低一些，但是設(shè)備投資高，操作上的安全因素多，目前國內(nèi)雖然已有應(yīng)用，也沒有普及。常壓氧浸這項全濕法煉鋅新工藝，無焙燒制酸和浸出渣焙燒處理的火法冶煉工序，是當(dāng)前世界上最先進的煉鋅工藝，目前在國內(nèi)還只有一家企業(yè)采用。

基于上述依據(jù)，建議開發(fā)國產(chǎn)設(shè)備和國內(nèi)工藝，采用高濃度硫酸常壓富氧強化浸出鋅精礦，不一定要帕秋卡式浸出槽，可以采用國內(nèi)能夠制造的臥式浸出槽。

5.2.2 特大型臥式常壓強化浸出槽的設(shè)計及運行方法

如果采用圓形臥式多室攪拌的結(jié)構(gòu)，采用聚四氟乙烯內(nèi)襯，可以制造出特大型常壓強化浸出槽。聚四氟乙烯材料已經(jīng)沒有過去那么昂貴，使用很普遍。經(jīng)咨詢，當(dāng)前可襯最大6 m 直徑、6 mm 厚度、用法蘭連接的圓筒體，可以焊接好安裝攪拌器的接管及其法蘭，割好其他開口，加工成完整的設(shè)備后整體內(nèi)襯。

如果按DN6 000 mm 直徑，δ5 mm 內(nèi)襯的要求制造，取長度等于直徑為一個攪拌室，減出內(nèi)襯，每室容積169 m3。可以根據(jù)需要用法蘭連接任意數(shù)量的攪拌室，制造出特大型常壓強化浸出槽。常壓強化浸出槽的大型化比高壓釜的大型化容易制造得多。

每個室在靠近某一端的法蘭處，開一個矩形大口，將一塊弧形板蓋住這個大口且密封。這塊弧形板的內(nèi)表面焊接有隔板，隔板和弧形板都襯聚四氟乙烯防腐，隔板兩側(cè)組裝了可拆性的聚四氟乙烯換熱管，向外伸出了連接頭。換熱管和隔板都懸掛在浸出槽內(nèi)，有固定的措施，可以很方便地從槽內(nèi)提出來檢修或更換隔板和換熱管。

兩室之間的隔板由3 塊組成，中間是平板，平板的兩個側(cè)邊都焊接上一塊按順時針方向偏轉(zhuǎn)60°的導(dǎo)流斜板，其形狀近似中部拉直的“S”形，既引導(dǎo)礦漿的流向，也對隔板起加強作用。如此設(shè)計，每個攪拌室都有將礦漿推入相鄰室和從相鄰室吸入礦漿的作用，以攪拌軸為中心，礦漿都按順時針方向順流，只有在混合室的中部才起攪拌混合作用，混合之后又流出去。每個反應(yīng)室的攪拌機都按順時針方向轉(zhuǎn)，所以槽內(nèi)礦漿可以得到從頭到尾的傳送，達(dá)到使全槽礦漿攪拌混勻的目的。如同一臺多混合室連體的單級萃取槽［16］，將多個混合室變成了一個大型混合室。

在安裝了隔板和聚四氟乙烯換熱管組件裝置的邊緣到另一端的法蘭邊緣之間的中點，開一個安裝攪拌機的大圓孔，焊接上接管及其法蘭，與安裝了攪拌機的密封法蘭蓋采用螺栓連接，攪拌軸采用填料密封維持不漏氣，槽外涂覆保溫涂料，兩端的法蘭就是它的加強圈，這就組成一個完整的攪拌室。

由多個攪拌室組成的完整浸出槽的槽頭，采用橢圓形封頭用法蘭連接，在封頭上與中軸線垂直并排焊接多個加料接管及其法蘭。槽尾采用半球形封頭用法蘭連接，在封頭的上半部開一個3 m直徑的口，焊接相應(yīng)的接管及法蘭，用法蘭連接垂直向上的排氣管。頭、尾這兩個封頭及其接管都要襯聚四氟乙烯防腐。

