湿法炼锌是当今世界最主要的炼锌方法,其产量占世界总锌产量的85%以上。近期世界新建和扩建的生产能力均采用湿法炼锌工艺。湿法炼锌技术发展很快,主要表现在:硫化锌精矿的直接氧压浸出;硫化锌精矿的常压富氧直接浸出;设备大型化,高效化;浸出渣综合回收及无害化处理;工艺过程自动控制系统等几个方面。
火法炼锌中的竖罐蒸馏炼锌已趋淘汰,电炉炼锌规模小且未见新的发展。等离子炼锌技术及喷射炼锌技术在上世纪80年代实现了钢厂烟灰回收锌的示范工厂,至今尚未见有关进一步的商业化进展的报道,密闭鼓风炉炼铅锌是世界上最主要的几乎是唯一的火法炼锌方法。世界上总共有15台(包括国内ISP工厂)密闭鼓风炉在进行锌的生产,占锌的总产量12%-13%,其技术发展主要是增加二次含铅锌物料的处理措施;改进冷凝效率;富氧技术的运用等。
硫化锌精矿氧压浸出新工艺的特点是:锌精矿不经焙烧直接加入压力釜中,在一定的温度和氧分压条件下,直接酸浸获得硫酸锌溶液,原料中的硫、铅、铁等则留在渣中,分离后的渣经浮选、热滤、回收元素硫、硫化知残渣及尾矿,进入硫酸锌溶液中的部门铁,经中和沉铁后进入后续工序处理。该工艺浸出效率高。对高铁闪锌矿和含铅的锌精矿适应性强。与常规炼锌方法相比无需建设配套的焙烧车间和酸厂,有利于环境的治理,尤其是对于成品硫酸外运交通困难的地区,氧压浸出工艺更显优势,产出的元素硫便于储存和运输。
该工艺动力学研究表明,浸出反应是在硫化锌矿粒表面进行的多相反应,为了提高浸出过程的反应速度,要求精矿粒度98%小于44μm。升高温度反应速度增加,但当温度提高到元素硫的熔点(
该厂氧压浸出系统设计处理锌精矿能力为190t/d,新建的氧压浸出系统与原有的传统湿法炼锌平行运行,氧压浸出的矿浆经旋流器分级溢流进入老系统的酸浸槽与原工艺流程合并,氧压浸出系统设计产锌量为全厂产能的20%。
该厂处理的物料主要是柯明柯公司的沙里文矿。其顾分为:锌49%,铁11%,铅4%,硫32%。
氧压浸出厂首先将锌精矿用球磨机细磨,球磨机与水力旋流器闭路循环,旋流器的溢流经浓缩后得到含固量68%~70%,粒度小于44μm占90%的矿浆,在矿浆搅拌槽里加入表面活性剂后,连续泵入4室高压釜的第一室。由电积车间来的废电解液配入浓硫酸,使其酸度达到含硫酸
该氧压浸出系统经改造完善后的处理能力已达到376t/d,设备运转率90%,高压釜物料停留时间100分钟,排气中氧含量(干基)85%,浸出终液含铁
氧压浸出系统设计能力为处理精矿105t/d,该厂也是在传统湿法炼锌厂基础上扩建的。加压浸出的矿浆经浓密后,溢流在氧化槽中氧化,中和,焙烧作氧化步骤的中和剂,氧化步骤排出的浆化物由硫酸锌溶液,未反应的焙烧砂矿和沉淀的氧化铁组成,送至老厂的中性浸出工序与主工艺流程合并,氧压浸出矿浆浓密底流即合硫浸出渣,与老厂产生的残渣一起洗涤过滤并储于尾矿坝。
该厂的氧压浸出工艺与特列尔锌厂工艺略有不同,采用低酸作业,铁以黄钾铁矾,碱式硫酸铁和水合氧化铁沉淀。
浸出高压釜也是四室卧式机械釜,其直径为
进入高压釜锌精矿矿浆含固量65%,小于44μm。颗粒占95%。釜内总压维持在1100~1240kPa,温度130℃~
鲁尔锌厂是第三家采用氧压浸出工艺的公司,加压浸出和原有的湿法炼锌老系统的设备结合起来提高了电锌的生产能力,年增产5万t电锌,占全厂总量三分之一以上。老系统的流程包括:焙烧、中性浸出、热酸浸出、高热酸浸出、净液、电积等工序。高热酸浸出的铅、银渣出售给铅厂,热酸浸出液用锌精矿还原,使溶液中的三价铁还原成二价铁,然后焙砂中和,使铁以赤铁矿的形式沉淀下来。还原渣含有硫化锌和大量硫送往焙烧炉。新增氧压浸出系统后,改变了这部门工艺,即将还原渣与锌精矿二次研磨后的矿浆混合,同时加入高压釜,其作用是增加焙烧炉处理的精矿量,也使还原渣中的硫不以硫酸产出而以元素硫形式产出。进入高压釜的锌清矿量占原料量的50%~60%还原渣为40%~50%。高压釜反应温度为
