復雜硫化鋅精礦濕法冶金及綜合回收生產(chǎn)實踐

李連中， 朱建偉

(赤峰中色鋅業(yè)有限公司， 內(nèi)蒙古 赤峰 024000)

復雜硫化鋅精礦濕法冶金及綜合回收生產(chǎn)實踐

李連中， 朱建偉

(赤峰中色鋅業(yè)有限公司， 內(nèi)蒙古 赤峰 024000)

介紹了赤峰中色鋅業(yè)有限公司在處理復雜硫化鋅精礦方面的技術進展，主要有：低污染沉礬除鐵；全濕法工藝從高砷凈液渣中回收銅、鎘、鈷和鋅；選礦法從高溫高酸浸出渣中回收銀及選礦廢水萃取提鋅。上述工藝技術的研發(fā)和實施，穩(wěn)定了主金屬鋅的生產(chǎn)，提高了有價金屬的綜合回收率。

濕法煉鋅； 復雜硫化鋅精礦； 綜合回收； 銅； 鎘； 銀

0 前言

赤峰中色鋅業(yè)有限公司(以下簡稱中色鋅業(yè))是以硫化鋅精礦為原料，采用焙燒- 浸出- 凈化- 電積工藝生產(chǎn)金屬鋅的大型鋅冶煉企業(yè)。目前企業(yè)總資產(chǎn)30多億元，年產(chǎn)各類鋅產(chǎn)品21萬t，硫酸43萬t，位居國內(nèi)同行前5名。近些年來，企業(yè)不斷發(fā)展壯大，產(chǎn)能不斷提高，規(guī)模效益得到了有效提升。但與此同時，精礦的來源也呈現(xiàn)出多渠道和成分復雜的特征。

中色鋅業(yè)的硫化鋅精礦原料主要來自赤峰市周邊的一些鉛鋅礦，也有部分來自外省市及外蒙古礦， 硫化鋅精礦原料的主要成分見表1。

表1 硫化鋅精礦原料成分(質(zhì)量分數(shù)) %

由表1可見，硫化鋅精礦鋅品位低于50%，鐵含量較高，浸出過程中鋅、鐵分離壓力較大；鎘、銅等雜質(zhì)含量較高，特別是銀的含量近兩年已接近或超過100 g/t，具有較高的綜合回收價值。為應對精礦來源來源多樣化，成分復雜的問題，企業(yè)進行了技術革新，重點解決浸出過程中低污染沉礬法除鐵問題和中性浸出液深度脫除雜質(zhì)問題，有效保證了電積工序生產(chǎn)的正常進行，連續(xù)15年實現(xiàn)鋅產(chǎn)品一級品率100%。

在穩(wěn)定主產(chǎn)品鋅生產(chǎn)的同時，企業(yè)不斷加大原料中各有價元素綜合回收的技術研究，將原料雜質(zhì)含量高的不利因素轉(zhuǎn)變?yōu)槠髽I(yè)提高綜合回收率、節(jié)能減排的新契機，各項經(jīng)濟技術指標在國內(nèi)同行業(yè)中連續(xù)保持領先地位。

本文對中色鋅業(yè)在處理復雜硫化鋅精礦方面的技術革新進行總結，主要包括：采用低污染沉礬法除鐵，高溫高酸強化鋅的浸出；采用全濕法工藝從凈化渣中綜合回收銅、鎘、鈷和鋅；采用選礦方法從高溫高酸浸出渣中浮選回收銀金屬；采用萃取方法從選礦廢水中回收鋅，同時萃余液返回選礦循環(huán)利用。

1 低污染沉礬除鐵濕法煉鋅工藝

鐵是鋅焙砂中含量最多的雜質(zhì)，浸出過程中鋅與鐵的有效分離曾是濕法煉鋅工藝能夠獲得工業(yè)應用的關鍵。經(jīng)過半個多世紀的工業(yè)實踐，目前濕法煉鋅行業(yè)普遍采用鐵礬法除鐵。但常規(guī)沉礬法除鐵過程需要加中和劑，而且?guī)缀跛胁捎贸Ｒ?guī)沉礬法生產(chǎn)的廠家都用鋅焙砂作中和劑，不可避免地使部分未溶解的鋅及有價金屬殘留于鐵礬渣中，導致鋅及有價金屬的損失，同時也污染鐵礬渣，不利于環(huán)境保護和礬渣的進一步處理。

中色鋅業(yè)采用低污染沉礬除鐵法，鋅焙砂首先高溫高酸浸出，鐵和鋅最大限度地被浸出，然后低溫預中和調(diào)整溶液的組成，以便在沉礬過程中較好地除鐵。另外，低污染沉礬除鐵在沉礬時，由于離子取代作用，砷、銻所形成的陰離子取代鐵礬晶格中的硫酸根，Cl、F取代晶格中的羥基，溶液得以凈化。低污染沉礬除鐵法工藝流程見圖1。

