鉛鋅聯(lián)合冶煉的優(yōu)勢(shì)與愿景

王小強(qiáng)， 俞 兵， 馬紹斌

(云南馳宏鋅鍺股份有限公司， 會(huì)澤 654200)

我國(guó)鉛鋅礦產(chǎn)資源的主要特點(diǎn)是大礦少、小礦多，富礦少、貧礦多等，需結(jié)合各種鉛鋅資源的特性，選擇高新技術(shù)冶煉工藝，以達(dá)到鉛鋅礦中有價(jià)金屬的回收，實(shí)現(xiàn)資源的高效經(jīng)濟(jì)利用，提高資源綜合利用及大氣污染、水土重金屬污染防治水平。

1 鉛鋅冶煉工藝現(xiàn)狀

我國(guó)鉛鋅企業(yè)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，鉛鋅冶煉企業(yè)規(guī)模和數(shù)量逐年擴(kuò)大，冶煉技術(shù)取得了重要進(jìn)展，鉛鋅冶煉行業(yè)得到了迅速發(fā)展。但由于鉛、鋅冶煉工藝性質(zhì)的特點(diǎn)，在冶煉過(guò)程中，產(chǎn)生廢氣、廢水和廢渣等有害物質(zhì)，對(duì)環(huán)境造成污染。鉛鋅冶煉的棄渣屬于危廢渣，傳統(tǒng)處理方式是露天堆置或簡(jiǎn)單填埋，不但占用大面積的土地，還容易造成空氣、水體和土壤的污染。

2 鉛鋅冶煉工藝的優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 鉛冶煉工藝

鉛的主要生產(chǎn)工藝有火法冶金和濕法冶金，鉛的濕法冶煉工藝還未成熟，在工業(yè)化中還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用，鉛的冶煉工藝基本上都是火法冶煉。國(guó)內(nèi)較先進(jìn)的鉛冶煉工藝主要是底吹氧化+底吹還原+煙化揮發(fā)工藝、底吹氧化+側(cè)吹還原+煙化揮發(fā)工藝、富氧頂吹+側(cè)吹還原+煙化揮發(fā)工藝，合理利用富鉛渣的熱能，取消鑄錠的方式替代傳統(tǒng)鼓風(fēng)爐，大幅度降低鉛冶煉綜合能耗，使我國(guó)的鉛火法冶煉技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

以目前較為先進(jìn)的富氧頂吹+側(cè)吹還原+煙化揮發(fā)的煉鉛工藝為例，此工藝在火法鉛冶煉中，鉛火法回收率達(dá)到99.5%，銀粗煉直收率99%，粗鉛冶煉綜合能耗160 kgce/t，遠(yuǎn)低于行業(yè)許可標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到火法鉛冶煉行業(yè)的領(lǐng)先水平，工藝流程如圖1所示。

圖1 “富氧頂吹+側(cè)吹還原+煙化揮發(fā)”工藝流程圖

富氧頂吹采用成本較低的粉煤做燃料，結(jié)合頂吹熔煉工藝優(yōu)勢(shì)，同時(shí)處理多種含鉛物料，物料主要成分如表1所示。

含鉛物料經(jīng)合理搭配后，經(jīng)富氧頂吹熔煉，產(chǎn)出富鉛渣、煙塵、粗鉛，主要成分如表2所示。

側(cè)吹還原爐合理利用熱態(tài)富鉛渣的熱能，采用天然氣燃燒作為反應(yīng)熱源，產(chǎn)出粗鉛、還原棄渣，主要成分如表3所示。

表1 富氧頂吹工藝原料主要成分 %

表2 富氧頂吹爐主要產(chǎn)物成分

表3 側(cè)吹還原工藝主要產(chǎn)物成分

還原爐棄渣含鋅比較高，采用成熟的傳統(tǒng)煙化爐進(jìn)行煙化法處理，產(chǎn)出煙塵和棄渣，主要成分如表4所示。

表4 煙化揮發(fā)工藝主要產(chǎn)物成分

此工藝技術(shù)及裝備水平已達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，若為獨(dú)立鉛冶煉系統(tǒng)，富氧頂吹煙氣SO2濃度4.5%～8.5%，波動(dòng)較大，導(dǎo)致制酸系統(tǒng)轉(zhuǎn)化率很難達(dá)到要求，處理制酸尾氣需投入大量的中和劑，成本較高，產(chǎn)出廢水量大。煙化爐產(chǎn)出低濃度SO2煙氣濃度低，需處理后再排空，處理成本較大。此外，煙化爐棄渣雖然可以做建筑材料，但產(chǎn)出煙塵在轉(zhuǎn)運(yùn)或堆存過(guò)程中粉塵飛揚(yáng)，安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)大。

