潘天宇, 宋紅剛, 常 濱

(中冶葫蘆島有色金屬集團(tuán)有限公司， 遼寧 葫蘆島 125003)

濕法煉鋅主要有常規(guī)浸出法、熱酸浸出法及硫化鋅精礦直接浸出法。雖然熱酸浸出法和硫化鋅精礦直接浸出法在國外的鋅冶金企業(yè)發(fā)展的較快，但由于其所產(chǎn)的渣再處理有一定的困難，因此在國內(nèi)常規(guī)浸出法仍然占主導(dǎo)地位。

常規(guī)浸出法工藝指的是采用一段中性浸出、一段酸性浸出，浸出渣經(jīng)過火法冶金工藝使鋅揮發(fā)出來，變成氧化鋅再進(jìn)行濕法處理[1]。采用常規(guī)浸出工藝，需要在中性浸出階段控制終點(diǎn)pH值為5.0～5.2，酸性浸出一般控制終點(diǎn)pH值為2.5～3.5，盡管經(jīng)過兩段浸出，但是仍然有20%左右的鋅在浸出渣中，這部分鋅大多數(shù)以ZnO·Fe2O3、ZnO·SiO2形態(tài)存在，還有一小部分以ZnS形式存在。這部分鋅如果在兩段浸出過程通過提高浸出條件，使鋅進(jìn)入溶液，勢必也會使浸出渣中的部分Fe以及部分其他雜質(zhì)進(jìn)入溶液，這樣就會使溶液的后續(xù)澄清和過濾過程變得異常困難，難以獲得雜質(zhì)低、澄清性好的中上清液，而且溶液雜質(zhì)含量變高，導(dǎo)致系統(tǒng)紊亂，使后續(xù)凈化工序壓力變大，以至于影響電積工序，這是造成常規(guī)浸出工藝渣含鋅高的最主要因素。

1 某濕法煉鋅廠原常規(guī)浸出工藝流程

某濕法煉鋅廠采用典型的常規(guī)浸出工藝，鋅精礦經(jīng)過流態(tài)化焙燒冷卻后進(jìn)入球磨機(jī)，磨后的酸化焙燒礦粒度通常要求為：+80目(1)80目=178 μm<5%，-200目(2)200目=74 μm>75%，為了使酸化焙燒礦更好地與氧化液接觸，采用氧化液(氧化鋅浸出中上清、酸化礦酸性浸出上清液、電解廢液混合后加入電解產(chǎn)生的陽極泥，氧化液含酸30～40 g/L)沖礦，沖礦后形成的漿化液進(jìn)入三個(gè)串聯(lián)的中浸槽(由于產(chǎn)能擴(kuò)建，中性浸出有兩套系統(tǒng)，均為三個(gè)串聯(lián)的中浸槽)，在中浸槽的首槽加入電解廢液(含酸175 g/L左右)來調(diào)節(jié)中浸槽內(nèi)的pH值，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，加入電解廢液確保中浸尾槽出口端pH值為5.0左右，經(jīng)過中浸反應(yīng)后的礦漿進(jìn)入濃密機(jī)，為了使反應(yīng)后的漿液快速沉降，在送往濃密機(jī)的溜槽中加入調(diào)配好的濃度為0.1%～0.5%的3#劑，又稱凝集劑(學(xué)名：聚丙烯酰胺)，經(jīng)過濃密沉降后的溢流液即為中上清，送往凈化工序，濃密底流作為酸浸的原料。中性底流進(jìn)入6個(gè)串聯(lián)的酸浸槽，在酸浸槽首槽加入電解廢液，以保證酸浸槽尾槽出口pH值在2.5～3.5之間，經(jīng)過酸性浸出反應(yīng)后的漿液送往濃密機(jī)，濃密機(jī)溢流液即為酸上清，進(jìn)入混合液罐后，加陽極泥氧化后用于沖礦，濃密機(jī)底流進(jìn)入壓濾工序，壓濾成渣后即為浸出渣。工藝流程圖見圖1。

圖1 濕法煉鋅廠原生產(chǎn)工藝流程圖

原工藝技術(shù)條件：中浸溫度60～75 ℃，沖礦液含酸30～40 g/L，尾槽出口pH值5.0，中浸反應(yīng)時(shí)間1.5 h；酸浸溫度65～80 ℃，尾槽出口pH值2.5～3.5，酸浸時(shí)間2～3 h。相關(guān)技術(shù)指標(biāo)見表1。

