鋅冶煉污酸與布袋煙塵協同處理技術的應用

王 軍，陳志明，張健康

（陜西鋅業有限責任公司，陜西商洛 726007）

在常規濕法煉鋅中，鋅精礦經沸騰爐焙燒產生鋅焙砂。鋅焙砂經兩段常規浸出，酸浸底流經銀浮選后得銀精礦。尾礦經壓濾后，送入回轉窯揮發回收鋅得到次氧化鋅。次氧化鋅再經回轉窯或多膛爐二次脫氟氯達標后為成品氧化鋅，再經酸浸回收鋅、銦、鉛等有價金屬。在火法脫氟氯工藝過程中，經布袋收塵器捕集的煙塵有價金屬含量更高。

某鋅冶煉廠的回轉窯年產次氧化鋅（折鋅量）42 kt/a，兩系統的布袋煙塵毛產量為2 500 t/a。該廠2021年投產的渣處理工藝富氧側吹爐和煙化爐產生的煙塵也可達5 000 t/a。該廠鋅精礦焙燒煙氣制酸產污酸約550 m3/d。為充分回收布袋煙塵中的有價金屬，同時對污酸進行資源化利用，該廠開展了鋅冶煉污酸與布袋煙塵協同處理工藝的研究，并進行了試驗驗證和生產中試，取得了較好效果。

1 布袋煙塵、次氧化鋅和冶煉污酸的主要成分

含鋅浸出渣火法處理產生的幾種布袋煙塵、次氧化鋅和冶煉污酸主要成分分別見表1和表2。

表1 布袋煙塵及次氧化鋅主要成分 w: %

表2 冶煉污酸主要成分 ρ: g/L

2 冶煉污酸與布袋煙塵協同處理工藝

冶煉污酸與布袋煙塵協同處理工藝主要分為逆流堿洗、預洗液除雜、酸浸、中和沉銦和鋅粉置換等工序。工藝流程見圖1。

圖1 冶煉污酸與布袋煙塵協同處理工藝流程

2.1 逆流堿洗工序

用純堿對高氟氯煙塵進行逆流堿洗脫除大量氟氯[1]，使原料中的氟氯進入濾液后開路，而鋅、鉛等重金屬仍留在渣中作為下道工序的原料而與氟氯分離。

2.2 預洗液除雜工序

含氟氯及少量金屬的堿浸液，經氧化、硫化除雜或專用試劑除雜后[2]，回用于回轉窯沖渣而無外排液。

2.3 酸浸工序

用冶煉污酸對堿浸渣進行兩段酸浸，使鋅、銦、鎘等金屬的氧化物與酸反應進入溶液，而鉛以硫酸鉛的形式留在渣中得到富鉛渣，作為側吹爐原料。

2.4 中和沉銦工序

用次氧化鋅中和酸浸液，并達到銦水解的pH值4.0～4.5而沉銦，得到富銦渣，作為制取金屬銦的原料。

2.5 鋅粉置換工序

對中和沉銦后液用鋅粉置換沉鎘，富鎘渣作為鎘回收的原料，高鋅液用純堿沉鋅生成碳酸鋅，作為納米氧化鋅的生產原料，濾液送至水處理車間處理達標后外排。

綜上所述，該工藝使用成本較低的純堿浸洗高氟氯布袋煙塵，鋅等重金屬元素進入堿浸渣中基本無損失。堿浸渣經過酸浸、中和沉銦和鋅粉置換等工序，實現了鉛、銦、鎘、鋅等有價金屬的梯次回收。

3 試驗過程及處理效果

3.1 布袋煙塵預處理

量取3.0 L蒸餾水置于5 L燒杯中，稱取100～120 g純堿置于燒杯中溶解，再向燒杯中加入1.0 kg布袋煙塵，加熱至75～80 ℃，保溫攪拌2.0 h，過濾。用60～70 ℃的溫水洗滌濾渣0.5 h，得到的堿浸渣進行酸浸用于回收有價金屬，洗液經壓濾后返回堿浸工序，堿浸液除雜后用于沖渣。布袋煙塵預處理前后成分對比見表3。

表3 預處理前后布袋煙塵成分對比 w: %

由表3可見：未經處理的布袋煙塵和經堿浸預處理得到的堿浸渣相比，Zn、Pb、In和Cd的含量相差不大，而F、Cl的含量大幅降低，堿浸渣中w(F)和w(Cl)分別由0.26%和6.13%降低到0.05%和0.52%。