圖1 低污染沉礬工藝流程圖

該項技術已獲得國家知識產(chǎn)權局授權，其適用于處理復雜鋅精礦，可提高金屬鋅回收率，增強脫除雜質(zhì)的能力，提高最終產(chǎn)品質(zhì)量，降低原輔材料和能源消耗，減少污染，利于環(huán)境保護。中色鋅業(yè)采用低污染沉礬除鐵濕法煉鋅工藝，鋅的總浸出率達到98.5%以上，總回收率達95%以上，零號鋅品級率在90%以上，電流效率達到88%，噸鋅直流電耗2 900 kWh左右。

2 凈液渣回收銅、鎘、鈷、鋅工藝

大多數(shù)企業(yè)都沒有對凈化渣中的有價金屬全面綜合回收，而是以中間渣的形式對外銷售。由于銷售市場價格低，經(jīng)濟效益差，造成有價金屬浪費和流失，而且廢渣排放還可能對環(huán)境造成二次污染。為了提高企業(yè)經(jīng)濟效益，減少渣外銷可能帶來的污染，中色鋅業(yè)對凈液渣綜合回收進行了研究。

濕法煉鋅生產(chǎn)過程中凈液工序有大量的凈液渣產(chǎn)生，渣中有大量未反應的過剩鋅粉，平均含鋅40%左右，凈液渣成分見表2。

表2 凈液渣成分 (質(zhì)量分數(shù)) %

從表2可看出，凈液渣含鋅較高，含銅可達到30%～50%，渣中具有工業(yè)回收價值的金屬有鋅、銅、鎘、鈷等。中色鋅業(yè)通過全濕法的方法回收有價金屬，最大限度地提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

2.1 鋅、鎘、鈷的回收

(1)凈液渣通過低酸浸出和高酸浸出，得到的浸出液經(jīng)過除鐵砷、除鎘和除鈷，貧鎘液返回煉鋅系統(tǒng)，回收其中的鋅。

(2)凈化過程中的除鐵砷后液，用鋅粉置換得到海綿鎘，海綿鎘經(jīng)壓團干燥后通過熔煉得到粗鎘錠，最后在真空蒸餾爐中蒸餾得到精鎘錠外售。

(3)鋅粉置換后的溶液，深度除鈷得到鈷渣外售。

如上工藝在減少投資的情況下，提高了鋅、鎘產(chǎn)品的總回收率，實際生產(chǎn)中凈液渣鋅平均回收率達93.6%，鎘平均回收率達91.3%。

2.2 銅的回收

(1)高浸渣堆存氧化后浸銅，浸銅渣部分循環(huán)使用，部分外售系統(tǒng)開路，硫酸銅溶液送電積工序生產(chǎn)陰極銅。

(2)為了提高陰極銅的質(zhì)量，定期將貧銅液返回酸浸渣及置換渣浸出工序，避免電解液中雜質(zhì)積累對銅電積工序產(chǎn)生影響。

中色鋅業(yè)是國內(nèi)首家以濕法煉鋅凈液渣為原料，采用濕法冶金工藝生產(chǎn)電解銅的企業(yè)。銅回收率為97.7%，電解銅單耗1 997 kWh/t Cu，取得了較好的技術經(jīng)濟效益。該項技術已獲國家發(fā)明專利。

3 高酸浸出渣選礦回收銀- 選礦廢水萃取提鋅

3.1 高酸浸出渣處理工藝選擇

為提高浸出過程中鋅的浸出率，中色鋅業(yè)采用中浸渣高酸浸出。在高酸浸出條件下，鋅焙砂中的鐵酸鋅浸出較完全，而鉛和銀大多富集在高酸渣中，具有單獨回收價值。高酸渣的另一重要特點是含鋅約4%～5%，其中有超過一半的鋅以水溶鋅形式存在，由于受體系體積的限制，此部分鋅無法繼續(xù)洗渣回收。

某些鉛鋅聯(lián)合企業(yè)，如株冶，是將高酸渣作為含鉛原料并入煉鉛流程，銀則在生產(chǎn)電鉛時從鉛陽極泥中回收。該處理工藝的能耗和成本還有待實際生產(chǎn)驗證。而中色鋅業(yè)無鉛生產(chǎn)流程，高酸渣需要單獨處理。經(jīng)過對投資成本比較論證，中色鋅業(yè)最終選擇選礦法回收高溫高酸浸出渣中的銀，即先通過處理成本較低的選礦工藝獲得銀精礦，之后再熔煉銀精礦以回收銀、金貴金屬。在選礦處理高溫高酸浸出渣的同時，渣中的可溶鋅進入選礦廢水中，繼而采用萃取的方法實現(xiàn)鋅的回收，提鋅后的選礦廢水經(jīng)石灰中和調(diào)節(jié)酸度后重新返回選礦工藝。該工藝可在較低的投資和運行成本條件下實現(xiàn)高酸渣中銀和鋅的綜合回收，同時又能提高水的循環(huán)利用率，達到了綜合回收和節(jié)能減排的雙重目的。

