探索如何提高鋅冶煉直收率

朱喜華

（江西銅業(yè)鉛鋅金屬有限公司，江西 九江 332500）

工頻感應(yīng)電爐冶煉鋅具備金屬直收率較高、熱效率較高、產(chǎn)渣率較低、損耗較低等優(yōu)勢(shì)，目前國(guó)內(nèi)濕法冶煉鋅行業(yè)的鋅片熔鑄環(huán)節(jié)絕大部分采取工頻感應(yīng)芯片電爐作為鋅片冶煉設(shè)備。感應(yīng)電爐通過(guò)電流熱效應(yīng)產(chǎn)生的大量熱能使固體金屬鋅在450℃～500℃下熔化。因?yàn)闋t膛內(nèi)的鋅液上部氣體空間里含有較高濃度的氧化氣體（含氧率大概是20.2%）[1]，鋅片在熔化過(guò)程中明顯存在氧化耗能。被氧化的鋅主要是以固態(tài)氧化鋅的形式存在于煉渣中，或是以氣態(tài)氧化鋅的方式存在于爐蓋開(kāi)啟時(shí)迸發(fā)的高溫?zé)煔鈨?nèi)，如此大大降低了鋅冶煉的直收率、導(dǎo)致能源損耗嚴(yán)重以及重大經(jīng)濟(jì)損失，生態(tài)污染比較嚴(yán)重。提高鋅直收率且降低生態(tài)污染的技術(shù)始終是工頻爐鋅冶煉的焦點(diǎn)。

傳統(tǒng)的濕法鋅冶煉技藝，硫化鋅精礦需要通過(guò)氧化焙燒的方法析出硫，從而使硫化物氧化為金屬氧化物，便于浸出，硫在焙燒過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化硫煙氣直接輸送至制酸車(chē)間內(nèi)大量生產(chǎn)硫酸。某廠采取的全濕法冶煉鋅的先進(jìn)工藝，使得硫化鋅精礦無(wú)需通過(guò)焙燒脫硫，直接增壓析出。在析出過(guò)程中，絕大多數(shù)硫轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛟剡M(jìn)入二段析出鋅渣中，浸出渣通過(guò)進(jìn)一步的分離處理出硫磺，避免了二氧化硫氣體外泄對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生污染。工廠熔鋅系統(tǒng)在繼續(xù)投產(chǎn)后，鋅直收率指標(biāo)始終處于不穩(wěn)定狀態(tài)[2]，金屬鋅的產(chǎn)量也始終沒(méi)有達(dá)標(biāo)。工廠利用不斷摸索，調(diào)整基數(shù)，改造設(shè)備，目前已實(shí)現(xiàn)鋅產(chǎn)量達(dá)標(biāo)，鋅直收率提高了5個(gè)百分點(diǎn)。

1 嚴(yán)格控制熔鑄工藝技術(shù)參數(shù)

熔鑄構(gòu)造緊密的優(yōu)質(zhì)陰極鋅片相比于熔鑄構(gòu)造稀疏、返溶明顯的陰極鋅片，其浮渣產(chǎn)出量要少得多。這是由于在冶煉過(guò)程中，因?yàn)殡娊饧妓囍袇?shù)條件控制失當(dāng)，引發(fā)氫離子發(fā)生劇烈放電，生成稀疏的海綿狀物質(zhì)。這些稀疏、多孔的沉積物內(nèi)含有較多的氫氣，含水量較高，進(jìn)爐后，不可能全部浸沒(méi)在鋅液內(nèi)，直接和火焰發(fā)生碰觸，使鋅片在冶煉過(guò)程中很容易發(fā)生氧化現(xiàn)象，導(dǎo)致鋅浮渣量猛增。通過(guò)對(duì)2018年下半年某公司金屬鋅熔鑄的生產(chǎn)記錄以及工頻感應(yīng)電爐的運(yùn)轉(zhuǎn)情況分析，能夠得出只要穩(wěn)定把控好各個(gè)職位的工藝操作流程和具體參數(shù)，就會(huì)降低浮渣的析出率，從而達(dá)到提高鋅直收率的目的。

在澆鑄溫度的把控上，生產(chǎn)組職位的技術(shù)人員按照冶鑄機(jī)的生產(chǎn)節(jié)拍，和電控職位技術(shù)人員時(shí)刻保持聯(lián)系，保證控制鋅液澆鑄溫度一直在450℃～ 500℃之間，能夠有效減少鋅液氧化，避免鋅錠側(cè)面發(fā)生冷隔層，有助于鋅錠的實(shí)時(shí)冷卻[3]。

在熔化溫度的把控上，具體表現(xiàn)為將鋅片熔化溫度始終保持在45℃～500℃之間波動(dòng)，減少鋅液發(fā)生氧化，熔鑄工藝每小時(shí)的投放量不超過(guò)9t，采取少量多次的方式投放料，每次放入80mm～100mm厚的陰極鋅片，確保爐內(nèi)鋅液界面一直維持在900mm，波動(dòng)幅度在110mm左右，以免因?yàn)檫M(jìn)料不及時(shí)導(dǎo)致的爐溫發(fā)生過(guò)大變動(dòng)。陰極鋅片在投爐以前，需要在烘料平臺(tái)上進(jìn)行8小時(shí)左右的烘烤過(guò)程，在水分與酸較多的狀態(tài)下，延長(zhǎng)烘烤時(shí)間以及將鋅片放置在濾水架上將水分完全濾干，能夠在一定程度上避免水和鋅液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成氧化鋅，同時(shí)能夠避免因溫差過(guò)大產(chǎn)生的“放炮”對(duì)工頻感應(yīng)電爐爐襯造成過(guò)大損害。