氧氣從槽頭密封端進入，由于隔板與槽頂緊密相連焊接，氧氣從上部空間過不去，所以呈波浪線或紊流線與礦漿混合之后沖破隔板兩側(cè)礦漿的阻擋向前運行，增加了與礦漿的接觸機會。氧氣向前推進的阻力也不會很大，因為每個混合室隔板的兩側(cè)都有礦漿通道，每個混合室的頂部也有一定的空間，而隔板兩側(cè)上部的礦漿比較稀薄，阻力較小，彌散在上部空間的氧氣，達(dá)到一定壓力后自然會一部分進入本室礦漿參與混合反應(yīng)，一部分穿過隔板兩側(cè)的礦漿通道進入下一個攪拌室，如此一步一步地往前移動，最終到達(dá)排氣口時，氧氣已消耗完畢，而沒有完全反應(yīng)的礦漿又向槽頭方向返回，接受新的氧氣繼續(xù)反應(yīng)。還可以安裝視鏡，觀察和調(diào)節(jié)礦漿在攪拌室的充滿程度，調(diào)節(jié)氧氣通過的阻力，也如同一般所說的氧分壓，但一定是低壓，因為槽尾還有一個大口徑的排氣口。

浸出母液貯槽只做保溫層，不安裝換熱管，鋅電解廢液也可以裝入此浸出母液貯槽。開槽時，從槽頭的各個加料口同時加入浸出母液、電解廢液、礦漿、氧化劑，同時開動攪拌機，通入熱風(fēng)升溫，所以在加料的同時就開始反應(yīng)，不斷補加電解廢液或浸出母液，不斷升溫、濃縮，待溫度達(dá)到160 ℃時，恒溫浸出。在槽尾安裝在線分析裝置，達(dá)到要求時則改為直接通冷風(fēng)降溫過濾。從浸出槽尾的一個大放出口放入有多個出口的中間貯槽，連接多臺壓濾機同時連續(xù)過濾。當(dāng)然，特大型浸出槽，可以在槽頭增加一個大放出口。

5.2.3 浸出液和浸出渣的處理方案

降溫過濾以后，壓濾機暫不卸渣，用等于濾餅體積的水壓洗，濾、洗液返回浸出母液貯槽，此時浸出渣卸入洗滌槽，進行調(diào)漿洗滌，暫不過濾，直接進行浮選，獲得硫精礦，此時精礦、尾礦分別過濾，所得濾液合并，首先與硫化鋅精礦反應(yīng)，將三價鐵還原為二價鐵，接著與氧化鋅礦反應(yīng)，將夾帶的剩余酸預(yù)中和消耗掉，過濾以后，還原渣、預(yù)中和渣并入鋅精礦強化浸出。預(yù)中和的濾液用氧化鋅中和沉淀回收銦，接著采用針鐵礦法除鐵，除鐵以后深度凈化除雜回收有價金屬元素。

5.2.4 溶液深度凈化一次性高效提取銅鎘鎳鈷鉍的方法

深度凈化除雜的方法可參考錳礦浸出液加入螯合劑福美鈉深度除雜一次過的方法，減少多工序除雜操作，避免新的雜質(zhì)元素砷銻進入溶液，減少鋅粉的消耗。螯合劑福美鈉除雜時，對各種金屬螯合物的穩(wěn)定性次序主要是:銅鎘鎳鈷鉍在前，而鉛銻鋅錳鐵在后，因為溶液的主體是鋅，鋅離子濃度高，在此所得沉淀物肯定是以鋅為主，也可以稱為“鋅鈷渣”。模擬處理“錳鈷渣”的方法，采用加熱鼓泡分組，將大量的鋅錳鐵留在鼓泡沉渣中，使95%～98%的銅鎘鎳鈷鉍及部分鋅進入鼓泡浮渣中。鼓泡沉渣返回鋅浸出工序，鼓泡浮渣，用稀硫酸洗滌，進一步洗出鋅錳鐵，而銅鎘鎳鈷鉍保留在稀酸洗滌后的濾渣中被進一步富集，洗液返回至鋅浸出液。稀酸洗滌后的鼓泡浮渣，采用與前面已介紹處理“錳鈷渣”的鼓泡浮渣相同的方法處理后，采用化學(xué)沉淀和萃取分離，分別回收銅鎘鎳鈷鉍鋅。

