常規(guī)濕法煉鋅凈化鈷渣再利用的研究與應(yīng)用

張 蕊，黃銀戰(zhàn)

(河南豫光鋅業(yè)有限公司，河南濟(jì)源 459000)

隨著有色金屬冶煉行業(yè)的發(fā)展，在冶煉生產(chǎn)過程中資源的合理利用已成為創(chuàng)效的關(guān)鍵，金屬廢渣的循環(huán)再利用尤為重要[1]。我國冶煉行業(yè)處理金屬廢渣一般采用沉淀法、離子交換法等工藝；同時(shí)還通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程、提高資源利用效率等措施來降低廢渣產(chǎn)量，減少資源的浪費(fèi)[2]。

生產(chǎn)過程中，常規(guī)濕法煉鋅凈化工序二段凈化鈷渣經(jīng)漿化酸洗后直接壓濾，高鈷渣送至鈷回收工序再提純。二段壓濾凈化鈷渣中殘余鋅粉較多，含鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)45%～55%。為充分利用鈷渣中鋅元素，技術(shù)人員將二段凈化鈷渣替代鋅粉加入鎘回收工序，用以貧鎘液除鈷操作，有效降低了鋅粉單耗，對(duì)促進(jìn)企業(yè)節(jié)能減排、創(chuàng)效發(fā)展具有較好的實(shí)踐意義。

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

1.1 工藝流程

濕法煉鋅裝置凈化工序工藝流程見圖1，鎘回收工序工藝流程見圖2。

由圖1～2可以看出：凈化鈷渣經(jīng)酸洗浸出后壓濾，濾液進(jìn)入鎘回收工序，鈷渣通過內(nèi)部車輛運(yùn)輸至鈷回收工序處理。運(yùn)輸過程中，鈷渣可能產(chǎn)生環(huán)境污染，同時(shí)增加了鋅冶煉生產(chǎn)成本。

圖1 凈化工序工藝流程示意

圖2 鎘回收工序工藝流程示意

1.2 凈化、鎘回收工序工藝原理

1.2.1 凈化工序一段

基于金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電位不同，采用鋅粉置換法，使金屬鋅與銅、鎘離子發(fā)生置換反應(yīng)，生成海綿狀的銅和鎘沉淀物從溶液中除去。其反應(yīng)方程式如下：

1.2.2 凈化工序二段

基于金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電位不同，在高溫下加入銻鹽作為催化劑，采用鋅粉置換法，使金屬鋅與鈷、鎳離子發(fā)生置換反應(yīng)，生成沉淀物從溶液中除去。其反應(yīng)方程式如下：

1.2.3 鎘回收工序銅鎘渣浸出

銅鎘渣用稀硫酸或廢電解液浸出，金屬鋅、鎘及其氧化物均溶解在稀酸中；而金屬銅不溶于稀酸，進(jìn)入浸出渣，從而達(dá)到銅與鎘、鋅的分離。浸出得到的富鎘液再用鋅粉置換，得到海綿鎘。

1.2.4 鎘回收工序鈷渣酸洗

鈷鎳渣用稀硫酸或電解廢液在加熱件下進(jìn)行酸洗，將其中部分過量的鋅粉溶解，然后再加入鋅粉、酒石酸銻鉀，除去部分溶解的鈷元素。

1.3 凈化工序鋅粉單耗及凈化鈷渣狀況

目前，某鋅廠凈化工序鋅粉單耗較高。2017年1 t析出鋅鋅粉單耗為68.96 kg，與同行業(yè)相比差距較大。葫蘆島煉鋅廠1 t析出鋅鋅粉單耗為60 kg左右，南方冶煉廠1 t析出鋅鋅粉單耗為64 kg。

其中凈化工序二段鋅粉加入量按一段凈化濾液中鈷、鎳金屬量200～250倍加入，二段凈化鈷渣中含鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)55%左右，且渣中所含鋅多為單質(zhì)鋅，具有很高的利用價(jià)值。貧鎘液沉鈷操作是用鋅粉在一定條件下置換貧鎘液中鈷離子，每天鋅粉消耗1.0～1.5 t。貧鎘液中Co質(zhì)量濃度為0.1～0.2 g/L。故利用二段凈化鈷渣中殘余的鋅粉替換部分貧鎘液沉鈷操作所用的鋅粉，可有效減少沉鈷操作所消耗的鋅粉。凈化工序二段凈化鈷渣的主要成分見表1。

