降低凈化鋅粉單耗措施的分析與實踐

呂志林，徐春香

（1.江西偉燦工程技術咨詢有限責任公司 江西 南昌 330096；2.江西省江通環?？萍加邢薰?，江西 南昌 330096）

1 前言

某鉛鋅冶煉廠(以下簡稱“某廠”)采用“兩段富氧加壓直接浸出”全濕法煉鋅工藝處理硫化鋅精礦，具有金屬回收率高，原料適應性強、伴生金屬回收利用程度高、硫的回收方式靈活，流程短、反應快，效率高，環境友好等優點。氧壓浸出車間配置4臺氧壓釜，單釜體積465m3，是目前世界上濕法煉鋅最大的氧壓釜。鋅電解采用大極板48h長周期電積技術，鋅陰極板面積為3.2m2，并且陰陽極的起吊和搬運，陰極剝鋅等將采用全自動的設施與裝備。因此，對硫酸鋅溶液成分要求較高，特別是較難處理的鈷、銻等雜質，必須深度凈化以滿足大極板電積的要求。

一段浸出液經中和除鐵后產出中上清液，送往凈化工段處理，采用常規的三段銻鹽凈化工藝，其主要任務將中上清的銅、鎘、鈷、鎳、銻等雜質元素除去，為電鋅車間提供合格的新液，同時回收凈化渣中有價金屬。在凈化作業過程需添加大量的鋅粉，通過置換反應的原理除雜質，自開產以來生產流程波動較大，凈化新液質量不穩定，鋅粉單耗遠高于同行業先進水平，每年鋅粉消耗量約1萬噸左右，生產成本居高不下，同時導致后段鎘回收處理量增加，產出大量高含鋅的鈷渣，影響鋅濕法直收率。

2 生產現狀

2.1 凈化工藝簡介

某廠凈化工段采用常規的三段銻鹽凈化工藝，中和車間產出的除鐵上清液經過一段除銅鎘鈷，二段除鈷鎳，三段深度除殘鎘，產出合格新液送至電解車間。為了達到鋅電積的要求，溶液中的銅、鎘、鈷、鎳、砷、銻、鍺等有害雜質必須脫除到規定標準以下，凈化過程就是把中和除鐵后液中不利于鋅電解的雜質除去。鈷、鎳的去除是凈化過程中的難點，從熱力學角度分析，鈷、鎳可以被鋅粉置換除去，但實際上用幾十倍甚至幾百倍理論量的鋅粉都無法將鈷降至允許濃度以下。

2.2 凈化工藝流程圖

圖1 凈化工藝

2.1 鋅粉單耗現狀

圖2 凈化鋅粉單耗 單位：kg/t.Zn

某廠所需硫化鋅精礦80%以上全部外購，隨著資源的日益枯竭，采購來的原料存在多樣化，雜質含量偏高，通過兩段加壓浸出后，Cu、Cd、Co等雜質全部浸出后進入溶液，目前中上清鈷最高達到35mg/l，導致凈化除鈷困難，新液質量波動較大，生產過程中被迫消耗大量鋅粉，凈化鋅粉單耗高達65kg/t.Zn以上，遠高于同行業水平。

表1 除鐵上清液質量要求

從上圖可以看出某廠全年鋅粉單耗平均值高達68.94kg/t.Zn，高于內部控制目標值60kg/t.Zn且波動較大，但其中7月、9月份單耗分別僅為52.87、51.61kg/t.Zn，說明凈化鋅粉單耗下降有很大的空間。

3 鋅粉單耗高原因分析

3.1 前液雜質含量波動大

表2 除鐵上清液分析數據

某廠外購原料比例較高，進廠鋅精礦成分較為復雜，給配料工作帶來極大的困難。中和除鐵工藝控制不穩定，凈化前液雜質含量波動大，作業過程操作條件頻繁變動，鋅粉消耗量急劇上升。

