氧浸渣搭配處理鋅浸出渣的冶煉方法

李允斌

(長沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南長沙 410011)

1 引言

濕法鋅冶煉過程都要產(chǎn)生大量鋅浸出渣［1］，常規(guī)法產(chǎn)生一種含鋅高的中浸渣，高溫高酸法產(chǎn)生兩種渣，一種是高浸渣，另一種是除鐵過程中產(chǎn)出的鐵渣，根據(jù)除鐵流程不同，分別產(chǎn)生黃鉀鐵礬渣、針鐵礦渣、赤鐵礦渣三種［2］，常規(guī)法所產(chǎn)中浸渣因?yàn)楹\高，必須采用火法處理以回收鋅，棄渣外售，零堆存。高溫高酸法所產(chǎn)高浸渣及鐵渣，除赤鐵礦渣可直接外售外，黃鉀鐵礬渣、針鐵礦渣及高浸渣，因?yàn)楹\較低，以前一般采用特殊渣場棄置堆存，由于日益嚴(yán)格的環(huán)保要求及資源利用最大化，對高浸渣及鐵渣也需采用火法處理，棄渣外售，零堆存。目前一般采用傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)窯或煙化爐揮發(fā)法，傳統(tǒng)的揮發(fā)法需在鋅浸出渣中配入大量焦碳或煤，該法存在能耗高，處理每噸渣料要消耗約0.5t焦粉，環(huán)境差，產(chǎn)生低濃度SO2煙氣處理難度大，生產(chǎn)成本高等問題。隨著硫化鋅精礦直接浸出技術(shù)的發(fā)展，有利于鋅冶煉過程的環(huán)境保護(hù)和節(jié)能降耗，硫化鋅精礦經(jīng)氧壓浸出(常壓或加壓)后，底流通過浮選產(chǎn)出硫精礦和浮選尾礦［3］，硫大部分以元素硫進(jìn)入硫精礦而回收，上清液送凈化、電積及熔鑄生產(chǎn)電鋅。

本方法為硫化鋅精礦直接浸出過程中，底流不進(jìn)行浮選，直接將氧壓浸出后的底流進(jìn)行過濾，得到一種含硫高含鋅低的氧浸渣，采用氧浸渣搭配處理傳統(tǒng)鋅浸出渣的火法生產(chǎn)工藝，改變了處理物料的性質(zhì)，以硫代焦或煤，節(jié)省了大量燃料，同時物料含硫較高，可以直接生產(chǎn)硫酸。改善了環(huán)境，降低了生產(chǎn)成本。完全可以取代高耗能的鋅浸出渣傳統(tǒng)揮發(fā)法，是一種環(huán)保、節(jié)能降耗的新技術(shù)。

2 技術(shù)方案

本方法的技術(shù)方案如下:

(1)硫化鋅精礦直接浸出(常壓或加壓)后，上清液送凈化、電積及熔鑄生產(chǎn)電鋅，產(chǎn)出底流，不經(jīng)浮選直接過濾得到一種含硫高含鋅低的氧浸渣。

(2)采用氧浸渣搭配傳統(tǒng)鋅浸出渣進(jìn)行火法處理。

(3)采用富氧熔池熔煉如富氧側(cè)吹爐、富氧底吹爐、富氧頂吹爐處理氧浸渣及鋅浸出渣取代傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)窯及煙化爐揮發(fā)法［4］。

與現(xiàn)有傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)窯及煙化爐揮發(fā)法處理鋅浸出渣的技術(shù)比較，本方法的優(yōu)點(diǎn)在于:

(1)從硫化鋅精礦直接浸出工藝得到一種含硫高含鋅低的氧浸渣，提供了以硫代焦或煤的燃料，同時簡化了直接浸出工藝流程。

(2)與單獨(dú)處理鋅浸出渣比較，采用氧浸渣搭配處理鋅浸出渣方法，改變了處理物料性質(zhì)，由于處理物料含有自熱燃燒的硫，因此不需增加焦碳或煤，大大降低了能耗。

按照氧浸渣與中浸渣混合料含S20%計(jì)算，采用二段富氧熔池熔煉，一段為氧化、二段為還原，計(jì)算能耗指標(biāo)約278.5kgce/t渣料，而采用傳統(tǒng)的揮發(fā)法單獨(dú)處理中浸渣，計(jì)算能耗指標(biāo)約444.4kgce/t渣料，可節(jié)約能耗近40%，傳統(tǒng)的揮發(fā)法單獨(dú)處理高浸渣或鐵渣的能耗指標(biāo)比單獨(dú)處理中浸渣更高，本法節(jié)能效果將更明顯。

(3)采用氧浸渣搭配處理鋅浸出渣混合料含S15% ～20%，煙氣含SO2濃度高，可以直接生產(chǎn)硫酸，避免了低濃度SO2煙氣治理中的問題［5］。

(4)采用富氧熔池熔煉屬強(qiáng)化熔煉、傳質(zhì)傳熱效果好，還原劑利用高，床能力大，密閉性好，生產(chǎn)環(huán)境優(yōu)。

(5)采用富氧熔池熔煉，處理物料不用干燥或破碎，直接入爐，備料簡單。

3 工藝流程

氧浸渣搭配處理鋅浸出渣的工藝流程圖詳見圖1。

4 富氧熔池熔煉機(jī)理

富氧熔池熔煉根據(jù)噴槍插入熔池的方式不同分為三種爐型，噴槍從熔池側(cè)邊插入稱為富氧側(cè)吹爐，噴槍從熔池底部插入稱為富氧底吹爐，噴槍從熔池頂部插入稱為富氧頂吹爐，這三種爐型的熔煉機(jī)理基本相同。熔煉由熔化和還原過程組成。

