锌冶炼厂铁闪锌矿湿法冶炼浸出渣处理方案选择.pdf

1 2 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 6 年第8 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 1 6 ．0 8 ．0 0 3 锌冶炼厂铁闪锌矿湿法冶炼浸出渣处理方案选择 邹小平1 ’2 ，王海北1 ，魏帮1 ，刘三平1 ’2 ，冯亚平1 1 ．北京矿冶研究总院，北京1 0 0 1 6 0 ；2 ．东北大学，沈阳1 1 0 0 0 4 摘要针对某锌冶炼厂锌浸出渣处理渣量大、渣含锌高、有价金属综合回收率低等问题，比较了各浸锌渣 处理工艺的优缺点，结合企业原料性质及原浸出系统现有情况，提出锌浸出渣处理改造方案，并进行了 成本及经济效益对比。 关键词热酸浸出；浸锌渣；回转窑挥发法；奥斯麦特熔炼 中图分类号T F 8 1 3文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 6 0 8 0 0 1 2 0 4 Z O U S c h e m eS e l e c t i o nt oT r e a tM a r m a t i t eL e a c h i n gR e s i d u e f r o mZ i n cH y d r o m e t a l l u r g yP l a n t X i a o p i n 9 1 ’2 ，W A N GH a l b e i l ，W E IB a n 9 1 ，L I US a n p i n 9 1 2 ，F E N GY a p i n 9 1 1 ．B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n g8 LM e t a l l u r g y 。B e i j i n g1 0 0 1 6 0 ，C h i n a ； 2 ．N o r t h e a s t e r nU n i v e r s i t y ，S h e n y a n g1 1 0 0 0 4 ，C h i n a A b s t r a c t P r o c e s s i n gm e t h o d st ot r e a tz i n cl e a c h i n gr e s i d u ew e r ec o m p a r e dt oa d d r e s sp r o b l e m si n c l u d i n g l a r g eq u a n t i t yr e s i d u e ，h i g hz i n cc o n t e n t ，a n dl o wc o m p r e h e n s i v er e c o v e r yo fv a l u a b l em e t a l sf o rz i n c l e a c h i n gr e s i d u et r e a t m e n ti n az i n cm e t a l l u r g yp l a n t ．W i t hb o t hr a wm a t e r i a lp r o p e r t i e sa n de x i s t i n g s i t u a t i o no fl e a c h i n gs y s t e mi nt h ep l a n tu n d e rc o n s i d e r a t i o n ，t h er e f o r ms c h e m ei sp r o p o s e d ，c o s ta n d e c o n o m i cb e n e f i tb e f o r ea n da f t e rt r a n s f o r m a t i o na r ec o m p a r e d ． K e yw o r d s h o ta c i dl e a c h i n g ；z i n cl e a c h i n gr e s i d u e ；e v a p o r a t i n gp r o c e s so fr o t a r yk i l n ；A u s m e l ts m e l t i n g 我国是锌的生产和消费大国，锌资源储量位居 世界第一位，占世界储量的1 5 ％。