3.2 主流程溶液含鋅過低

表3 除鐵上清液含鋅分析數據

流程溶液含鋅過低，新液需求總量提升，系統運轉體積加大，影響鋅粉單耗偏高，國內同等規模鋅濕法冶煉廠新液含鋅一般控制在148～155g/l左右。

3.3 開機流量小

凈化系統處理的溶液主含量為硫酸鋅，PH值大于5.2硫酸鋅容易水解，溶液含一定量的鈣鎂離子會加劇管道結晶速度，部分管道結晶速度快，車間外圍管道周期管理難度大，導致凈化開機流量提不起來。同時溶液壓濾系統有14臺板式過濾機，濾布采用滌綸621型號，濾布及濾板清洗不到位，影響開機流量。凈化作業時間長及鋅粉加入量過多容易發生鋅水解現象，壓濾系統運轉不通暢，導致凈化開機流量維持在80～150m3/h之間，影響鋅粉單耗。

我國該說明書遺漏藥效學和耐藥性資料。撰寫技術指導原則規定，在藥理毒理項目中應設耐藥機制小項，“此項應描述最新的耐藥機制研究，首先描述是否已有病原菌對藥物出現耐藥以及發現的研究，詳述耐藥機制、相關耐藥基因以及交叉耐藥的機制。若尚未發現耐藥菌株可描述為尚未在體外、動物感染模型以及臨床研究中發現耐藥菌株。也需對已知的或觀察到的誘導耐藥的情況或機制、藥物引起細菌耐藥的突變頻率進行描述?！?/p>

3.4 鋅粉質量

鋅粉的成份根據Q/CHYG J2040.1-2018《冶煉板塊原料采購技術要求》規定如下表4、表5所示：

表4 除鐵上清液含鋅分析數據

表5 除鐵上清液含鋅分析數據

凈化生產所使用的鋅粉有外購電爐鋅粉和自產噴吹金屬鋅粉兩種，鋅粉控制標準按上述表格內要求控制，鋅粉質量是確保凈化過程溶液質量合格的關鍵因數，提高鋅粉質量是深度凈化和降低鋅粉單耗的有效途徑。

3.5 銻鹽加入量

銻鹽在凈化過程中會活化鋅粉，以提高鋅粉的置換Co等能力，從而提高置換除Co等雜質的效率。通過開展凈化小實驗研究，在同樣的銻鹽用量下，隨著凈化時間的延長凈化除Co率有所降低，說明凈化后期凈化速度已經小于反溶速度；銻鹽用量降低，在同樣時間下，除Co率略有升高，銻鹽增加會導致Co的反溶速度增加，從而造成除Co率下降，合理控制銻鹽用量確保除Co關鍵因數。

實際生產中銻氧粉采用高位攪拌槽化水后連續加入凈化槽，銻鹽不溶于水，易沉積，極易堵塞高位槽出口。銻鹽添加不穩定影響除鈷效率，溶液鈷不合格次數增加，增加鋅粉消耗。

3.6 雜質復溶

鈷、鎘復溶的原因主要有溫度升高和攪拌、壓濾作業時間和溶液停留時間過長。鈷、鎘的復溶有兩種解釋，一種是“電化學溶解”，指的是被置換出來的金屬鈷、鎘對溶液中其它金屬陽離子的置換作用。只要溶液中含有一定濃度的電極電位比鎘更正的金屬陽離子，這種置換反應就容易發生，使鈷、鎘溶解進入到溶液中。另一種是“化學溶解”，指的是被置換的鈷、鎘容易被氧化生成氧化鈷、鎘后，又被溶液中的弱酸溶解而進入到溶液中。

溫度升高主要會引起鎘的復溶，主要是因為隨著溶液溫度的升高，氫析出的超電壓就下降，當氫析出的電極電位高于鎘析出的電極電位后，溶液中的氫離子就在鎘上放電析出氫氣，而鎘則溶解進入到溶液中。實際生產中控制好三段凈化溫度，除溶液殘鎘問題基本不大。

某廠開產初期鈷的脫除比較困難，主要系鈷的復溶原因影響，一段凈化鈷脫除率控制在60%～70%，二段凈化前液含鈷10mg/l左右，頻繁出現二段凈化作業槽溶液經過壓濾機后鈷升高現象，三段凈化溶液返液處理，增加鋅粉消耗。同時二段凈化渣含鈷過高，在送往鎘回收處理時，酸洗后液含鈷高，必須進行沉鈷作業，產生大量高含鋅鈷渣。

