鋅加壓浸出浮選硫磺精礦熔化工藝的設(shè)計及改進(jìn)

張登凱， 劉野平

(深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司丹霞冶煉廠， 廣東 韶關(guān) 512325)

鋅加壓浸出浮選硫磺精礦熔化工藝的設(shè)計及改進(jìn)

張登凱， 劉野平

(深圳市中金嶺南有色金屬股份有限公司丹霞冶煉廠， 廣東 韶關(guān) 512325)

鋅加壓浸出工藝在國內(nèi)尚處于發(fā)展初期，而工藝中所涉及的元素硫產(chǎn)業(yè)化回收技術(shù)經(jīng)驗更是欠缺。本文詳細(xì)敘述了國內(nèi)第一座大型鋅加壓浸出工廠硫回收浮選硫磺精礦熔化工藝的設(shè)計及改進(jìn)。

鋅加壓浸出； 硫磺； 浮選； 脫水； 熔硫； 熱濾

0 前言

鋅加壓浸出工藝，鋅精礦中的硫轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫而非其氧化物，不排放SO2氣體，無需建設(shè)處理SO2煙氣的硫酸生產(chǎn)系統(tǒng)，較好地解決了鋅冶煉工藝對大氣環(huán)境的污染及硫酸產(chǎn)品的儲存和運(yùn)輸問題。近年來，隨著全球工業(yè)技術(shù)蓬勃發(fā)展所帶來的可適用于加壓浸出技術(shù)的新材料、新設(shè)備不斷出現(xiàn)及改進(jìn)，該技術(shù)越來越多地被應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。

2007年，丹霞冶煉廠為綜合回收所處理的凡口鋅精礦中富含的稀散金屬及貴金屬，與加拿大Dynatec公司(現(xiàn)sherrit公司)聯(lián)合開發(fā)了一種高效回收鍺、鎵、銀的鋅加壓浸出工藝，并于2009年建成了國內(nèi)第一座10萬t/a鋅加壓浸出工廠。

工廠建成投產(chǎn)以來，加壓浸出及浸出渣硫磺浮選工藝運(yùn)行順利，但浮選硫磺精礦的熔化在工業(yè)化初期出現(xiàn)了較多的問題。本文以此為背景，詳細(xì)敘述了工廠近幾年來為實(shí)現(xiàn)熔化工藝正?；龅呐案倪M(jìn)。

1 浮選硫磺精礦熔化工藝簡述

浮選硫磺精礦的熔化采用熔硫旋流器連續(xù)熔化工藝，包括浮選精礦的脫水及熔化兩部分，設(shè)計處理量6.4 t/h(干量)，元素硫品位75%～78%。

含固量約40%的浮選精礦礦漿經(jīng)陶瓷真空過濾機(jī)脫水后，濾餅用皮帶輸送到錐形熔硫旋流器中與按一定循環(huán)比循環(huán)的液硫(粗硫，145 ℃)混合，瞬間完成硫磺精礦的進(jìn)一步脫水及熔化。設(shè)有兩套旋流器熔硫系統(tǒng)，每套由一臺熔硫旋流器及兩臺換熱器和兩臺粗硫循環(huán)泵組成。熔化后的硫磺精礦進(jìn)入設(shè)有攪拌器及加熱蛇管的粗硫池，一部分通過循環(huán)泵用于熔硫旋流器循環(huán)，另一部分用于通過熱濾工藝生產(chǎn)硫磺。熔化過程產(chǎn)生的水蒸氣從熔硫旋流器頂部排入煙氣凈化系統(tǒng)處理后排放。熔化過程需要的熱量由設(shè)在粗硫循環(huán)系統(tǒng)的管殼式換熱器通過蒸汽加熱獲得。其工藝流程及主要設(shè)備分別見圖1、表1。