2.2 鋅冶煉工藝

鋅冶煉工藝有火法冶煉和濕法冶煉。全火法煉鋅工藝由于能耗高，污染大和規(guī)模小等原因，沒(méi)有新的發(fā)展。濕法煉鋅工藝已經(jīng)成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)最主流的冶煉工藝，其產(chǎn)量占國(guó)內(nèi)鋅總產(chǎn)量的85%以上。鋅濕法冶煉工藝有全濕法鋅冶煉和半濕法鋅冶煉，全濕法鋅冶煉工藝發(fā)展較快。鋅精礦直接氧化加壓浸出的全濕法鋅冶煉工藝已運(yùn)用成熟，在國(guó)內(nèi)已有14

萬(wàn)t/a的全濕法冶煉生產(chǎn)線成功投運(yùn)。目前國(guó)內(nèi)較為先進(jìn)的鋅全濕法冶煉和半濕法冶煉工藝采用3.2 m2大極板鋅電積技術(shù)，結(jié)合全自動(dòng)機(jī)械化剝鋅技術(shù)。該技術(shù)可減少土地使用面積，降低作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度，推動(dòng)鋅濕法冶煉產(chǎn)能和裝備向大型化方向發(fā)展。

2.2.1 全濕法鋅冶煉工藝

全濕法鋅冶煉工藝主要是硫化鋅精礦常壓浸出工藝和氧壓浸出工藝。常壓浸出溫度低，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，生成的單質(zhì)硫形態(tài)不好，浮選分離困難，而氧壓浸出恰好可以彌補(bǔ)常壓浸出的缺點(diǎn)。氧壓浸出技術(shù)有云南冶金集團(tuán)氧壓浸出技術(shù)與加拿大氧壓浸出技術(shù)，都是兩段高溫高壓平衡氧壓浸出，精礦中的硫均按單質(zhì)硫的方向轉(zhuǎn)化，但兩種氧壓技術(shù)處理物料成分區(qū)別較大，主要體現(xiàn)在浸出渣中鐵的形態(tài)不一樣。云南冶金集團(tuán)全濕法鋅冶煉工藝流程如圖2所示，主要原料成分如表5所示。

圖2 全濕法鋅冶煉工藝流程圖

氧壓浸出產(chǎn)出浸出液和浸出渣，浸出渣主要成分如表6所示。

全濕法鋅冶煉工藝流程簡(jiǎn)單，建設(shè)投資少，鋅浸出率達(dá)到98%以上，但不容易處理含氟、氯、汞及銦、鍺等較高的鋅精礦。實(shí)際生產(chǎn)中，浸出渣率在58%左右，浸出渣中不但含有可回收利用的銦、銀等貴金屬，還有鉛、鋅、砷、鎘等重金屬，若為獨(dú)立冶煉系統(tǒng)，棄渣中的有價(jià)金屬得不到回收利用，同時(shí)對(duì)土壤、地下水和職業(yè)健康帶來(lái)嚴(yán)重影響。

2.2.2 半濕法鋅冶煉工藝

火法煉鋅和半濕法煉鋅都要經(jīng)過(guò)焙燒。半濕法鋅冶煉工藝?yán)帽簾隣t使鋅精礦中的有用成分轉(zhuǎn)變成氧化物，同時(shí)除去易揮發(fā)的砷、銻、硒、碲等雜質(zhì)，得到性質(zhì)優(yōu)良的焙燒礦。焙燒過(guò)程中還產(chǎn)出含SO2濃度比較高的煙氣，送往硫酸廠生產(chǎn)硫酸。

表5 氧壓浸出工藝主要原料成分

表6 氧壓浸出工藝產(chǎn)出棄渣主要成分

馳宏鋅鍺根據(jù)礦山原料結(jié)構(gòu)，建成13.2萬(wàn)t/a的半濕法鋅冶煉生產(chǎn)線，采用氧化鋅煙塵和硫化鋅焙燒礦做為浸出原料，實(shí)現(xiàn)了常規(guī)鋅濕法工藝和氧化鋅處理工藝的融合。其工藝流程分為硫化線和氧化線，其中硫化線主要是“焙燒+浸出”工藝，氧化線主要氧化鋅煙塵浸出工藝。馳宏鋅鍺半濕法鋅冶煉工藝流程圖如圖3所示。

圖3 半濕法氧硫聯(lián)合鋅冶煉工藝流程圖

“焙燒+浸出”工藝主要處理鋅精礦，鋅精礦經(jīng)沸騰焙燒產(chǎn)出焙燒礦送中性浸出，產(chǎn)出的煙氣送制酸系統(tǒng)生產(chǎn)工業(yè)硫酸，焙砂經(jīng)中性浸出產(chǎn)出中上清液送凈化生產(chǎn)新液。主要原料成分如表7所示，浸出渣主要成分如表8所示。

氧化鋅煙塵經(jīng)多膛爐焙燒后，送氧化鋅煙塵浸出處理，浸出液經(jīng)沉鍺、中和除鐵后產(chǎn)出硫酸鋅溶液，氧化鋅浸出工藝原料成分如表9所示，產(chǎn)出浸出渣成分如表10所示。