2 0 1 4 年我国锌产 量达到5 8 2 ．7 万t ，比2 0 1 3 年增长1 0 ．3 6 ％。目前， 锌总产量的8 0 ％来自湿法工艺。基本流程都是中 浸、净液、电积、熔铸，不同的是中浸渣的处理。目前 常用的中浸渣处理方法[ 1 1 有高温高酸法、加压浸出 法、回转窑挥发法，无论哪种工艺均会产生相当数量 的浸出渣。 以某冶炼厂高温高酸铁矾法为例，浸出渣主要 有铁矾渣及铅银渣，每生产1t 电锌将产出1 ．0 ～ 1 ．0 5t 锌浸出渣。我国主要的高温高酸浸出工厂主 要有赤峰中色库博红烨锌业有限公司、巴彦淖尔紫 金有色金属有限公司及西北铅锌冶炼厂等。据统 计，全国该法产能在7 5 万t 左右，每年产出7 8 万t 左右的热酸浸出渣。这些浸锌渣为危废渣、颗粒细 小，而且含有一定量的锌、铅、镓、铟、锗、银等有价元 素，如果得不到有效处理，不仅资源得不到有效利 用，且污染环境。 1 浸出渣火法处理方案比较 目前锌浸出渣的火法处理工艺主要有回转窑挥 发法、奥斯麦特熔化烟化法、烟化炉烟化法及侧吹熔 收稿日期2 0 1 6 - 0 3 1 6 基金项目国家高技术研究发展计划 8 6 3 计划 项目 2 0 1 3 A A 0 6 4 0 0 5 作者简介邹小平 1 9 7 9 一 ，男，江西吉安人，博士研究生，高级工程师． 万方数据 2 0 1 6 年第8 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．o n 1 3 化烟化法、铅锌系统消化法瞳。5 ] 。 1 ．1 回转窑挥发法[ 4 - 6 ] 利用碳热还原，将投放在窑内的含水2 0 ％左右 浸出渣用焦粉或碎煤 配比4 5 ％～5 0 ％ 进行一系 列的热解、还原、再氧化反应，9 0 ％～9 5 ％的锌挥发 进入烟尘得到回收，部分稀散金属也富集于氧化锌 烟尘中，浸出渣中约9 0 ％以上的杂质、铁、二氧化硅 等进入窑渣，从而使锌、铅、镓、铟、锗、银等有价金属 得到回收。 窑渣可以堆存，也可以选煤、选铁再利用，还可 以作为水泥生产、制砖及修路路基等原料。 1 ．2 旋涡炉熔炼法[ 7 ‘8 1 本方法最早用于处理葫芦岛锌厂的竖罐炼锌 渣。采用顶部加料和侧壁切向送风的形式将物料抛 至炉壁，在高速热风产生的离心力作用下，物料得到 快速燃烧。在旋涡室内，首先是锌、铅等各种盐类的 分解，然后是锌、铅、银各种氧化物的还原挥发，进入 炉气后再形成金属氧化物。锌、铅、银的挥发率分别 能达到8 0 ％、9 0 ％和7 5 ％。 旋涡炉熔炼法具有金属挥发率高，余热可回收 利用，且锌、铅、银均可得到挥发回收，生产连续稳 定，设备寿命较长，经济效益好等优点。但旋涡炉熔 炼温度大于13 0 0 ℃，且旋涡炉处理锌浸出渣，存在 原料制备复杂、流程长、产品烟尘再处理难度大等问 题，另外一个最大的问题是旋涡炉放大前景不佳，炉 型小，单台炉处理能力小。 1 ．3 铅 铜 系统消化法 铅 铜 系统消化法的实质是以铅捕收金银，对 浸出渣含铅、银高的原料适应性强，锌进入铅系统烟 尘进行回收，其优点是金属回收率高，且铅系统处理 浸锌渣时可带走部分硫酸和水，有利于原有锌系统 的酸平衡和水平衡，杂质砷、铁等有害物质也可得到 一部分开路，减少砷、铁对锌电积的危害。