濕法煉鋅浸出渣綜合回收利用與主流程工藝適用性的探究

鞏燕飛，王 昕，張昱琛，馮 瓊

（甘肅廠壩有色金屬有限責(zé)任公司成州冶煉廠，甘肅 隴南 742508）

關(guān)鍵字：濕法煉鋅；浸出渣；綜合利用

濕法煉鋅占據(jù)世界煉鋅總量的80%以上，隨著資源供給矛盾日趨緊張和環(huán)保形勢(shì)的日益嚴(yán)峻，圍繞濕法煉鋅浸出渣的綜合回收利用是整個(gè)鋅冶煉行業(yè)共同關(guān)注的問(wèn)題。常見(jiàn)的濕法煉鋅浸出渣處理工藝有高溫高酸浸出、揮發(fā)窯法、煙化法、奧斯麥特法等。某濕法煉鋅企業(yè)采用高溫高酸-黃鉀鐵礬工藝處理浸出渣，年產(chǎn)鉛銀渣、鐵礬渣等危廢渣9萬(wàn)噸（干基），平均含鋅7%，含鉛3.5%。隨著環(huán)境形勢(shì)的日益嚴(yán)峻和原料供應(yīng)的日趨緊張，企業(yè)積極響應(yīng)國(guó)家環(huán)保政策，通過(guò)揮發(fā)窯對(duì)各類(lèi)危廢渣（包括浸出渣）進(jìn)行無(wú)害化處理，實(shí)現(xiàn)有價(jià)金屬鉛、鋅的綜合回收利用，并對(duì)各工段流程進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)資源綜合回收和清潔生產(chǎn)雙贏的目的。

1 工藝流程

1.1 濕法煉鋅工藝

某濕法煉鋅企業(yè)原采用高溫高酸浸出-低污染黃鉀鐵礬工藝，產(chǎn)出浸出渣平均含鋅7%。由于回轉(zhuǎn)窯入窯物料設(shè)計(jì)值平均含鋅13%，為與回轉(zhuǎn)窯入窯物料含鋅相匹配，該企業(yè)將其中一套浸出系統(tǒng)改為常規(guī)浸出工藝，以提高入窯料含鋅量，常規(guī)浸出渣平均含鋅16%。除浸出渣外，濕法煉鋅各工段產(chǎn)生的其他危廢渣，如高鈷渣、石膏渣、陽(yáng)極泥等，也全部送至浸出渣綜合回收系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)害化處理。

1.2 浸出渣綜合回收工藝

浸出渣綜合回收系統(tǒng)產(chǎn)出的半成品有解析煙氣、酸解礦漿、高氟氯焙砂、窯渣和鉛精礦，其中解析煙氣送煙氣制酸系統(tǒng)，酸解礦漿和脫氟氯焙砂送浸出，窯渣和鉛精礦外售，浸出渣綜合回收工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 浸出渣綜合回收工藝流程

2 存在的生產(chǎn)問(wèn)題

（1）脫硫渣解析槽存在SO2逸出風(fēng)險(xiǎn)，焙燒爐存在正壓冒煙風(fēng)險(xiǎn)。原設(shè)計(jì)脫硫渣壓濾后直接通過(guò)排渣口排至解析槽，排渣口進(jìn)行物理密封，解析煙氣與焙燒爐煙氣合并，經(jīng)一臺(tái)制酸SO2風(fēng)機(jī)送制酸系統(tǒng)。由于壓濾排渣是間歇性的，整個(gè)解析過(guò)程不穩(wěn)定，剛排渣時(shí)槽內(nèi)反應(yīng)強(qiáng)烈，瞬間產(chǎn)出大量SO2，制酸SO2風(fēng)機(jī)不能將SO2全部送至制酸系統(tǒng)，導(dǎo)致SO2從卸渣口逸出。同時(shí)焙燒爐負(fù)壓工況受到聯(lián)動(dòng)影響，焙燒爐爐頂存在冒煙風(fēng)險(xiǎn)。