經測定，堿浸液中ρ(Zn)、ρ(F)和ρ(Cl)分別為0.11，0.16，12.27 g/L。

由上述數據可以看出，通過堿浸對布袋煙塵進行脫氟氯預處理的效果較好。

3.2 回收有價金屬

3.2.1 堿浸渣酸浸

量取3.5 L冶煉污酸置于5 L燒杯中，緩慢加入1.0 kg堿浸渣。保持混合液溫度在70～80 ℃，攪拌3.0 h，在此過程中補加污酸，使ρ(H2SO4)保持在10～20 g/L。一段酸浸反應結束后進行過濾，濾渣進行二段酸浸，濾液用于中和沉銦。

二段酸浸使ρ(H2SO4)保持在50～60 g/L，其他反應條件與一段酸浸相同。二段酸浸反應結束后進行過濾，過濾得到的鉛渣作為側吹爐原料回用，濾液返回一段酸浸循環利用。

3.2.2 中和沉銦

量取3.2 L一段酸浸液置于5 L燒杯中，加入60 g次氧化鋅中和酸浸液至pH值為4.5，在60～75℃條件下反應2.0 h，過濾得到富銦渣用于銦回收，濾液用于鋅粉置換。

在一段酸浸液的中和劑選取方面，分別采用布袋煙塵、細鋅浮渣和次氧化鋅進行試驗。由于布袋煙塵鉛含量高、中和后漿液難壓濾，細鋅浮渣含有的單質鋅置換出酸浸液中的鎘造成富銦渣中鎘含量高，因此布袋煙塵和細鋅浮渣均不適用于中和一段酸浸液。而次氧化鋅在保證富銦渣質量的同時也易于壓濾，因而選用次氧化鋅進行中和沉銦。

3.2.3 鋅粉置換

取3.0 L中和沉銦后的濾液置于5 L燒杯中，加入50 g鋅粉（約Cd量的2倍），在55～65 ℃條件下反應1.0 h，置換出鎘。反應結束后進行抽濾，得到的富鎘渣用于鎘回收，高鋅液用純堿沉鋅生成碳酸鋅作為納米氧化鋅的生產原料。

3.3 布袋煙塵處理效果

試驗結果表明，冶煉污酸與布袋煙塵協同處理工藝，可梯級回收布袋煙塵中的Pb、Cd、In、Zn等有價金屬，且有價金屬渣的富集程度較高。各工序反應液的主要金屬濃度見表4，富集渣主要組分含量見表5。

表4 各工序反應液主要金屬濃度 ρ: g/L

表5 富集渣主要組分含量 w: %

4 效益估算

若該煉鋅廠全年所產的7 500 t/a布袋煙塵按冶煉污酸與布袋煙塵協同處理工藝進行處理，可回收鉛2 700 t/a，銦15 t/a，鎘300 t/a，鋅1 300 t/a，增加經濟效益2 830萬元/a。

該工藝還可對該廠3臺硫化鋅精礦沸騰焙燒爐煙氣制酸所產生的約550 m3/d的污酸進行資源化利用，僅石灰費用可節省145萬元/a，同時實現了污酸變廢為寶，避免了采用石灰處理污酸而產生大量石膏渣污染環境。對布袋煙塵預先進行脫氟氯預處理產生的堿浸液再經氧化、硫化除雜返回回轉窯水淬沖渣，產生的外排廢水較少。高鋅液進行氧化除鐵等雜質后用純堿轉化為碳酸鋅，作為納米氧化鋅的生產原料或進行硫化處理作為鋅精礦，濾液送至污水處理車間而達標排放。

該煉鋅廠的鋅冶煉污酸與布袋煙塵協同處理工藝已在綜合回收工序利用閑置設備進行投料生產，布袋煙塵處理量達20 t/d，不影響冶煉系統的正常運行。

5 結語

以某鋅冶煉廠常規濕法煉鋅中火法脫氟氯所產的布袋煙塵為原料，經逆流堿洗進行預處理而脫除氟氯，然后利用該廠鋅精礦焙燒制酸產生的污酸對堿浸渣作浸出處理而富集鉛，再經中和沉銦、鋅粉置換、純堿沉鋅等工序，實現了梯次回收鉛、銦、鎘、鋅等有價金屬。對該廠所產各種布袋煙塵進行中試處理的結果表明，冶煉污酸與布袋煙塵協同處理的工藝條件可行，經濟效益可觀，同時實現了冶煉污酸的資源化利用，產生了良好的經濟效益和環保效益，達到了綜合效益最佳化，值得相關行業參考借鑒。