但因含 镓、铟、锗的物料在铅系统回收能力差，因此不适用 于处理富含镓、铟、锗的浸锌渣。 1 ．4 奥斯麦特熔炼法[ 9 1 奥斯麦特熔炼法 A u s m e l t 法 是采用2 台顶吹 炉处理湿法炼锌浸出渣，一台为熔炼炉，另一台为烟 化炉。该工艺优点是工艺基本成熟，物料适应性强， 有价金属回收率高，银回收率可达9 0 ％～9 5 ％，铅 锌挥发率大于9 5 ％，自动化程度高，能耗低；其缺点 主要是喷枪寿命短 3d ，甚至两个班次 ，换枪频繁， 以及引进费用过高，建设投资过大，仅专利费、喷枪 费用、控制和技术服务等一台炉需要7 0 0 万澳元。 1 9 8 8 年，株州冶炼厂与北京有色金属研究总院 开展了浸没熔炼法处理锌浸出渣和窑渣的试验工 作，并同时委托A u s m e l t 公司进行了小试工作及半 工业试验，但最终因为经济效益及砷、硫等污染问题 没有在国内得到推广。2 0 世纪9 0 年代中期，高丽 新公司在韩国温山引进奥斯麦特熔炼工艺，产能1 2 万t 干渣，并于1 9 9 5 年投产，此后在韩国国内推广 了1 0 座左右。我国内蒙古兴安博源铜锌冶炼厂于 2 0 1 3 年引进该技术。 1 ．5 烟化炉连续吹炼工艺 烟化炉吹炼工艺实质就是以粉煤为还原剂，将 浸锌渣中的锌、铅等有价金属进行还原挥发，然后在 炉子上部空间再次被氧化进入烟气。 云南弛宏公司曲靖铅锌厂采用2 台1 3 ．4m 2 烟 化炉搭配处理9 万t ／a 锌浸出渣 干量 和6 万t ／a 鼓风炉热渣。该工艺2 0 0 5 年投产至今一直运行良 好，工艺流程短。但在给料波动的情况下，实现烟化 炉的连续吹炼稳定运行还有待进一步优化改进。 1 ．6 侧吹炉熔化烟化法 侧吹熔炼法是一种新型渣处理工艺，该工艺熔 化炉采用侧吹炉，侧吹炉喷枪喷入的富氧空气浓度 可达7 0 ％，可提高熔炼强度，降低煤耗；另外，炉体 下部增设炉缸并采用铜水套衬砖的结构形式，既延 长了下部水套的寿命，又可捕集可能产生的锍相。 侧吹炉熔化烟化法可克服烟化炉处理全冷料的 缺点，熔炼富氧浓度可达7 0 ％以上，炉体下部水套 寿命可达到1 年，其生产指标与A u s m e l t 工艺相 当，建设投资比A u s m e l t 炉低。2 0 0 9 年，恩菲和云 南弛宏公司在会泽冶炼厂建成了一座2 ．5m 2 的侧 吹试验炉进行锌浸出渣的处理，试验处理渣含锌 1 8 ．7 ％，含铅8 ％，采用空气作熔化熔炼，煤耗3 5 ％ ～4 3 ％。熔化后渣含锌6 ％～7 ％，含铅0 ．8 ％，床能 力约为2 8t ／ m 2 d ，取得了一些试验技术指标， 但工业化生产还有一定距离。 2 改造方案确定 某锌冶炼厂年产电锌1 0 万t ，采用热酸浸出一 沉矾除铁湿法炼锌工艺。目前，已暴露出黄钾铁矾 法工艺原料适应性差、流程长、设备多、锌总回收率 低、资源综合回收差等缺陷，已不适应目前锌冶炼原 料复杂的局面，并且产出的铁矾渣没有很好的处理 方法，长期堆存造成了环境的污染。目前工艺生产 上面临的主要问题有 1 原料适应性差 万方数据 1 4 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 6 年第8 期 该冶炼厂所处理的原料具有高铁、低锌的特点。 而热酸浸出一黄钾铁矾法对锌精矿中铁的要求较为 敏感。随着焙砂含铁的升高，一方面铁矾渣量急剧 增大，另一方面溶液中铁升高，造成沉铁困难，试剂 消耗增加。 2 铁矾渣难以适应环保要求 黄钾铁矾类矿物遇水稳定性变差，会对周边环 境造成影响。属危废渣 废物代码3 3 1 0 0 5 4 8 。大 量堆存的铁矾渣在增大企业环保压力的同时，造成 了一定的社会风险。 3 渣场投资费用大 目前环保法规要求危险废物应堆存至三防渣 场，铁矾渣的大量产生，造成渣场投资费用较高。按 现有生产规模估算，公司年产出约1 0 万t 以上的铁 矾渣和铅银渣，折算成渣场投资费用约5 5 0 万元／a 。 