1-陶瓷真空過濾機(jī);2-熔硫旋流器;3-管殼式換熱器;4-粗硫池攪拌器;5-熔硫循環(huán)泵;6-蛇形管加熱器;7-熱濾泵;8-粗硫池

表1 浮選硫磺精礦熔化主要設(shè)備

2 存在的問題

2.1 過濾脫水設(shè)備選型不合理

工廠建設(shè)時，世界上已有5家大型工業(yè)化氧壓浸出廠，但有硫回收實(shí)踐經(jīng)驗可供借鑒的僅有2家。加拿大Trail冶煉廠是世界上第一個將鋅加壓浸出技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用的工廠，運(yùn)行已有三十余年歷史。其浮選硫精礦最初采用轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)過濾，后因濾餅含水高，于1989年進(jìn)行了改造，采用一臺裝有蒸汽加熱罩的5 m2EIMCO真空帶式過濾機(jī)，濾餅含水8%～12%。德國Ruhr冶煉廠是將鋅加壓浸出與赤鐵礦除鐵技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用的第一家鋅冶煉廠，1991年3月投產(chǎn)。其浮選硫精礦脫水采用能夠兩段水洗的真空帶式過濾機(jī)，水洗完成后采用蒸汽噴射干燥降低濾餅的含水量。

丹霞冶煉廠起初過濾設(shè)備擬選用提供相同設(shè)備予Trail冶煉廠的國外供貨商，但因種種原因未能實(shí)現(xiàn)。之后，與國內(nèi)帶式過濾機(jī)制造廠家多次交流，又因無應(yīng)用實(shí)例且無原料試驗，無法保證使用效果而擱置。后針對當(dāng)時云南已有小規(guī)模鋅加壓浸出工廠投產(chǎn)并用陶瓷過濾機(jī)對浮選硫精礦進(jìn)行脫水的實(shí)例，在考察及交流的基礎(chǔ)上，對陶瓷過濾機(jī)進(jìn)行了論證。最終選用陶瓷過濾機(jī)進(jìn)行浮選精礦脫水。但為控制風(fēng)險，預(yù)留了帶式過濾機(jī)安裝位。

生產(chǎn)初期，陶瓷過濾機(jī)的使用效果令人滿意，浮選硫精礦脫水后含水約12%～13%，達(dá)到設(shè)計要求。但隨著系統(tǒng)易結(jié)晶鈣、鎂離子的濃度逐漸達(dá)到飽和，陶瓷濾板毛細(xì)孔堵塞嚴(yán)重，甚至無濾餅生成。雖然采用了各種方法清洗陶瓷濾板，但效果不明顯，只能大量更換陶瓷濾板維持生產(chǎn)。

2.2 熔硫旋流器能力不足

原設(shè)計有兩套熔硫旋流器系統(tǒng)，一用一備。但開一套熔硫系統(tǒng)，正常生產(chǎn)僅能維持20%～30%的處理量，投料量加大，常常造成熔硫旋流器堵塞，或熔硫旋流器脫水效率下降導(dǎo)致粗硫池冒槽，且后者情況更為嚴(yán)重。同時開啟兩套熔硫系統(tǒng)，生產(chǎn)能力也僅能達(dá)到設(shè)計能力的50%左右。

2.3 熔硫循環(huán)系統(tǒng)故障多

每套熔硫循環(huán)系統(tǒng)由采用蒸汽夾套管連接的一臺熔硫旋流器、兩臺液硫循環(huán)泵、兩臺管殼式換熱器組成，系統(tǒng)設(shè)備多，管路復(fù)雜，控制點(diǎn)多。使用中經(jīng)常出現(xiàn)以下故障：

(1)夾套管、管殼式換熱器易因粗硫中不熔的固體物質(zhì)沉積而堵塞，需拆解清理。

(2)硫磺粘度與溫度關(guān)系密切，故夾套管蒸汽壓力控制要求高，常常由于蒸汽壓力波動，造成循環(huán)量達(dá)不到要求，不僅加劇了管道及設(shè)備堵塞，也導(dǎo)致循環(huán)泵負(fù)荷過重而燒毀電機(jī)。