在氧化熔煉階段，主要反應(yīng)為S°+O2→SO2，元素硫燃燒放出大量熱能來加熱熔化浸出渣，可以節(jié)省大量的煤、燃油或燃?xì)?，由于有弱還原氣分，浸出渣中易揮發(fā)成分(Zn、Pb、Cd、Bi、As、Ag)還原揮發(fā)到氣相中，這些金屬被二次空氣再氧化，金屬氧化物被收塵器捕集下來;在還原熔煉階段，對熔煉渣進(jìn)行最終還原，可以產(chǎn)出含Pb+Zn＜1%及微量的Cd、Bi、As、Ag等金屬的固態(tài)棄渣。還原階段與氧化階段區(qū)別在于，還原階段向熔池只加還原劑煤，而不加浸出渣，產(chǎn)出大量含有可回收的Zn、Pb、Ag和其它金屬的氧化物。

還原階段的主要反應(yīng)為:

5 具體實(shí)施步驟

(1)硫化鋅精礦直接浸出(常壓或加壓)后，產(chǎn)出底流，溫度80～85℃，底流固體濃度30% ～35%，酸度20～60g/L，不經(jīng)浮選直接過濾，得到一種含硫高含鋅低的氧浸渣，上清液送凈化、電積及熔鑄生產(chǎn)電鋅。

(2)氧浸渣大約含 S 48% ～52%、Fe16% ～20%、Zn1% ～3%，中浸渣大約含S4%、Fe22%、Zn 20%、高浸渣大約含S6%、Fe10%、Zn6%，黃鉀鐵礬渣大約含S12%、Fe30%、Zn3.5%，針鐵礦渣大約含S 10%、Fe35%、Zn7%，采用氧浸渣搭配處理鋅浸出渣混合料含S要在15% ～20%，氧浸渣搭配處理中浸渣或高浸渣，混合料配比大約1∶(1.5～2.0)，氧浸渣搭配處理黃鉀鐵礬渣或針鐵礦渣，混合料配比大約1∶(2.0～2.5)。

(3)采用富氧熔池熔煉如富氧側(cè)吹爐、富氧底吹爐、富氧頂吹爐處理氧浸渣及鋅浸出渣，按混合料含S要求在15% ～20%，以保證自熱熔煉，采用二段富氧熔池熔煉，一段為氧化熔煉，通入富氧濃度40% ～60%，溫度約1300℃，二段為還原熔煉，配入還原煤率大約10%(以渣料計(jì)算)，溫度約1250℃，熔融渣經(jīng)水淬，得棄渣外售，煙氣經(jīng)余熱回收及收塵后，得氧化鋅煙塵送鋅系統(tǒng)，收塵后煙氣送制酸。

(4)收塵后煙氣含SO27% ～9%，采用二轉(zhuǎn)二吸法制酸生產(chǎn)硫酸外售，制酸尾氣經(jīng)尾氣吸收裝置后達(dá)標(biāo)排放。

6 結(jié)語

我國為世界鋅生產(chǎn)大國，常規(guī)法、高溫高酸法、直接浸出法這三種傳統(tǒng)濕法煉鋅工藝都在我國有工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，而大部分工廠目前都采用常規(guī)濕法煉鋅工藝，由于日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，對于鋅浸出渣要求零堆存，因此，高溫高酸法、直接浸出法產(chǎn)出的鋅浸出渣也都面臨要求火法處理后產(chǎn)出水淬渣而銷售，而常規(guī)法及高溫高酸法產(chǎn)出的鋅浸出渣中含硫很低，揮發(fā)過程中需加入大量焦或煤，能耗大、生產(chǎn)成本高，同時產(chǎn)出低濃度SO2煙氣需治理，而采用直接浸出法產(chǎn)出的氧浸渣搭配處理鋅浸出渣工藝，這種工藝改變了物料性質(zhì)，利用氧浸渣中的硫來取代焦或煤，提供反應(yīng)所需的熱能，可節(jié)省大量焦或煤，將大大降低能耗，減小生產(chǎn)成本，同時可以產(chǎn)出含SO27%～9%煙氣直接送二轉(zhuǎn)二吸制酸生產(chǎn)硫酸，氧浸渣搭配處理鋅浸出渣冶煉方法是一種能源節(jié)約型，環(huán)境友好型的生產(chǎn)工藝。

［1］王輝.21世紀(jì)以來我國鉛鋅冶煉技術(shù)的進(jìn)展［C］.長沙:全國第十二屆鉛鋅冶金學(xué)術(shù)年會，2013.

［2］張喜昌，吳明軍，劉昭成.濕法煉鋅浸出渣的資源化實(shí)踐與創(chuàng)新［J］.資源再生，2013(3):58-61.

［3］姚興云，蘇平.謝里特鋅壓力浸出在HBMS精煉廠二十年的運(yùn)行實(shí)踐［J］.中國有色冶金，2011(5):1-8.

［4］晏祥樹，陳春林.鋅浸出渣火法處理工藝探討［J］.中國有色冶金，2012(5):58-62.

［5］魏甲明，許波，董四祿，等.改進(jìn)型氧化鋅脫硫工藝在鋅冶煉廠應(yīng)用的探討［J］.中國有色冶金，2012(5):55-57.