调节槽矿浆进入初级浮选槽直接处理,初级浮选后的尾矿浆进行浓密,浓密机底流经粗选、扫选、精选后的硫精矿和初级浮选的硫精矿合并,经过滤、洗涤、再经熔融热滤得到单质硫副产品出售,硫化物滤饼返回焙烧。扫选尾矿与老流程高热酸浸出渣混合进入原有的铅、银、渣浓密池。初级浮选尾矿浓密机上清液含溶解的锌、铁送往原有的中性浸出工序。
该厂投产三年后,原料改为全部精矿,不再处理还原渣。投产初期设备方面的主要问题是高压釜搅拌器的结垢清理和耐酸管道的腐蚀。经修改后已有所改进。1994年主要生产数据:锌精矿品位45%~50%,高压釜利用率95%,生产能力提高了10%~15%,锌浸出率大于97%,硫回收率85%~90%。
原有锌厂采用焙烧——浸出——电积工艺,经过整改后,完整的两段氧压浸出流程完全取代了老工艺的焙烧浸出工艺。至今是世界上第一座完全采用氧压浸出的炼锌厂,而其它的锌氧压浸出都是与焙烧工艺并存。
哈德森湾氧压浸出处理的混合精矿先经球磨机细磨、旋流闭路分级,浓密机浓度,底流矿浆含固70%,小于44μm占98%,泵送氧压浸出系统。精矿浆、返酸和堆存的残渣浸出液一起加到第一段高压釜进行低酸浸出,高压釜第一室温度为140℃~
该厂设有直径
主要生产数据:精矿处理量22.2t/d,操作压力为1100kPa~1200kPa,氧浓度按设计要求一直保持在氧分压80%(干基)条件下操作,低酸浸出锌浸出率75%,高酸浸出锌浸出率达99%,低酸浸出液含锌
除上述四厂外,第五座氧压浸出厂于2003年在哈萨克斯坦的巴尔喀什厂建成,生产规模为10万t/a电锌能力。
奥托昆普公司开发的硫化锌精矿富氧常压直接浸出工艺已在世界上三座工厂实现了工业化生产。富氧常压浸出工业化生产是在氧压浸出之后发展起来的新工艺,其基本反应过程仍基于氧作为强氧化剂,三价铁离子作催化剂,硫以元素硫产出,与常规炼锌方法相比具有氧压浸出相同的优势,与氧压浸出工艺相比,由于过程在常压下进行,反应温度低于
三座富氧常压浸出工业化生产都是与焙烧—浸出—电积流程结合的工厂,扩建富氧常压浸出系统的目的是为了扩大锌产量,而不是增加硫酸产量。
分别于1998年和2001年建设了两座50,000t/a锌规模的富氧常压浸出系统,共有8台DL反应器,四台为一个系列,每个系列(50,000t/a)三台生产,一台备用。科科拉厂,原有常规流程生产能力为170,000t/a锌,共计总产能为270,000t/a。进入DL反应器的物料包括精矿浆,焙烧二段浸出底流经转化后的矿浆,电积废液和氧,反应器产出物经浓密、过渡、上清液返回焙烧一段中性浸出与常规流程合并。
于2004年建设了一座50,000t/a锌规模的富氧常压浸出系统,原有常规流程生产规模为100,000t/a锌,共计总产能为150,000t/a锌。进入DL反应器的物料包括精矿浆,焙砂系统的热酸浸出矿浆,电积废液和氧。反应器产出物经浓密、过滤后的上清液用焙砂中浸底进行黄钾铁矾法沉铁,除铁后液返回焙砂中浸工序,与常规流程合并。
韩国锌业公司温山冶炼厂于1994年建设了一座200,000t/a锌的富氧常压浸出系统,原有的焙烧、浸出、针铁矿除铁流程生产能力为200,000t/a锌。常压富氧浸出工艺产出的酸浸出液用针铁矿法除铁,针铁矿渣采用Ausmelt炉烟化处理,1998年常压富氧浸出和焙砂浸出共生产电锌420,000t。
富氧常压浸出精矿制备过程类似于氧压浸出工艺,精矿是否通过细磨决定于原料和直接浸出试验的结果,酸出渣是否选硫或热滤,处决于建厂条件,原料铅、银含量和环境的要求。