表1 二段凈化鈷渣主要成分 w,%

2 技術(shù)方案及試驗(yàn)情況

2.1 二段凈化鈷渣再利用工藝流程優(yōu)化

技術(shù)人員對(duì)凈化和鎘回收工序工藝流程進(jìn)行優(yōu)化，具體見圖3。

二段凈化鈷渣直接從鈷渣漿化槽中送入貧鎘液沉鈷槽，利用鈷渣中殘余的單質(zhì)鋅粉，替代部分貧鎘液沉鈷操作所消耗的鋅粉，并控制沉鈷后液中鈷質(zhì)量濃度低于0.03 g/L工藝指標(biāo)。

圖3 優(yōu)化后凈化、鎘回收工序工藝流程

2.2 設(shè)備改造

二段凈化鈷渣漿化后經(jīng)管道輸送至鈷渣酸洗槽。在鈷渣酸洗槽上增加管道，通往貧鎘液沉鈷槽；同時(shí)在沉鈷槽增加廢液管道，凈化工序的凈化鈷渣可分別進(jìn)入鈷渣酸洗槽和貧鎘液沉鈷槽中。

2.3 試驗(yàn)情況

該廠現(xiàn)有沉鈷槽容積為60 m3。為防止沉鈷操作溫度過高，出現(xiàn)“冒槽”現(xiàn)象，沉鈷槽有效容積為50 m3。二段鈷渣漿化槽體積為10～15 m3。綜合沉鈷槽體積和生產(chǎn)因素，技術(shù)人員按以下2個(gè)試驗(yàn)方案分別開展試驗(yàn)。

1）每槽加入40 m3貧鎘液，加入10 m3二段凈化鈷渣，反應(yīng)溫度為90 ℃，反應(yīng)時(shí)間為1.5 h，試驗(yàn)進(jìn)行5槽。

2）每槽加入35 m3貧鎘液，加入15 m3二段凈化鈷渣，反應(yīng)溫度為90 ℃，反應(yīng)時(shí)間為1.5 h，試驗(yàn)進(jìn)行5槽。

沉鈷試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 沉鈷試驗(yàn)結(jié)果

由表2可見：方案一和方案二均無法完全替代鋅粉，鋅粉和凈化鈷渣混合沉鈷，沉鈷后液含鈷指標(biāo)較好。但方案二在使用15 m3凈化鈷渣的情況下，仍需鋅粉加入，且處理貧鎘液體積較少，不利于生產(chǎn)，故生產(chǎn)中采用方案一進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用。該廠于2017年5月實(shí)施凈化鈷渣再利用技術(shù)改造。改造后，該廠貧鎘液沉鈷操作鋅粉單耗情況見表3，沉鈷后液含鈷質(zhì)量濃度情況見表4。

表3 貧鎘液沉鈷操作鋅粉單耗

表4 沉鈷后液含鈷質(zhì)量濃度情況

由表3可見：貧鎘液沉鈷鋅粉單耗明顯下降。改造前1—3月鋅粉消耗每月均值為44.5 t，改造后5—9月鋅粉消耗每月均值為16.3 t，每月可節(jié)約鋅粉28.17 t，降幅達(dá)63.3%；1—3月沉鈷鋅粉單耗均值為3.62 kg/t，5—9月沉鈷鋅粉單耗均值為1.39 kg/t，實(shí)現(xiàn)降低鋅粉單耗2.23 kg/t。

由表4可見：采用二段凈化鈷渣加鋅粉對(duì)貧鎘液進(jìn)行沉鈷操作后，沉鈷后液含鈷質(zhì)量濃度均小于0.03 g/L。

2.4 經(jīng)濟(jì)效益

利用凈化鈷渣進(jìn)行沉鈷操作后，每月可節(jié)省鋅粉28.17 t。鋅粉價(jià)格按鋅粉平均單價(jià)（13 119元/t）減去鋅精礦平均單價(jià)(9 528元/t)計(jì)算，為3 591元/t，每年可節(jié)約鋅粉費(fèi)用為121.39萬元。

3 結(jié)語

生產(chǎn)實(shí)踐證明，二段凈化鈷渣部分替代鋅粉，對(duì)貧鎘液進(jìn)行沉鈷操作是可行有效的。通過調(diào)整實(shí)際生產(chǎn)中凈化鈷渣與鋅粉的比例，沉鈷后液鈷含量指標(biāo)得到控制，固液分離速度得到提高。通過技術(shù)改造，該廠鋅粉單耗降低2.23 kg/t，每年可節(jié)約鋅粉費(fèi)用為121.39萬元；同時(shí)減少凈化鈷渣的中間運(yùn)輸環(huán)節(jié)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)性，對(duì)同類企業(yè)有一定的借鑒意義。