氧浸渣搭配處理鋅浸出渣的冶煉方法

李允斌

(長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南長沙 410011)

1 引言

濕法鋅冶煉過程都要產生大量鋅浸出渣［1］，常規法產生一種含鋅高的中浸渣，高溫高酸法產生兩種渣，一種是高浸渣，另一種是除鐵過程中產出的鐵渣，根據除鐵流程不同，分別產生黃鉀鐵礬渣、針鐵礦渣、赤鐵礦渣三種［2］，常規法所產中浸渣因為含鋅高，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，因為含鋅較低，以前一般采用特殊渣場棄置堆存，由于日益嚴格的環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。目前一般采用傳統的回轉窯或煙化爐揮發法，傳統的揮發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，環境差，產生低濃度SO2煙氣處理難度大，生產成本高等問題。隨著硫化鋅精礦直接浸出技術的發展，有利于鋅冶煉過程的環境保護和節能降耗，硫化鋅精礦經氧壓浸出(常壓或加壓)后，底流通過浮選產出硫精礦和浮選尾礦［3］，硫大部分以元素硫進入硫精礦而回收，上清液送凈化、電積及熔鑄生產電鋅。

本方法為硫化鋅精礦直接浸出過程中，底流不進行浮選，直接將氧壓浸出后的底流進行過濾，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鋅浸出渣的火法生產工藝，改變了處理物料的性質，以硫代焦或煤，節省了大量燃料，同時物料含硫較高，可以直接生產硫酸。改善了環境，降低了生產成本。完全可以取代高耗能的鋅浸出渣傳統揮發法，是一種環保、節能降耗的新技術。

2 技術方案

本方法的技術方案如下:

(1)硫化鋅精礦直接浸出(常壓或加壓)后，上清液送凈化、電積及熔鑄生產電鋅，產出底流，不經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鋅浸出渣進行火法處理。

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

與現有傳統的回轉窯及煙化爐揮發法處理鋅浸出渣的技術比較，本方法的優點在于:

(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，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%計算，采用二段富氧熔池熔煉，一段為氧化、二段為還原，計算能耗指標約278.5kgce/t渣料，而采用傳統的揮發法單獨處理中浸渣，計算能耗指標約444.4kgce/t渣料，可節約能耗近40%，傳統的揮發法單獨處理高浸渣或鐵渣的能耗指標比單獨處理中浸渣更高，本法節能效果將更明顯。

(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化熔煉、傳質傳熱效果好，還原劑利用高，床能力大，密閉性好，生產環境優。

(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 富氧熔池熔煉機理

富氧熔池熔煉根據噴槍插入熔池的方式不同分為三種爐型，噴槍從熔池側邊插入稱為富氧側吹爐，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，可以節省大量的煤、燃油或燃氣，由于有弱還原氣分，浸出渣中易揮發成分(Zn、Pb、Cd、Bi、As、Ag)還原揮發到氣相中，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，對熔煉渣進行最終還原，可以產出含Pb+Zn＜1%及微量的Cd、Bi、As、Ag等金屬的固態棄渣。還原階段與氧化階段區別在于，還原階段向熔池只加還原劑煤，而不加浸出渣，產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為:

5 具體實施步驟

(1)硫化鋅精礦直接浸出(常壓或加壓)后，產出底流，溫度80～85℃，底流固體濃度30% ～35%，酸度20～60g/L，不經浮選直接過濾，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%(以渣料計算)，溫度約1250℃，熔融渣經水淬，得棄渣外售，煙氣經余熱回收及收塵后，得氧化鋅煙塵送鋅系統，收塵后煙氣送制酸。

(4)收塵后煙氣含SO27% ～9%，采用二轉二吸法制酸生產硫酸外售，制酸尾氣經尾氣吸收裝置后達標排放。

6 結語

我國為世界鋅生產大國，常規法、高溫高酸法、直接浸出法這三種傳統濕法煉鋅工藝都在我國有工業生產實踐，而大部分工廠目前都采用常規濕法煉鋅工藝，由于日益嚴格的環保要求，對于鋅浸出渣要求零堆存，因此，高溫高酸法、直接浸出法產出的鋅浸出渣也都面臨要求火法處理后產出水淬渣而銷售，而常規法及高溫高酸法產出的鋅浸出渣中含硫很低，揮發過程中需加入大量焦或煤，能耗大、生產成本高，同時產出低濃度SO2煙氣需治理，而采用直接浸出法產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，利用氧浸渣中的硫來取代焦或煤，提供反應所需的熱能，可節省大量焦或煤，將大大降低能耗，減小生產成本，同時可以產出含SO27%～9%煙氣直接送二轉二吸制酸生產硫酸，氧浸渣搭配處理鋅浸出渣冶煉方法是一種能源節約型，環境友好型的生產工藝。

［1］王輝.21世紀以來我國鉛鋅冶煉技術的進展［C］.長沙:全國第十二屆鉛鋅冶金學術年會，2013.

［2］張喜昌，吳明軍，劉昭成.濕法煉鋅浸出渣的資源化實踐與創新［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精煉廠二十年的運行實踐［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.改進型氧化鋅脫硫工藝在鋅冶煉廠應用的探討［J］.中國有色冶金，2012(5):55-57.