4 锌回收率低 现在公司铁矾渣含锌约3 ％左右，铅银渣含锌 5 ％左右，渣量分别为2 91 2 3 ．8 5t ／a 干计 和 5 51 4 2 ．5t ／a 干计 ，每年渣带走的锌38 1 2 ．7 4t ， 锌回收率低。增加渣洗涤系统水量膨胀，在生产过 程中需大量排水。 根据该厂目前面临的问题，比较各工艺方案优 缺点可知，回转窑挥发法工艺成熟可靠，生产稳定， 过程容易控制。随着炉衬材料的不断更新及窑衬的 合理砌筑，再加上生产操作的精确控制，回转窑寿命 得到大大提高，年有效作业率达到8 0 ％以上。另 外，为了克服银回收率低及低浓度S O 的问题，在工 艺流程设计时，浸出渣先进行银浮选处理，银回收率 可达5 5 ％，银精矿品位达到5k g ／t ，浮选尾矿压滤 后直接进回转窑挥发处理，省去了浮选尾矿干燥工 序，回转窑产出的6 0 07 0 0 ℃的高温含氧化锌烟尘 进入余热回收表冷一布袋收尘处理，经布袋收尘 后出来的低浓度S O 烟气通过自产氧化锌洗涤吸 收，产出的亚硫酸锌送氧化锌浸出系统，浸出过程中 的S O 引入焙烧炉制酸系统，全流程实现了铅锌的 高效挥发及银的综合回收，同时避免了低浓度二氧 化硫的污染，经济及社会效益显著，结合当地煤资源 丰富，焦粉价格低，该厂浸出渣处理改造采用回转窑 挥发方案是可行的。 3 改造前后成本比较 采用回转窑法改造现有系统，可利用原有浸出 厂房，浓密系统，过滤车间，增加浸出渣仓、回转窑车 间、回转窑收尘、多膛炉车间、多膛炉收尘、选矿车 间，氧化锌磨矿车间、煤气站，初步估算固定资产投 资1 ．2 亿元。主要工艺流程见图1 。 酸浸渣 水淬渣 尾矿渣铁渣 下疆疆滑] 匿两- T 两 图1回转窑法处理浸出渣工艺流程图 F i g ．1 P r o c e s sf l o wc h a r to fz i n cl e a c h i n g r e s i d u ef o re v a p o r a t i n gp r o c e s so fr o t a r yk i l n 下面针对回转窑挥发方案与现有热酸浸出工艺 的浸出系统成本进行比较，以年产1 0 万t 锌作为比 较依据，热酸浸出工艺年产铅银渣5 51 4 2 ．5t 于 计 ，含锌5 ．5 2 ％；年产铁矾渣2 91 2 3 ．8 5t 干计 ， 含锌2 ．6 4 ％。 1 主要生产成本 按年产电锌1 0 万t 计算，价格为不含税价，主 要生产成本见表1 。 表1 项目技造前后成本 T a b l e1C o s tc o m p a r i s o nb e f o r ea n da f t e r t r a n s f o r m a t i o n 军莘五一厂 万方数据 2 0 1 6 年第8 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 1 5 2 项目改造前后浸出成本变化 改造前锌系统浸出总成本64 4 4 万元。改造后 锌系统浸出 含氧化锌浸出 总成本76 1 2 ．6 万元， 新增年生产成本11 6 8 ．6 万元 3 销售收入估算 改造后通过综合回收产出的副产品和减少渣中 锌金属量的损失，即按多回收锌金属量来计，其销售 收入组成如下 表2 。 a 新增锌产量 改造前损失渣中锌量 铁矾渣2 91 2 3 ．8 5t 干计 ，含锌2 ．6 4 ％，损失 锌7 6 8 ．8 7t 。铅银渣5 51 4 2 ．5t 干计 ，含锌 5 ．5 2 ％，损失锌3 0 4 3 ．8 7t 。合计损失锌量 38 1 2 ．7 4t ／a 。 改造后损失渣中锌量 回转窑渣5 86 5 2 ．4t ／a ，渣含锌2 ．2 ％，损失锌 12 9 0 ．3 5t 。氧化锌浸出铅银渣94 0 8 ．5 2t ／a ，渣含 锌5 ％，损失锌4 7 0 ．4 3t 。