（2）脫硫礦漿Fe2+含量高，F(xiàn)e2+和Mn2+難以平衡。尾氣脫硫主要是脫除SO2氣體，脫硫礦漿整體呈還原性，隨高氟氯焙砂進(jìn)入脫硫礦漿的Fe也部分以Fe2+形式存在，并隨酸解礦漿進(jìn)入浸出系統(tǒng)。在實(shí)際生產(chǎn)中，浸出主要通過(guò)錳粉將Fe2+氧化成Fe3+，利用其水解pH比Zn2+金屬低的原理，將其沉淀在渣中，實(shí)現(xiàn)中浸液除鐵除雜的目的。進(jìn)入浸出系統(tǒng)的還原性酸解礦漿中含F(xiàn)e2+≥1000mg/L，為氧化其中的Fe2+需加入大量錳粉，系統(tǒng)Mn2+難以平衡，電解電效降低，陽(yáng)極泥頻繁清掃，企業(yè)生產(chǎn)成本增加。

（3）系統(tǒng)F-、Cl-升高，加速設(shè)備腐蝕，縮短電解陰陽(yáng)極板使用壽命，降低陰極鋅質(zhì)量。浸出渣綜合回收系統(tǒng)有配套的回轉(zhuǎn)窯脫氟氯工序，但因高氟氯焙砂和脫硫礦漿最終又返回浸出系統(tǒng)，導(dǎo)致系統(tǒng)F-、Cl-富集，電解生產(chǎn)困難。根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，浸出渣綜合回收系統(tǒng)開(kāi)車(chē)30天，電解廢液含F(xiàn)-上升6.3mg/L，含Cl-上升117mg/L。

（4）浸出渣轉(zhuǎn)運(yùn)頻繁，廠區(qū)路面沖掃強(qiáng)度大，系統(tǒng)體積膨脹。浸出系統(tǒng)與新建渣處理系統(tǒng)原料倉(cāng)相距500m，浸出渣在壓濾后經(jīng)工程車(chē)輛轉(zhuǎn)運(yùn)至原料倉(cāng)配料。該濕法煉鋅企業(yè)所在地區(qū)雨水充沛，渣類(lèi)物資轉(zhuǎn)運(yùn)容易造成路面泥濘和粉塵飛揚(yáng)，每天需多次沖掃廠區(qū)馬路，導(dǎo)致系統(tǒng)體積膨脹，尤其是冬季低溫天氣，系統(tǒng)膨脹尤為嚴(yán)重。

3 工藝優(yōu)化方案

針對(duì)以上生產(chǎn)問(wèn)題，該企業(yè)對(duì)常規(guī)浸出系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，新增脫硫礦漿解析、空氣氧化除鐵、銅渣除氯、廢液除氟和集中壓濾工序。同時(shí)為減輕除氯工序體積，將渣處理回收的高氟氯鋅焙砂集中在脫硫礦漿中和工序。優(yōu)化后的常規(guī)浸出系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 浸出工藝流程

（1）脫硫礦漿壓濾后間歇性排渣是導(dǎo)致解析SO2瞬間逸出的主要原因。為保證解析能夠連續(xù)平穩(wěn)的運(yùn)行，該企業(yè)取消渣處理脫硫渣壓濾工段，將脫硫礦漿經(jīng)中間槽連續(xù)泵至浸出解析槽，并對(duì)所有槽體密封處理，槽內(nèi)產(chǎn)生的高濃度SO2氣體由風(fēng)機(jī)抽送至煙氣制酸系統(tǒng)。

（2）空氣氧化除鐵通過(guò)鼓入空氣將Fe2+氧化成Fe3+，并在弱酸性條件下以Fe（OH）3沉淀的形式將其除去。沉鐵過(guò)程會(huì)放出H+，需加入CaCO3將其中和?？諝庋趸F效率可根據(jù)系統(tǒng)情況加以調(diào)整，當(dāng)系統(tǒng)Fe2+和Mn2+含量偏低時(shí)可適當(dāng)減少空氣氧化除鐵壓縮風(fēng)鼓入量，加大進(jìn)入中浸的Fe2+量。