在扒渣溫度的把控上，按照爐內(nèi)渣層的實(shí)際厚度，每隔一小時(shí)需要進(jìn)行一次攪拌。扒渣溫度控制在480℃～500℃，如果溫度太高會(huì)導(dǎo)致鋅液過(guò)分氧化，扒渣溫度太低導(dǎo)致渣液隔離不完全，會(huì)帶走大量鋅。提高鋅錠的物理外形以及質(zhì)量能夠降低返熔率。添加鋅片以前，有必要按照鋅片的化學(xué)性質(zhì)，合理配置澆鑄液。在實(shí)際過(guò)程中嚴(yán)禁鐵、銅、鋁等成分進(jìn)入爐內(nèi)導(dǎo)致化學(xué)成分超標(biāo)，保證鋅一次檢驗(yàn)合格，同時(shí)也大大降低了電量損耗。同時(shí)調(diào)整好鋅錠冷卻水液面高低，析出鋅錠表面氧化膜時(shí)，努力做到無(wú)毛刺、無(wú)渣滓、無(wú)裂紋、無(wú)冷隔層。嚴(yán)格把控鋅錠外型的質(zhì)量，以降低返熔率，減少因鋅錠二次澆鑄而產(chǎn)生的鋅液氧化。

2 強(qiáng)化二次浸出

在二次浸出過(guò)程中， 通過(guò)提高浸出劑的酸性、浸出溫度，以及攪拌強(qiáng)度，能夠使二次浸出渣中的鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)從最早的0 .3 %降到0 .1 %以下，提高鋅冶煉直收率。

浸出劑的酸性。酸度會(huì)直接影響到鋅的浸出率。酸度太低，鋅做不到充分溶解，浸出率太低；酸度太高，過(guò)多雜質(zhì)的溶解量以及生產(chǎn)成本均會(huì)大幅提高。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，將酸度嚴(yán)格把控在120g/L～200 g/L的范圍內(nèi)，可以使鋅充分溶解。

浸出溫度。提高浸出過(guò)程的溫度能夠加快固液反應(yīng)分子或離子的熱運(yùn)動(dòng)，同時(shí)降低擴(kuò)散層的具體厚度。在一定酸性環(huán)境下，反應(yīng)溫度過(guò)高，鋅浸出率也隨之提高。生產(chǎn)中，聯(lián)系蒸汽壓力與生產(chǎn)供需要求，將浸出溫度從85℃～90℃提高到90℃～95℃即可。

攪拌強(qiáng)度。隨著酸性、溫度的逐步增加，化學(xué)反應(yīng)的速度相比擴(kuò)散速度加快很多。在一定意義上，當(dāng)化學(xué)反應(yīng)速度大于擴(kuò)散速度時(shí)，實(shí)際浸出過(guò)程會(huì)由擴(kuò)散速度所把控，提高攪拌速度，能夠讓整個(gè)溶液的析出過(guò)程得到進(jìn)一步加強(qiáng)，有助于化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。實(shí)際生產(chǎn)中， 機(jī)械攪拌速度需要控制在90 r/min，浸出渣中鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相比于浸出渣和液體的質(zhì)量體積比，有很大程度會(huì)直接影響到化學(xué)成分?jǐn)U散速度。液固體積質(zhì)量比過(guò)低，浸出效果較差，當(dāng)液固體積質(zhì)量比過(guò)高，會(huì)加劇硫酸的消耗。所以，選擇適合的液固體積質(zhì)量比是極其重要的。生產(chǎn)中，需要將液固體積質(zhì)量比由原本的6:1 調(diào)改為12:1 。

3 優(yōu)化原輔燃料的供應(yīng)穩(wěn)定性

由于生產(chǎn)過(guò)程的現(xiàn)實(shí)因素，氧壓浸出環(huán)節(jié)析出的二段底流浸出渣中含鋅過(guò)高，硫精礦中的含硫高低直接影響到鋅的直收率，具體流程見(jiàn)下圖。

圖1 硫化鋅冶煉工藝流程

為保護(hù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備與生態(tài)環(huán)境，粗硫池中需要添加一定的輔助中和劑，保證粗硫池內(nèi)的熔融液pH值呈中性，即5～7左右。生產(chǎn)初期，輔助中和劑的添加量是按依據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)、實(shí)際產(chǎn)量以及硫化渣中硫酸和金屬鋅的具體含量來(lái)決定的，這些因素都直接影響到鋅的直收率。低壓蒸汽由于外界環(huán)境造成低壓蒸汽不足，導(dǎo)致粗硫池內(nèi)溫度過(guò)低，從而使硫精礦得不到完全熔融。將二段底流研磨充分后，可以讓二段礦漿粒度降低；用蒸汽冷凝水沖洗掉硫精礦內(nèi)含有的可溶鋅，以降低硫精礦含鋅，保證原料的安全性。精準(zhǔn)計(jì)量輔助中和劑的添加量，并嚴(yán)格根據(jù)國(guó)家有關(guān)工藝標(biāo)準(zhǔn)完成添加流程。高壓蒸汽通過(guò)蒸汽減壓閥的作用力變?yōu)榈蛪赫羝螅B接粗硫池?fù)Q熱器，保證燃料供應(yīng)需求。從粒度粗細(xì)、溫度高低、酸性上為鋅的浮選提供良好條件，從而有效實(shí)現(xiàn)鋅直收率的提高。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)如何提高鋅冶煉直收率進(jìn)行分析，依托工頻感應(yīng)電爐的冶煉要求，根據(jù)金屬鋅的冶煉反饋與分析，對(duì)其直收率和產(chǎn)量進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)本文研究。希望本文的研究能夠?yàn)殇\冶煉直收率和產(chǎn)量的提高提供方法論。