2 原生產(chǎn)工藝存在的問題

原生產(chǎn)工藝中主要存在2個(gè)問題。

(1)酸化焙燒礦經(jīng)過兩次浸出，渣中含鋅仍然在20%左右，這樣導(dǎo)致后續(xù)火法處理成本增加，企業(yè)效益降低。過去曾做過一些浸出條件的改變，如提高酸浸反應(yīng)溫度和酸度、增加浸出時(shí)間，但是效果并不明顯；也曾嘗試過對酸性底流進(jìn)行二次酸浸的試驗(yàn)，這樣盡管渣含鋅可以降低到15%以下，但是中性浸出后的漿液澄清過程非常困難，濃密效果極差，上清顏色發(fā)黃，且3#劑消耗量大，壓濾困難，生產(chǎn)幾乎維持不了。二次酸浸不可行是因?yàn)樵谒峤^程中，破壞了ZnO·Fe2O3的結(jié)構(gòu)，雖然ZnO·Fe2O3中的Zn進(jìn)入了溶液，但同樣Fe也大量進(jìn)入溶液，這部分溶液返回沖礦，大量的Fe3+進(jìn)入系統(tǒng)，中性浸出時(shí)，在pH值5.0～5.2的條件下，大量的Fe3+水解，形成Fe(OH)3膠體，中上清、酸上清質(zhì)量惡化。

表1 濕法煉鋅廠原生產(chǎn)工藝主要技術(shù)指標(biāo)

3 對部分中性浸出底流高溫高酸浸出

根據(jù)相關(guān)學(xué)者對ZnO·Fe2O3浸出熱力學(xué)和動力學(xué)的研究和計(jì)算，以及對ZnO·Fe2O3酸溶理論的分析可以得出：酸化焙燒礦中的ZnO·Fe2O3呈球狀，對于難溶的球狀ZnO·Fe2O3的熱酸浸出，要求有近沸騰溫度(95～100 ℃)和高酸(終酸40～60 g/L)的浸出條件以及較長的浸出時(shí)間(3～4 h)，鋅的浸出率才能達(dá)到99%[3]。這些結(jié)論是改造原工藝可靠的理論基礎(chǔ)。

取消原工藝在氧化沖礦液階段補(bǔ)充FeSO4，另增加一個(gè)高溫高酸浸出過程，在溫度90～95 ℃，終酸40～50 g/L的條件下，將1#中浸系統(tǒng)的底流進(jìn)行高溫高酸浸出，浸出后溶液進(jìn)濃密機(jī)，濃密機(jī)上清液經(jīng)過氧化后用于沖礦，濃密機(jī)底流直接壓濾，2#中性浸出系統(tǒng)維持不變。1#中性浸出系統(tǒng)和2#中性浸出系統(tǒng)的漿化液流量幾乎一樣，因此相當(dāng)于對系統(tǒng)中一半的中性浸出底流進(jìn)行高溫高酸浸出。這樣，既可以加強(qiáng)一部分中性浸出底流中Zn和Fe的浸出，又不會使大量的Fe進(jìn)入系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)As和Sb的含量及時(shí)調(diào)整進(jìn)入高溫高酸槽的液量，以及調(diào)整高溫高酸浸出條件，以實(shí)際Fe的需求量來決定高溫高酸浸出過程Fe的浸出率，以滿足除去中上清溶液中As和Sb的要求。其工藝流程圖見圖2。

圖2 改造后的生產(chǎn)工藝流程圖

浸出相關(guān)技術(shù)條件：溫度90～95 ℃，終酸40～50 g/L，出口漿液含F(xiàn)e 3～4.5 g/L，浸出時(shí)間3～4 h。高酸浸出后的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 增開高溫高酸浸出后的主要技術(shù)指標(biāo)

通過改造前6個(gè)月和改造后6個(gè)月的實(shí)際生產(chǎn)狀況及表1和表2的數(shù)據(jù)對比可見，在原生產(chǎn)工藝中存在的兩個(gè)問題均得到了解決，在系統(tǒng)不再額外補(bǔ)充FeSO4的情況下，酸上清含F(xiàn)e平均提高了近0.6 g/L，因此中上清溶液中As和Sb也得到了大幅度的降低，為后續(xù)電積工序創(chuàng)造有利的條件，而且省掉了原工藝中需要補(bǔ)充FeSO4的流程，節(jié)約了FeSO4的成本，同時(shí)也降低了氧化劑(二氧化錳)的消耗，降低了生產(chǎn)成本。此外，現(xiàn)場操作可以根據(jù)酸化焙燒礦中的As、Sb含量情況，及時(shí)調(diào)整高溫高酸浸出部分的技術(shù)條件，以此來控制Fe的浸出，滿足中上清除As、Sb的要求。浸出渣含鋅下降也非常明顯，浸出渣含鋅平均降低近3%，為后續(xù)火法冶金處理浸出渣節(jié)省了大量焦粉，進(jìn)一步降低了企業(yè)生產(chǎn)成本。

4 結(jié)束語

該濕法煉鋅廠的技術(shù)改造是成功的，通過6個(gè)月的實(shí)際生產(chǎn)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)對比原工藝均取得了明顯的提高，困擾企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)的問題得到了較好的解決，為企業(yè)降低了生產(chǎn)成本。