4 優化方案及改進措施

4.1 穩定前液雜質含量

優化原料管理，鋅精礦分倉儲存，將每天入廠的原礦按照廠地不同、成份不同分別入倉堆存，并做好標識。積極與供應鏈管理部溝通，對外協調盡量能夠根據生產所需的礦比進行采購礦種。根據礦倉原料儲存量、成份、粒度情況做出配料計算，做到混合鋅精礦成分穩定、控制好粒度，要求穩定混合鋅精礦含Zn≥47%、粒度-200目占比≥85%，并逐步使每種礦比的使用時間穩定在10天以上，保證入釜鋅精礦的品質穩定。

根據備料現有場地及設施條件，采用三級配料方式：①一級：根據原料結構情況合理控制各倉庫存量，并依據進礦時間和分析成分進行分堆存放，防止混堆；②二級：根據倉內8個倉的原料實際情況（1#渣物料除外），嚴格控制各倉的搭配比例，在5#內采用堆式配料法按照一定比例實現二級配料；③三級：利用備料的3條電子皮帶稱，通過控制各臺稱的給入量，實現精礦的進一步混合均勻來達到三級配料的目的。

優化中和沉銅工藝控制條件，中和現工藝：預中和-置換沉銅-一中和-二中和，中和修改后工藝：置換沉銅-預中和-一中和-二中和。提高安全風險管控，因提高一段酸鐵，砷含量飆升，工藝作業兩者對換位置，特別是冬季安全管控風險須升級。加強生產組織，因酸高，使用鋅粉置換沉銅時，鋅粉先與酸發生反應，鋅粉用量顯著增加，嚴格控制好一段浸出上清液含酸量。中和車間沉銅后液含銅平穩控制要求在150mg/l以下。

4.2 優化周期管理

優化濾板清洗方式。增加濾板廢液浸泡槽，在凈化壓濾廠房用鋼板焊接制作兩個廢液泡板槽，確保濾板廢液浸泡時間大于24小時，便于濾板結晶清洗。更換濾板清洗機，原先濾板清洗機水壓過小，濾板結晶沖洗不干凈，更換高壓清洗機后濾板清洗效率更高。增設專職清洗濾板人員，兩班倒每班12小時，確保每天沖洗出兩臺濾板（150塊）。確保濾板沖洗質量，每天更換兩臺壓濾板。

制定管道周期清理計劃，各種管道均采用高壓清洗機沖洗結晶，提高清洗效率，管道清理在計劃時間內完成，確保管道清理質量，為凈化大流量開機創造條件。

制定凈化冬季管道防凍方案，室外管道均用保暖棉做防凍處理，停機時控制后液儲槽液位，防止槽出口管道凍液。間斷輸送溶液的管道增加蒸汽伴熱管，定點啟動泵送液，避免發生管道凍液堵塞流程的情況。

4.3 提高一段凈化鈷脫除率

更換大量程申克定量給料機，一段凈化首槽鋅粉給料機最大流量從500Kg/h增加至1000Kg/h，選用申克DEL系列秤體，通過系統自動計算、控制調節、顯示和通訊等，調整零點和調整量程，并能不斷地校正模擬回路的漂移，確保鋅粉連續均勻加入。一段凈化首槽鋅粉加入量提高到650Kg/h，提高一段鈷脫除率。

優化銻鹽加入方式。增加一個銻鹽攪拌高位槽，與另外的一高位槽實現交替使用，銻鹽加料管道，改為管道上面開口，每個作業槽單獨布管，在高位槽根部增加流量控制閥門。崗位員工每次加料都要用電子秤進行秤重，按Sb：Co=0.6：1調整銻鹽使用量，確保加入量準確。新增廢液管道，廢電解液加入銻鹽高位槽攪拌均勻后，連續加入凈化槽內，提高銻鹽使用效率。

增加溶液沖洗鋅粉裝置，鋅粉采用溶液沖洗濕潤后連續均價加入凈化槽。將一段凈化后液鈷含量控制在2～5mg/l。前期生產試驗確定一段后液鈷在5mg/l以下，鎘回收二段凈化渣酸洗后液含鈷基本在10mg/l以內，返回浸出主流程，避免沉鈷作業，降低鈷渣產量及鈷渣含鋅。