5.2.5 元素硫及其資源全回收的清潔生產(chǎn)

已知浮選獲得硫精礦含硫品位84.7%，分配率92.81%［17］。進入硫精礦的主要是元素硫，其中的金屬元素是以未被溶解的硫化物形式存在。過濾并逆流洗滌到中性的硫精礦采用熱風(fēng)管間接加熱，具有正反轉(zhuǎn)功能，還有將結(jié)團物料切碎打散功能的真空回轉(zhuǎn)窯［18-20］，控制在元素硫沸點溫度444.6 ℃以上的500 ℃進行真空蒸餾，采用控制在95～100℃的風(fēng)冷轉(zhuǎn)鼓冷凝回收元素硫［21］，獲得高產(chǎn)值的硫磺產(chǎn)品出售。水蒸汽從轉(zhuǎn)鼓室出來進入10 m高度的一組汽水分離器，被安裝在汽水分離器內(nèi)的風(fēng)冷蛇管進行逆流冷卻，獲得蒸餾水流入水封桶，溢流入蒸餾水貯槽，用于最終洗滌浸出渣，使整個工藝的水得到回收。從風(fēng)冷蛇管出來的熱風(fēng)返回?zé)犸L(fēng)爐回收熱能繼續(xù)使用。蒸餾殘渣主要是金屬硫化物，返回浸出槽繼續(xù)強化浸出回收，其他可回收元素聚集在浮選尾礦中回收，整個鋅精礦就實現(xiàn)了清潔生產(chǎn)和資源全回收。

5.2.6 硫酸強化浸出中細(xì)流加硝酸氧化浸出鋅精礦

硝酸氧化浸出鋅精礦早年已有試驗研究［22］，因為硝酸價格高，而且早年的回收技術(shù)也不過關(guān)，所以當(dāng)時不能采用。如今硝酸可以再生使用，經(jīng)濟和環(huán)保問題同時解決了，則可以充分發(fā)揮硝酸的優(yōu)點創(chuàng)造經(jīng)濟效益。硝酸可以加速氧化浸出，而且高濃度硫酸也具有較強的氧化性，前面已經(jīng)說到，它可以將輝鉬礦氧化成三氧化鉬。又由于高溫會使生成的硝酸鹽全部脫硝變成硫酸鹽，硝酸全部回收利用，也可以保證溶液是純凈的硫酸鋅溶液。

臥式全密封常壓強化浸出槽有利于在高溫高濃度硫酸體系細(xì)流加入硝酸氧化浸出鋅精礦，即使在加入時產(chǎn)生激烈反應(yīng)，產(chǎn)出大量NO2，進到前面的混合室時，NO2也會與礦漿進行氧化反應(yīng)，提高硝酸的利用率。產(chǎn)生的氣泡在密封系統(tǒng)的一定壓力下和攪拌礦漿的撞擊下，也會自然破裂。為了防止不確定的因素而冒槽，在排氣管的高處改成三通，三通頂部用盲板封死，三通正中轉(zhuǎn)角處，安裝防腐的強力牛角扇，用循環(huán)風(fēng)吹氣消泡，讓夾帶的礦漿沿垂直煙道流回浸出槽，讓NOx 沿著三通側(cè)管進入吸收系統(tǒng)回收硝酸。在垂直上升的排氣管內(nèi)安裝風(fēng)冷蛇管冷卻廢氣回收熱量。