(3)循環(huán)泵葉輪磨損快，密封經(jīng)常失效。

(4)為防止停機(jī)過程管道堵塞，設(shè)置的管路蒸汽吹掃點(diǎn)較多，不僅吹掃工作量大，而且當(dāng)閥門關(guān)閉不嚴(yán)時，液硫進(jìn)入蒸汽管及蒸汽夾套，造成系統(tǒng)崩潰。

(5)硫磺性質(zhì)特殊，管道及設(shè)備堵塞后清理難度極大，費(fèi)時費(fèi)力。

2.4 廢氣管道設(shè)計、選材不合理

原設(shè)計廢氣管道為玻璃鋼材質(zhì)，水平安裝，且未留清理口，熔硫過程水分蒸發(fā)夾帶的細(xì)小硫磺顆粒容易在管道內(nèi)沉積，清理難度大。并且清理過程敲擊時，硫磺粉塵極易自燃，引發(fā)管道失火安全事故。

3 改進(jìn)措施

3.1 真空帶式過濾機(jī)的安裝

針對浮選硫磺精礦脫水過程中陶瓷過濾機(jī)存在的問題，聯(lián)合國內(nèi)帶式過濾機(jī)廠家進(jìn)行了不同濾布及真空度條件下的驗證性試驗。結(jié)果表明，采用合適的濾布及真空度，國產(chǎn)帶式真空過濾機(jī)基本可以滿足脫水要求。結(jié)合已有的陶瓷過濾機(jī)，制定了真空帶式過濾機(jī)初脫水—濾餅用水再漿化—陶瓷過濾機(jī)過濾—水循環(huán)漿化的改造方案，帶式真空過濾機(jī)設(shè)計參數(shù)見表2。

表2 真空帶式過濾機(jī)設(shè)計參數(shù)

為了保證改造方案可靠及靈活，真空帶式過濾機(jī)設(shè)計成既能直接過濾二段加壓浸出濃密底流，也能過濾浮選硫磺精礦，即按最大處理量設(shè)計，便于浮選設(shè)備出現(xiàn)故障時浸出渣的排出。在設(shè)備配置上，真空帶式過濾機(jī)與陶瓷過濾機(jī)設(shè)計成既能并聯(lián)使用，也可串聯(lián)使用，排渣設(shè)施設(shè)置也相應(yīng)滿足該種配置要求，現(xiàn)場配置示意圖見圖2。

圖2 過濾機(jī)現(xiàn)場配置示意圖

改造完成后，首先以帶式真空過濾機(jī)單機(jī)模式進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試，正常狀態(tài)下濾餅厚度一般保持在1.5 cm，含水18%～19%。帶式過濾機(jī)運(yùn)行正常后，其濾餅用水漿化至50%入陶瓷過濾機(jī)，轉(zhuǎn)為與陶瓷過濾機(jī)串聯(lián)運(yùn)行模式。在串聯(lián)模式下，最終濾餅含水一般為12%～13%，達(dá)到設(shè)計要求。

由于帶式過濾機(jī)濾餅殘液所含鈣、鎂離子在濾餅再漿化時不可避免地進(jìn)入陶瓷過濾機(jī)體系，陶瓷過濾機(jī)濾液雖有部分開路，但隨著循環(huán)次數(shù)的增加，陶瓷過濾機(jī)效率仍下降嚴(yán)重，隨后將真空帶式過濾機(jī)單機(jī)運(yùn)行模式作為常態(tài)，原陶瓷過濾機(jī)僅作為備用。

3.2硫磺精礦直接投入粗硫池中熔化

鑒于熔硫旋流器能力不足及熔硫循環(huán)系統(tǒng)故障率較高，拆除了全部熔硫系統(tǒng)，用漏斗直接將硫磺精礦投入到粗硫池熔化，并在加入點(diǎn)兩側(cè)各設(shè)置一臺攪拌器加強(qiáng)攪拌，使固液相充分、快速混合。粗硫池內(nèi)蛇形管加熱器由8臺套增加到14臺套，每臺套面積由5.5 m2增加到6.6 m2。該項改造，大大簡化了流程，實(shí)踐證明工藝簡單、可靠，維護(hù)工作量小。