4.4 抑制雜質復溶

Zn-Pb-Al-Sb四元合金鋅粉的使用。自產鋅粉噴吹項目采用空氣霧化法之虹吸噴吹工藝生產鋅粉，即將鋅熔化后利用壓縮空氣將鋅液吹成霧狀并迅速冷凝成鋅粉。利用自產鋅粉噴吹爐，組織生產四元合金鋅粉（Zn、Pb、Al、Sb），合金鋅粉能夠有效抑制鈷復溶，除雜效率顯著提高，降低凈化鋅粉消耗量，減少凈化渣量，降低鎘回收生產負荷。

二段凈化設計有5個150m3作業槽，按現有開機流量，二段凈化時間長達3.5h以上，通過短接兩個作業槽，采用3個作業槽進行二段凈化作業，將反應時間減少至2h，同時優化二段凈化溫度及添加劑加入量，降低鈷、鎘的復溶概率。

4.5 壓濾機管理

優化凈化壓濾機濾布選型，通過試驗研究后，將凈化壓濾機濾布由原先的621滌綸材質改成688丙綸材質。688濾布的材質較硬，使用后濾布采用工業洗布機清洗，清洗前先用廢電解液浸泡24h，冷凝水或用蒸汽升溫的生產水清洗2-3遍，清洗后濾布回收利用，第三次回收利用后清洗干凈滿足廢舊濾布外售的要求。采用新型濾布后，凈化溶液質量穩定，壓濾系統得到極大的改善，為凈化大流量開機創造了有力條件。一、二段凈化壓濾機采取2備3用模式運行，縮減溶液壓濾時間，改善渣型，減少雜質復溶情況發生。

4.6 凈化溫度控制

在連續凈化作業中，溫度的合理控制起著關鍵性的作用，直接影響溶液雜質脫除效率及過濾性能。某廠凈化技術條件中，對溫度的控制為：一段70℃～80℃，二段78℃～85℃，三段65℃～75℃。在生產中，針對各段的實際情況，為了達到深度凈化目的，對溫度的合理控制極為重要。冬季生產過程中，廠區采暖蒸汽需求量較大，兩臺工業鍋爐滿負荷生產，能夠滿足蒸汽需求，凈化工段配置4臺螺旋換熱器，凈化作業過程溫度能夠控制在合理范圍之內。

4.7 提高主流程溶液含鋅

鈷渣酸洗及沉鈷產出貧鎘液返回凈化調漿循環使用，減少凈化壓濾渣漿化過程生產水加入量，提高鎘回收返氧壓浸出貧鎘液含鋅至140mg/l以上。加強系統體積平衡管控，優化電解酸鋅控制，提高廢電解液含酸，調整氧壓浸出液固比，將主流程含鋅提升至150mg/l，提高系統溶液周轉效率。

4.8 減少主流程鈷富集

降低鎘回收沉鈷后液鈷含量，減少鈷在流程內部富集。優化凈化除鈷工藝，85%鈷分散于一段凈化渣，減少二段凈化渣含鈷。加強銅鎘渣浸出及鈷渣酸洗崗位規范操作，浸出溫度控制在75℃～80℃，酸洗溫度控制在60℃～80℃，平穩控制廢液的加入速度，整個過程pH≥3.0，終酸pH控制在3.0～4.5，減少鈷的進入溶液，提高鈷入渣率。貧鎘液進行銻鹽除鈷作業，嚴格控制返回系統沉鈷液含鈷小于15mg/l，降低中上清含鈷，壓濾過程加強卸渣操作，嚴禁跑渾現象發生，避免造成鈷在系統內部閉路循環。

5 總結

針對全濕法煉鋅工藝的特殊環境特點，結合開產幾年來的實際生產情況，不斷優化工藝流程，通過合理控制生產關鍵控制要素及一系列的技術改造的實施，凈化鋅粉單耗由之間的68.94kg/t.Zn降低到56.5kg/t.Zn，降低了企業生產成本。同時極大的改善了新液質量，為鋅電解安全平穩運行提供保障，有效降低鈷渣產量，鈷渣含鋅控制在25%以下，提高鋅冶煉濕法直收率。

隨著某廠鉛系統復產，發揮鉛鋅聯合冶煉的優勢，各項工藝控制逐步完善，原料采購日趨穩定，平穩提升各項生產指標，崗位操作技能進一步提升，根據系統綜合除雜質效果，凈化鋅粉單耗還有一定的下降空間。