任何湿法炼锌厂都面临渣处理方法的选择,随着技术的发展,国外工厂锌浸出渣处理以高酸、热酸浸出技术为主,热酸浸出后沉铁方法有黄钾铁矾法,针铁矿法和赤铁矿法。产出的高酸浸出渣视铅银含量或直接送铅厂处理,或经浮选后送铅厂处理,产出的铁渣多数送渣场堆存,存在二次污染问题。如何使这类渣无害化处理是湿法炼锌厂一个共性问题。比较普遍的一种观点认为,采用烟化法处理湿法炼锌厂残渣,尽可能回收其中有价金属产出固化无害渣,有利于环境保护,也有利于弃渣的进一步的利用。传统的威尔兹法处理弱酸浸出的残渣(所谓的半溶渣)作为丢弃渣也不是十分安全,且焦炭耗量也高,操作成本高,操作环境也不理想。韩国锌业公司温山冶炼厂为建成一座“绿色”工厂,曾对渣处理流程做过多方案的比较和改进。其原则是消除浸出渣的堆场,使未来不可知责任最小化,而不是公司当前利益的最大化,其目标是研究一种与铅渣烟化炉相同的化学反应过程,实现连续化操作的锌渣处理工艺,渣烟化的连续化过程有利于含硫烟气的后续处理,也有利于操作管理。在澳大利亚进行试验后,于1995年建成两段Ausmelt炉处理炼锌厂残渣,投产初期遇到了许多机械问题,经过一段时间的设计修改取得了很好的效果,证明两段连续烟化炉处理锌浸出渣或铅锌冶炼过程残渣,产出无污染可利用的废渣是一个比较好的方法。该项目的正常生产逐步消除了该厂生产过程产出的钍铁矿渣和堆存的铁矾渣。烟化炉放出的渣经水淬后出售给水泥厂,从而真正的实现了“无弃渣锌冶炼厂”的初衷。
温山锌冶炼厂Ausmelt渣处理工艺,设计能力为120,000t/a(干基)出渣。含水25%浸出渣与粒煤(
该厂1995年抽产遇到的主要问题是:由于喷溅造成上升烟道的堵塞:喷枪下部寿命短;耐火材料过渡损坏。经温山冶炼厂不断的改进已取得了很好的效果。生产实践数据为:锌回收率86%,铅回收率91%,银回收率88%(其中71.5%进入氧化锌烟尘,其余进入冰铜)。废渣含锌小于3%,含铅小于0.3%,铜、锑以黄渣形式得以回收。
设备趋向于大型化,连续化,机械化,工艺过程实现计算机控制和管理。
上世纪70年代以来,焙烧一浸出常规湿法炼锌厂相继出现了热酸浸出黄钾铁矾法、低污染黄钾铁矾法、针铁矿法和赤铁矿法来处理浸出渣。处赤铁矿法在高压釜中进行,设备和操作费用较高而未广泛推广外,其他的热酸浸出和渣处理方法均已广泛运用。但无论是铁矾渣还是针铁矿渣,均存在如何经济、无害化治理和再利用问题。
密闭鼓风炼锌(铅)在上世纪50年代发展起来的技术,上世纪60年代~70年代发展迅速,后因湿法炼锌技术的发展,环保要求日益严格,焦炭价格的上涨以及铅锌矿分选技术的提高等多种原因,20世纪后期外国炼锌厂的新建和扩建不再采有该法炼锌。原有密闭鼓风炉炼锌厂技术发展主要是:提高鼓风与焦炭预热温度,以增加产量;处理低品位的复杂原料;采用热压团或粉状含锌物料直接喷吹入炉方式提高二次物料的处理量;低浓度高氧在烧结和鼓风炉中的试验和应用;溜槽汽化冷却,以及喷淋冷却炉壳的运用等。
近10年来我国锌产量迅速增长,1995年为107.67万t ,2000年195.7万t,2005年达到 271.1万t。1995至2005年,年均递增 9.7%;2000至2005年,年均递增 6.7%。随锌产量基数增大,年均递增率已逐年递减。从2002年起,我国锌产量,消费量均居世界第一,是名符其实的锌的生产和消费大国。
湿法冶炼工艺的标准流程是锌精矿焙烧→浸出→净液→电积→电锌产品.其中因浸出作业的条件不同又分工协作为低温常规浸出和高温高酸浸出两种.我国常规浸出工艺以株冶较为典型,浸出渣多用回转窑挥发其残锌。高温高酸浸出渣则直接送渣场堆存,或视铅、银含量送铅厂处理,其浸出液除铁在我国又有四种不同工艺,如白银西北铅锌冶炼厂等采用的黄钾铁矾法、赤峰库博红烨锌厂等采用的氨矾铁渣法,由于铁渣中锌含量低,又称为低污