3.3增大熔硫槽面積加快消泡

改用帶式過濾機(jī)過濾后，濾餅含水偏高，原計劃采用干燥設(shè)備進(jìn)行深度干燥，并采用雙槳葉干燥機(jī)對現(xiàn)場所產(chǎn)濾餅進(jìn)行了深度干燥脫水試驗。但試驗中發(fā)現(xiàn)，由于物料熔點(diǎn)低，要達(dá)到較好的干燥效果，干燥溫度及時間必須嚴(yán)格控制。溫度低于物料熔點(diǎn)，物料包裹住槳葉且難以清除，影響干燥機(jī)換熱效率；溫度過高，物料直接熔化，呈粘稠狀，也嚴(yán)重影響干燥機(jī)的運(yùn)行。于是，未采用濾餅深度干燥方案。

對熔硫槽起泡現(xiàn)象長期觀察發(fā)現(xiàn)，熔硫過程生成的泡沫極不穩(wěn)定，泡沫生成快消除也快。據(jù)此，根據(jù)現(xiàn)場情況，在緊鄰原粗硫池硫磺精礦加入口一側(cè)新建一面積61.5 m2、體積105 m3的粗硫池，粗硫池安裝9臺攪拌器，12臺套蛇形管加熱器。新舊粗硫池通過在原粗硫池池壁開的一溢流口相連。改造的效果顯著，不僅控制了冒槽現(xiàn)象，而且熔硫處理量迅速達(dá)到了設(shè)計能力。

3.4廢氣管道重新選材并增設(shè)清理口

對原玻璃鋼管道進(jìn)行更換，選用316 L材質(zhì)管道，并在管道底部增設(shè)多個船型灰斗，管道清理改用高壓水沖洗法。改造完成后管道清理難度大大降低，并徹底消除了安全隱患。

3.5 其他改進(jìn)措施

(1)優(yōu)化浮選工藝，提高硫磺浮選精礦品位。硫磺具有很好的疏水性，硫磺浮選精礦品位越高，脫水越容易。因此，加壓浸出及浮選精心操作，盡可能提高浮選硫磺精礦品位，其也是降低濾餅含水一項重要、有效的措施。一般要求硫磺浮選精礦品位不低于75%，最好達(dá)到80%以上。

(2)選用透過率比較大的濾布。硫磺浮選精礦脫水所得濾液返回浸出配液使用，對其澄清度要求不高，濾布的選用可適當(dāng)放寬。經(jīng)驗表明，選用透過率較大的濾布，采用DZ-PPW-10無紡布替換金鍵牌透氣量400型濾布，有利于加快過濾速度并降低水分。

4 結(jié)論

雖然浮選硫磺精礦熔化僅是鋅加壓浸出過程的一個簡單單元，但其運(yùn)行正常，對整個流程的順行至關(guān)重要。丹霞冶煉廠作為國內(nèi)第一家大規(guī)模采用鋅加壓浸出工藝并綜合回收硫磺的鋅冶煉廠，立足國內(nèi)，大膽創(chuàng)新，在生產(chǎn)實(shí)踐中較好地解決了浮選硫磺精礦的熔化問題，其經(jīng)驗值得借鑒。

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Designandimprovementofmeltingprocessofflotationsulphurconcentrateproducedinzincpressureleachingresidues

ZHANG Deng-kai, LIU Ye-ping

The zinc pressure leaching process is in its infancy in China, especially the experiences of industrial recovery technology of elemental sulfur related to the process. The design and improvement of melting process of flotation sulphur concentrate produced in sulfur recovery in the first large-scale zinc pressure leaching plant in China were introduced in detail.

zinc pressure leaching; sulphur; flotation; dehydration; melting sulfur; thermal filtering

國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)項目(2009AA064604)

張登凱(1971—)，男，陜西富平人，工程碩士學(xué)位，高級工程師，從事企業(yè)技術(shù)及管理工作。

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