由于浸出所需時間成多倍的縮短，水、電、汽的消耗量也要成多倍的減少;氧氣不用了;浸出反應(yīng)的硫酸是電解廢液循環(huán)使用;維持高濃度的硫酸返回再用，基本不消耗硫酸;硝酸循環(huán)再生的廢氣是達(dá)標(biāo)排放，也基本上不消耗硝酸;其他元素的綜合回收，沒有了原料及其加工處理的費用，必定是收益大于支出

，因此，鋅冶煉技術(shù)多方面改進，生產(chǎn)成本大幅度降低，即使在鋅市場不景氣的情況下，也會有較好效益。

［1］廣西冶金研究院.一種用硫酸常壓強化浸出紅土鎳礦的方法:中國，201310111769.6［P］.2013-06-12.

［2］伍耀明.一種大型硫酸常壓強化浸出槽:中國，CN103305691［P］.2013-09-18.

［3］謝國泉.鈦白酸解鍋的防腐蝕設(shè)計及施工應(yīng)用［J］.全面腐蝕控制，2003，(3):45-48.

［4］伍耀明.一種搪瓷加熱裝置:中國，CN201220345479.9［P］.2012-07-17.

［5］謝建中.碳氧化物吸收制稀硝酸裝置.中國，CN201023022［P］.2008-02-20

［6］四川師范大學(xué).廢氣中氮氧化物的回收利用裝置.中國，CN01133721.4［P］.2002.08.07

［7］南化集團研究院.一種用稀硝酸單級吸收尾氣中氮氧化物的方法.中國02138494［P］.2003-06-25

［8］任曉莉.常壓濕法治理化學(xué)工業(yè)中氮氧化物廢氣的研究［D］.天津:天津大學(xué)2006:152.

［9］郝明明.熔池熔煉法處理輝鉬礦的基礎(chǔ)理論和工藝［D］.長沙:中南大學(xué)，2012:5-6.

［10］張幫勝，蔣開喜，王海北.鉬鎳礦加壓酸浸新工藝研究［J］.有色金屬(冶煉部分)，2012，(11).10-12.

［11］張啟修，趙秦生.鎢鉬冶金［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2007:35.

［12］鄒振球，周勤儉.鉬精礦石灰焙燒-N235 萃取工藝提取鉬錸［J］.礦業(yè)工程，2002.84(3):79-81.

［13］朱 薇，肖連生，肖 超，等.N235 萃取鉬鎳礦硫酸浸出液中鉬的研究［J］.稀有金屬與硬質(zhì)合金，2010，29(3):1-4.

［14］李若貴.常壓富氧直接浸出煉鋅［J］.中國有色冶金，2009，21(3):12-15.

［15］楊志林，賀龍江.常壓富氧直接浸出煉鋅工程φ 7.5 m反應(yīng)器的吊裝工藝［J］.有色設(shè)備.2007，33(6).23-27.

［16］伍耀明.大型單級萃取槽的工藝設(shè)計［J］.中國有色冶金，2005，(1):29-33.

［17］張艷華，唐廣群.常壓富氧浸出工藝中浮選回收元素硫的研究與應(yīng)用［J］.中國有色冶金，2011，(6):51-53

［18］伍耀明.一種真空回轉(zhuǎn)窯及其應(yīng)用工藝:中國，CN201210338370.7［P］.2012-09-13.

［19］伍耀明.一種處理輝鉬礦精礦的真空回轉(zhuǎn)窯:中國，CN201310037560.x［P］.2013-05-06.

［20］伍耀明.一種帶礦塵返回系統(tǒng)的真空回轉(zhuǎn)窯:中國，CN201310037575.6［P］.2013-05-06.

［21］伍耀明.一種轉(zhuǎn)鼓收塵裝置:中國，CN201220489290.7［P］.2013-01-06.

［22］林春綿，計偉榮，章淵昶.等.硫化鋅礦常壓氧化浸出過程的研究［J］.浙江大學(xué)學(xué)報，1995，3(2):100-105.