（3）中和主要是為空氣氧化除鐵創(chuàng)造工藝條件?？諝庋趸F過(guò)程pH=4.5～5.0，解析液終點(diǎn)H2SO4≥20g/L，所以在除鐵前必須對(duì)解析液進(jìn)行中和。中和加入的均為渣處理回收的高氟氯焙砂，中和濃密底流送高浸，中和上清送空氣氧化除鐵。中和工段會(huì)產(chǎn)生少量SO2氣體，所有槽體也需密封處理，氣體通過(guò)負(fù)壓管線連通至煙氣制酸系統(tǒng)。

（4）高浸主要是為充分回收有價(jià)金屬，浸出金屬Fe，同時(shí)實(shí)現(xiàn)亞硫酸鋅的完全解析，避免SO2造成職業(yè)危害。高浸工段所有槽體均密封處理，槽內(nèi)產(chǎn)生的低濃度SO2氣體與解析煙氣合并抽送至煙氣制酸系統(tǒng)，高浸渣含Pb≥30%時(shí)外售，含Pb＜30%時(shí)送脫氟氯回轉(zhuǎn)窯處理。

（5）除氯選用的是較為成熟的銅渣除氯工藝，包括浸銅、除氯、沉銅、堿洗四大工序，銅渣可循環(huán)利用，除氯后液Cl-≤120mg/L，除氯后液返中浸工段。在除氯、沉銅工段有AsH3逸出風(fēng)險(xiǎn)，所以銅渣除氯工序各槽罐均安裝強(qiáng)制排風(fēng)凈化裝置，廠房配有AsH3在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和強(qiáng)制通風(fēng)設(shè)施。

（6）除氟選用的是某專利工藝，采用的ASD除氟劑可循環(huán)使用，除氟效率≥60%，除氟后液F-≤20mg/L。廢液是部分除氟，只需保證每日隨高氟氯焙砂進(jìn)入系統(tǒng)的F-與系統(tǒng)除去的F-達(dá)到平衡即可。另外，部分F-在空氣氧化除鐵工段可以CaF2的形式進(jìn)入鐵渣。

（7）低浸濃密礦漿直接通過(guò)泥漿泵輸送至渣處理車(chē)間的集中壓濾廠房壓濾，壓濾廠房毗鄰渣處理原料倉(cāng)，浸出渣卸渣后直接送入原料倉(cāng)配料入窯，避免車(chē)輛頻繁轉(zhuǎn)運(yùn)，造成環(huán)境污染。

4 優(yōu)化結(jié)果

（1）解析槽SO2穩(wěn)定析出，SO2風(fēng)機(jī)將其連續(xù)抽送至煙氣制酸系統(tǒng)，焙燒爐負(fù)壓工況可穩(wěn)定控制。

（2）系統(tǒng)Mn2+平衡得到控制，輔料成本降低。

（3）廢液含F(xiàn)-≤30mg/L,含Cl-≤300mg/L，可保證電解正常生產(chǎn)。

（4）低浸渣避免頻繁轉(zhuǎn)運(yùn)，濕法系統(tǒng)體積得到控制，廠區(qū)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)降低。

5 結(jié)論及建議

對(duì)工藝進(jìn)行優(yōu)化后，浸出渣綜合回收處理系統(tǒng)和主系統(tǒng)能夠有效銜接，提高各流程工藝適用性，實(shí)現(xiàn)資源綜合回收和清潔生產(chǎn)雙贏的目的。相關(guān)企業(yè)在進(jìn)行浸出工藝優(yōu)化時(shí)需注意以下兩點(diǎn)：

（1）銅渣除氯存在AsH3逸出風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，要注意廠房通風(fēng)，必要時(shí)安裝AsH3在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，避免劇毒氣體造成職業(yè)危害。

（2）解析、中和和高浸工段的槽體、濃密機(jī)均需密封處理，并定期檢修，同時(shí)保持各槽體微負(fù)壓工況，避免SO2逸出危及人員健康。