鐵閃鋅礦濕法冶煉浸出渣的資源綜合利用無害化處理技術與應用

孫明生

（巴彥淖爾紫金有色金屬有限公司，內蒙古 巴彥淖爾 015543）

巴彥淖爾紫金有色金屬有限公司現(xiàn)有兩個 100 kt/a 鋅冶煉系統(tǒng)，均采用熱酸浸出-黃鉀鐵礬除鐵煉鋅工藝。由于工藝對原料沒有選擇性和互補性，本地高鐵原料適應力差，建設渣場費用及后期維護費用巨大，環(huán)保形勢日趨嚴重，改造已經(jīng)迫在眉睫，目前該工藝主要面臨以下問題。

1 工藝改造面臨的主要問題

1.1 原料適應性差

巴彥淖爾紫金有色金屬有限公司所處的烏拉特后旗有著豐富的鋅資源。東升廟、炭窯口鉛鋅成礦帶就在廠區(qū)周圍，年可供鋅精礦25 萬t以上。目前，該礦帶供應原料有高鐵、低鋅特點。而熱酸浸出-黃鉀鐵礬法對鋅精礦中鐵的要求較為敏感。隨著焙砂含鐵的升高，鐵礬渣量急劇增大，溶液中鐵升高，造成沉鐵困難，此外，沉鐵劑消耗量也會增加，帶入的雜質元素對凈化、電解的正常工作造成危害[1-2]。

1.2 鐵礬渣難以適應環(huán)保要求

黃鉀鐵礬類礦物遇水穩(wěn)定性變差，會對周邊環(huán)境造成影響。2008年8月1日頒布的《國家危險廢物名錄》明確指出：有色金屬冶煉廢物包括“鉛鋅冶煉過程中，鋅焙燒礦熱酸浸出黃鉀鐵礬法產(chǎn)生的鐵礬渣”（廢物代碼331-005-48）。大量堆存的鐵礬渣在增大企業(yè)環(huán)保壓力的同時，造成了一定的社會風險。

1.3 渣場投資費用大

目前，《中華人民共和國環(huán)境保護法》要求危險廢物應堆存至三防渣場，鐵礬渣的大量產(chǎn)生，造成渣場投資費用較高。按現(xiàn)有生產(chǎn)規(guī)模估算，公司年產(chǎn)出約20 萬t 的危廢渣，折算成渣場投資費用約1 134 萬元/a。目前已建渣場總容量145 萬m3，堆渣量為50 萬t。

1.4 鋅回收率低

現(xiàn)在公司一期鐵礬渣含鋅約3%，鉛銀渣含鋅3%左右，渣量分別為40 784 t/a，76 704 t/a，基本上是1 t 鋅產(chǎn)出1.05 t 渣。根據(jù)生產(chǎn)工序，鐵礬渣和鉛銀渣經(jīng)壓濾后含溶液在25%左右，不經(jīng)洗滌鋅損失大，采用水洗滌系統(tǒng)水量膨脹，在生產(chǎn)過程中需大量排水，但由于濕法煉鋅工藝流程限制，溶液全部閉路循環(huán)，基本無開路，因此對進入系統(tǒng)中的水量有嚴格要求，否則容易引起系統(tǒng)水量膨脹，生產(chǎn)無法正常進行，所以目前工廠的鋅總回收率較低。

2 工藝路線選擇

本項目是在原熱酸浸出煉鋅工藝的基礎上進行技改擴建，采用“常規(guī)兩段浸出—三段凈化—電解—镕鑄”生產(chǎn)電鋅。酸浸渣經(jīng)銀浮選濃密壓濾后，采用回轉窯揮發(fā)—回轉窯脫氟氯回收氧化鋅，氧化鋅再經(jīng)二段浸出返回鋅焙砂浸出系統(tǒng)，回轉窯渣經(jīng)干式磁選和濕式磁選回收煤粉和鐵渣。工藝流程分別如圖1和圖2所示。

設計采用穩(wěn)定、可靠、先進的連續(xù)生產(chǎn)工藝，浸出系統(tǒng)、銀浮選、回轉窯揮發(fā)、回轉窯脫氟氯等工序實現(xiàn)自動化控制連續(xù)生產(chǎn)[3-5]。本項目在主流程上考慮其先進性的同時，還考慮了可靠性和適用性。

圖1 鐵閃鋅礦濕法冶煉渣回轉窯揮發(fā)回收氧化鋅工藝流程

圖2 氧化鋅處置工藝流程

3 各工序處理系統(tǒng)

3.1 焙砂上料系統(tǒng)