對(duì)半濕法鋅冶煉的傳統(tǒng)工藝升級(jí)改造后形成國(guó)內(nèi)先進(jìn)的氧硫聯(lián)合工藝，結(jié)合3.2 m2大極板自動(dòng)剝鋅技術(shù)，鋅錠產(chǎn)能突破15萬(wàn)t，鋅冶煉回收率超過(guò)99%，鋅冶煉綜合能耗遠(yuǎn)低于900 kgce/t。超大極板鋅電解技術(shù)和自動(dòng)剝鋅等集成技術(shù)的配套運(yùn)用，使國(guó)內(nèi)濕法鋅冶煉技術(shù)和裝備大幅度提升。但若為獨(dú)立鋅冶煉系統(tǒng)，浸出渣中的鉛、鋅、鍺、銀等有價(jià)金屬得不到有效回收，浸出渣堆存對(duì)環(huán)境污染帶來(lái)壓力。浸出渣外賣價(jià)格低廉，對(duì)企業(yè)造成經(jīng)濟(jì)損失。

表7 焙燒+浸出工藝主要原料成分

表8 焙燒+浸出工藝浸出渣主要成分

表9 氧化鋅浸出工藝原料主要成分

表10 氧化鋅浸出工藝浸出渣主要成分

3 鉛鋅聯(lián)合冶煉

據(jù)統(tǒng)計(jì)，鉛鋅冶煉行業(yè)每年產(chǎn)生的冶煉廢渣有數(shù)百萬(wàn)t，廢渣中含有大量可回收利用的有價(jià)金屬，但長(zhǎng)期堆存，對(duì)環(huán)境污染帶來(lái)很大隱患。渣的無(wú)害化處理工藝主要是火法處理工藝，而鋅冶煉的主流工藝為濕法，鉛冶煉的主流工藝為火法。鉛鋅聯(lián)合冶煉配備火法與濕法工藝后，可以同步處理鉛鋅冶煉棄渣，達(dá)到鉛鋅冶煉渣的資源化處理。此舉不但可以有效地回收有價(jià)金屬資源，還可以減輕冶煉棄渣帶來(lái)的環(huán)境壓力，是鉛鋅冶煉行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必要途徑。云南馳宏鋅鍺會(huì)澤冶煉分公司利用鉛火法冶煉和鋅濕法冶煉工藝的特點(diǎn)，建立鉛鋅聯(lián)合工藝，達(dá)到了工藝優(yōu)勢(shì)彌補(bǔ)劣勢(shì)的效果，并成功運(yùn)用。鉛鋅聯(lián)合冶煉的工藝流程如圖4所示。

鉛鋅聯(lián)合冶煉工藝可使鉛鋅金屬回收率達(dá)到99%以上，濕法冶煉棄渣通過(guò)火法處理，利用鉛火法冶煉工藝達(dá)到鉛鋅金屬有效分離，實(shí)現(xiàn)銀的綜合回收。通過(guò)煙化揮發(fā)產(chǎn)出富集有價(jià)金屬的煙塵，利用濕法鋅冶煉工藝產(chǎn)出鍺精礦，實(shí)現(xiàn)了金屬綜合回收利用，減少有價(jià)金屬流失。根據(jù)市場(chǎng)合理調(diào)控鉛鋅物料處理量，避免市場(chǎng)給企業(yè)帶來(lái)的部分風(fēng)險(xiǎn)，使企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益最大化。針對(duì)鉛火法冶煉和鋅濕法冶煉特點(diǎn)，建立輔助系統(tǒng)處理煙氣、廢水，對(duì)火法高溫?zé)煔膺M(jìn)行余熱回收，達(dá)到能源最大化的循環(huán)利用，最大程度的降低鉛鋅冶煉綜合能耗，實(shí)現(xiàn)資源的有效利用。輔助系統(tǒng)的工藝流程如圖5所示。

圖4 鉛鋅聯(lián)合冶煉工藝流程圖

圖5 鉛鋅聯(lián)合冶煉輔助工藝流程圖

鉛鋅聯(lián)合冶煉配套輔助系統(tǒng)，不但實(shí)現(xiàn)鉛鋅原料中資源的最大化利用，還降低“三廢”的環(huán)境壓力。但原料中的Ca、Mg、As、F、Cl等雜質(zhì)元素隨濕法浸出進(jìn)入流程，增加了氧化鋅煙塵浸出液除雜的難度，氧化鋅煙塵線需要先進(jìn)的除雜技術(shù)，以確保濕法鋅電解系統(tǒng)生產(chǎn)的平穩(wěn)運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

鉛鋅聯(lián)合冶煉可以進(jìn)一步打破我國(guó)鉛鋅冶煉工藝和裝備技術(shù)瓶頸，加快鉛鋅產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，促進(jìn)鋅冶煉工業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展，最大化提高資源綜合利用，實(shí)現(xiàn)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益同步發(fā)展，進(jìn)一步提升鉛鋅冶煉企業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)水平。