3.2 選礦法回收銀

通過實驗室批次小型試驗，連續(xù)擴大試驗，最終確定一級粗選- 二級精選- 三級掃選- 中礦再選工藝處理高酸渣回收銀精礦，工藝流程見圖2。

圖2 高浸渣浮選銀工藝流程圖

連續(xù)擴大試驗得到的浮選工藝指標如下：銀浮選回收率60%，金浮選回收率70%～80%，產(chǎn)出的銀精礦主要成分分析結果如表3所示。

表3 高酸渣浮選所得銀精礦成分(質(zhì)量分數(shù)) %

選礦法處理高酸渣較澳斯麥特熔煉、回轉(zhuǎn)窯煙化等火法處理工藝具有投資成本、運行成本低的優(yōu)勢，非常適合無配套鉛冶金工藝的濕法煉鋅廠采用。按照年產(chǎn)高浸渣13.5萬t(干渣計)、銀精礦產(chǎn)出率約1.8%計，每年可從高浸渣中浮選出銀精礦約2 400 t，銀精礦含銀18 t，含金80 kg，銀精礦年銷售產(chǎn)值約8 800萬元，具有較好的經(jīng)濟效益。該工藝目前已進入試生產(chǎn)階段，產(chǎn)出的銀精礦品位達到15 kg/t，浮選回收率達到65%左右。

3.3 選礦廢水萃取提鋅

高酸渣選礦提鋅相當于一個洗渣過程，在選礦連續(xù)擴大試驗中選礦廢水含鋅達到16～18 g/L，若選礦廢水直接返回，則鋅離子會繼續(xù)富集，對選礦工藝產(chǎn)生負面影響。為實現(xiàn)選礦廢水中鋅的回收和選礦廢水回用，中色鋅業(yè)經(jīng)多次技術論證，最終決定以P204為萃取劑，采用萃取法處理選礦廢水，工藝流程見圖3。

圖3 鋅萃取及除油工藝流程圖

選礦系統(tǒng)產(chǎn)出的含鋅廢水送萃取工序，活性炭除油后以料液形式進入萃取系統(tǒng)，萃取完成后，萃余液除油后重新返回選礦系統(tǒng)使用，負載有機相采用電解廢液反萃，反萃后液除油后送至煉鋅分廠的浸出工序，反萃后得到的有機相重新返回萃取提鋅。該流程實質(zhì)上是以萃取為中介，將選礦廢水中的鋅傳遞給主系統(tǒng)。

通過試驗，確定了選礦藥劑活性炭吸附、三級逆流萃取、兩級逆流反萃、反萃有機相再間斷反萃鐵、萃余液和反萃后液經(jīng)樹脂除油和活性炭除油的工藝流程。逆流萃取模擬試驗結果：當廢水含鋅為20 g/L左右時，鋅的萃取率約為62%～70%。

從選礦廢水中每年可回收鋅2 800 t，每噸鋅按1.2萬元計算，每年可創(chuàng)造產(chǎn)值3 360萬元。同時，選礦廢水經(jīng)萃取提鋅后的萃余液可返回選礦系統(tǒng)循環(huán)使用，有利于滿足日益嚴格的環(huán)保排放要求。

4 結語

精礦原料來源多元化、成分復雜是每個冶煉企業(yè)都需要面對的共性問題。中色鋅業(yè)從加強技術創(chuàng)新入手，相繼實施了低污染沉礬除鐵濕法煉鋅，凈液渣回收銅、鎘、鈷、鋅，高溫高酸浸出渣選礦回收銀- 選礦廢水萃取提鋅，在保證主產(chǎn)品金屬鋅一級品率的基礎上，不斷提高原料中有價金屬的綜合回收率，為企業(yè)提高盈利能力、實現(xiàn)穩(wěn)健發(fā)展奠定了堅實的基礎。

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Productionpracticeofhydrometallurgyandcomprehensiverecoveryofcomplexzincsulphideconcentrate

LI Lian-zhong, ZHU Jian-wei

The technological progress of treating complex zinc sulphide concentrate in Chifeng Zhongse zinc company was introduced, including low-pollution jarosite iron removal by precipitation, recovery of copper, cadmium, cobalt and zinc from high-arsenic purification slag with hydrometallurgy, and recovery of silver from high-temperature high-acid leaching slag and extraction of zinc from wastewater of mineral processing. Based on the research and application of the above technologies, the zinc production was steadied, and the comprehensive recovery of valuable elements was increased.

zinc hydrometallurgy; complex zinc sulphide concentrate; comprehensive recovery; copper; cadmium; silver

李連中(1971—)，男，內(nèi)蒙古赤峰市人，大專學歷，工程師，主要從事有色金屬生產(chǎn)管理和技術研究工作。

TF813； X756

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