焙砂均采用干式球磨機進行磨礦，球磨后的焙砂與旋風收塵器、電收塵器收集下來的煙塵均由埋刮板運輸機運至球磨機室的中間倉內，然后由氣化噴射泵輸送到浸出車間或焙砂儲庫儲存。庫內焙砂可通過倉下氣化噴射泵輸送到浸出車間焙砂中間倉，焙燒上料系統(tǒng)不改造，該系統(tǒng)利用原有焙砂上料系統(tǒng)。

3.2 浸出系統(tǒng)

本次改造采用二段常規(guī)連續(xù)浸出，即一段中性連續(xù)浸出和二段連續(xù)酸性浸出。一期原有的中浸崗位的3 個焙砂高位料倉、皮帶秤和螺旋給料機繼續(xù)使用，將原來的1 臺氧化槽和4 臺中浸槽作為新的中浸槽，5 臺串聯(lián)操作，將給原中浸第1 槽輸料的螺旋改造成為新的中浸第1 槽加料。

從焙砂倉出來的礦料經(jīng)過皮帶秤和螺旋運輸機送入中浸第1、2、3、4 槽，與此同時，廢電解液、混合液按酸鋅配比加入中浸第1 槽，并通過蒸汽加熱，使其保持在65～75℃，通過調節(jié)焙砂加入量，保持第5 槽出口pH=5.0～5.2。從中浸槽出來的礦漿自流入原有的2 臺Φ21 m 中浸濃密機進行液固分離。濃密溢流流入中浸溢流槽，即為中上清液，經(jīng)泵送凈液車間，中浸底流經(jīng)泵打入酸浸第1 槽。

將原有的4 臺低酸浸出槽作為酸浸槽，串聯(lián)操作，中浸底流和廢電解液同時加入第1 槽，并通過蒸汽加熱，使其保持在65～85℃，控制第4 槽出口pH=2.5～3.5。從第4 槽出來的漿液經(jīng)溜槽自流入2臺Φ21 m 酸浸濃密機（原低酸浸出濃密機）。濃密溢流自流入酸浸溢流槽，經(jīng)泵送入混合液儲槽，濃密機底流送往渣過濾工段。

酸浸渣的過濾在5 臺壓濾機中進行，利用原有的釩渣壓濾機中的2 臺及高浸渣洗滌廠房內的3 臺220 m2的壓濾機。壓濾產(chǎn)生的渣通過銀浮選車間返回的濾液在漿化槽中漿化，然后泵送銀浮選車間進入浮選工序。

二期現(xiàn)有中浸出槽5 個，低酸浸出槽5 個，高酸浸出槽5 個，沉礬槽6 個，渣洗槽3 個，預中和槽3 個，二期改造可以相應考慮浸出槽的使用。

3.3 銀浮選

來自浸出工段的浸渣經(jīng)調漿至30%濃度泵送至浮選礦漿攪拌槽，pH=5～6；同時在礦漿攪拌槽內加入浮選藥劑，經(jīng)攪拌均勻后進入浮選工藝，經(jīng)一粗三掃三精浮選作業(yè)后，得到精礦為銀精礦；銀精礦自流至精礦槽，由泵輸送至壓濾機壓濾得到濾餅，濾餅自卸至樓下精礦堆場；堆場設在銀精礦壓濾的一層，可堆存600 t 精礦，60 d 左右，銀精礦直接外售或用裝載機定期將銀精礦裝車運至銀冶煉工段。浮選尾礦自流至尾礦槽，由泵輸送至原有Φ21 m 濃密機脫水，濃密機溢流返回回水池，濃密底流泵送至尾礦壓濾車間脫水。

浸渣處理量為543.6 t/d、179 391.28 t/a（330 d計），含銀品位為183.3 g/t。

3.4 浮選尾渣過濾

由銀浮選工段浮選濃密機底流泵送過來的底流礦漿，首先在進入浮選車間浮選尾渣攪拌槽，再泵入尾渣壓濾機壓濾，濾液自流入壓濾液槽，含水22%左右的尾渣通過皮帶輸送機輸送進入浸出渣倉庫。部分尾渣采用干燥窯干燥后與含水尾渣一同送入回轉窯系統(tǒng)還原揮發(fā)。

3.5 回轉窯揮發(fā)系統(tǒng)

浸出渣倉中的浸出渣與煤或焦粉通過10 t 抓斗起起重機轉運至浸出渣料倉及焦粉倉，然后分別通過座式圓盤給料機配料進行混合，用皮帶輸送到窯尾部料倉，混合料從回轉窯的尾部用圓盤給料機連續(xù)加入，用煤或焦粉燃燒至高溫，將料熔化、鼓入富氧空氣，富氧濃度為24%～28%，鋅氧化成氧化鋅，回轉窯煙氣經(jīng)余熱鍋爐進入表面冷卻器、低壓脈沖布袋收塵器、輸送至氧化鋅料倉，煙氣由引風機導入脫硫系統(tǒng)經(jīng)過兩級噴淋塔脫硫后，煙氣中SO2可達標排放。

脫硫劑采用自產(chǎn)焙燒氧化鋅。經(jīng)過濕式球磨保證脫硫劑粒度較細，之后氧化鋅礦漿與脫硫渣壓濾濾液混合作為脫硫液。根據(jù)循環(huán)液的pH 值變化，控制加入脫硫塔的脫硫液量，實現(xiàn)對脫硫液中脫硫劑濃度和pH 的相對穩(wěn)定控制。新鮮脫硫液先泵至二段脫硫塔脫除殘余SO2，之后抽送二段脫硫塔部分脫硫液至一段脫硫塔作為脫硫循環(huán)液使用。定期泵送部分一段脫硫液至浸出工序。

3.6 回轉窯渣的處理

熱回轉窯渣通過篦式冷卻器冷卻，篦式冷卻器分為四個冷卻室，相互隔離，冷卻機一二級熱風送窯頭作為助然空氣，三四級風送干燥窯干燥鋅浸出渣，實現(xiàn)窯渣的余熱利用。

從篦式冷卻器出來的80℃左右的物料，通過高溫埋刮板輸送機送入窯渣選礦車間的斗式提升機，然后送入料倉，采用干式磁選皮帶將渣中大部分煤與鐵渣分離。得到的煤返回回轉窯配料系統(tǒng)，鐵渣用皮帶輸送到濕法選鐵工序料倉，再用振動給料機將鐵渣給入濕式球磨機，同時用水泵循環(huán)給水，無廢水排放。經(jīng)球磨后的鐵渣小于20 目，再流經(jīng)濕式雙筒兩級磁選機將鐵與含少量煤的渣泥分離，得到的鐵粉可作為鋼鐵企業(yè)的原料，含煤的泥可出售給制磚廠和水泥廠作為燃料和原料。

3.7 回轉窯脫氟、氯系統(tǒng)

回轉窯揮發(fā)產(chǎn)出的氧化鋅，含F(xiàn) 0.15%，Cl 0.2%，通過制球后送入回轉窯脫除氟氯，回轉窯采用天然氣作為燃料，高溫區(qū)控制到700～800℃，將90%以上F 和85%以上Cl 脫除進入煙氣中，脫氟氯后的氧化鋅焙砂運到氧化鋅球磨浸出系統(tǒng)。回轉窯的煙氣經(jīng)電收塵器收塵后，熱煙氣并入揮發(fā)回轉窯系統(tǒng)合并脫硫，收下來的含F(xiàn)、Cl 高的氧化鋅煙塵用于生產(chǎn)硫酸鋅或外售，或返回焙燒爐。

3.8 氧化鋅浸出

將原浸出車間原有的高酸浸出槽改作氧化鋅中性浸出槽，利用原高酸浸出槽的后3 槽。來自氧化鋅粉球磨車間的ZnO 漿液加入ZnO 中性浸出第1 槽（原高酸浸出槽第2 槽），同時加入廢電解液，保持第3槽出口pH=4.8～5.4。從ZnO 中浸第3 槽出來的礦漿自流入1 臺φ21 m ZnO 中浸濃密機，濃密溢流自流入ZnO 中浸溢流槽，經(jīng)泵送入混合液儲槽，濃密底流用泵送往ZnO 酸浸槽。

4 經(jīng)濟效益分析

在相同產(chǎn)能情況下，技改后噸鋅的加工成本有所增加，但全廠的綜合經(jīng)濟效益得到明顯提升，鋅收率可提高1.5 個百分點，而且無鐵礬渣產(chǎn)出，鉛在氧化鋅浸出時轉化成含鉛＞31%的鉛銀渣，可外售；銀被選成銀精礦后外售；窯渣選礦產(chǎn)出的鐵渣含鐵＞60%，可外售鋼鐵廠；選鐵，選煤后的窯渣可外售給水泥廠，相比目前系統(tǒng)，技改后每年可以減少危廢渣21 萬t，減少了工廠對周邊環(huán)境的壓力和渣堆存費用，具有明顯的經(jīng)濟和社會效益。

5 結論

改造后，工藝有價金屬回收率高、物料適應性強、生產(chǎn)操作簡單、自動化程度高，可獲得良好的經(jīng)濟效益和社會效益，達到了鋅冶煉工藝優(yōu)化及提高裝備水平的目的，提高了金屬回收率，降低了生產(chǎn)成本。項目的資源綜合利用和技術指標達到行業(yè)一流水平，綜合競爭能力達到國內外領先水平，具有一定的應用前景和示范推廣作用，對實現(xiàn)我國有色金屬產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有深遠的意義。