两项合计损失锌17 6 0 ．7 8 t ／a 。 改造后新增锌产量20 5 1 ．9 6t ／a 。新增锌以硫 酸锌溶液转入锌系统，按锌金属1 20 0 0 元／t 计价。 b 氧化锌浸出铅银渣94 0 8 ．5 2t ／a ，含铅≥ 3 1 ％、银0 ．0 2 3 ％、锌5 ％，折合铅金属量29 1 6 ．6 4 t ／a ；银金属量2 ．1 6t ／a 。铅按金属量61 5 4 元／t 计 价，银按1 2 8 ．2 万元／t 计价。 c 浮选银精矿1 8 4 7 ．5 3t ／a ，含银5k g ／t ，银金 属量9 ．2 4t ／a 。银按1 7 0 ．9 4 万元／t 计价。 d 铁精粉1 72 2 2 ．9 8t ／a ，含铁≥6 0 ％。按4 2 7 元／t 计价 e 蒸汽 1 ．2 5M P a 1 6t ／h ，年产蒸汽量6 72 0 0 t ／a 。按5 1 元／t 计价。 f 改造后少回收铜量 焙砂量1 93 5 0 7 ．7 t ／a ，铜品位0 ．5 ％。改造前回 收率7 5 ％，回收铜7 2 5 ．6 5 t ／a 。改造后回收率4 0 ％， 回收铜3 8 7 ．0 2 t ／a ， 少回收铜量3 3 8 ．6 4t ／a 。 新增年销售收入58 4 8 ．8 3 万元，见表2 ，价格为 不含税价。 表2 新增产品销售收入估算表 T a b l e2S a l e sr e v e n u ee s t i m a t i o nf o rn e wa d d i n gp r o d u c t 4 经济效益估算 年新增生产成本11 6 8 ．6 0 万元，新增销售收入 58 4 8 ．8 3 万元，年新增利润46 8 0 ．2 3 万元。按此方 案，每年渣堆存量减少1 4 万t 湿计 ，渣堆存综合成 本预估减少5 6 7 万元，因此，技改后该项目的综合经 济效益将达到52 4 7 ．2 3 万元。 5结论 1 采用回转窑挥发法改造后，该公司对原料的 适应性和综合回收能力将大大增强，可解决原料含 铁高，锌回收率低的问题，并且无危废渣产出，产出 的窑渣属一般固废渣，可做水泥厂原料及辅路路基。 2 采用回转窑挥发方案改造原有浸出系统，考 虑综合回收后的吨锌成本1 7 6 ．3 8 元，每年渣堆存综 合成本减少5 6 7 万元，技改后该项目的综合经济效 益将达到52 4 7 ．2 3 万元。 参考文献 [ 1 ] 彭容秋．锌冶金[ M ] ．长沙中南大学出版社，2 0 0 5 ． [ 2 ] 付运康．锌浸出渣不同处理工艺浅析[ J ] ．四川I 有色金 属，2 0 0 3 1 3 5 3 8 ． [ 3 ] 刘洪萍．锌浸出渣处理工艺概述[ J ] ．云南冶金，2 0 0 9 ， 3 8 4 3 4 3 7 ，4 7 ． [ 4 ] 王福生，车欣．浸锌渣综合利用现状及发展趋势[ J ] ．天 津化工，2 0 1 0 ，2 4 3 1 - 3 ． [ 5 ] 杨建军，丁朝，李永祥，等．湿法炼锌渣综合利用工艺现 状及分析[ J ] ．世界有色金属，2 0 1 1 6 4 4 4 6 ． 下转第4 2 页 万方数据 4 2 有色金属 冶炼部分 h t t p H y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 6 年第8 期 化工冶金，2 0 0 0 ，2 1 3 2 9 5 2 9 7 ． E 4 3 孟哈琪，马光，吴贤，等．镍钴高温合金废料湿法冶金回 收[ J ] ．广州化工，2 0 1 2 ，4 0 1 7 2 9 3 0 ． [ 5 ] 柳松，古国榜．镍基高温合金废料的回收[ J ] ．无机盐工 业，1 9 9 7 2 3 8 4 0 ． E 6 3 行卫东，范兴祥，董海刚，等．废旧高温合金再生技术及 进展E J 3 ．稀有金属，2 0 1 3 ，3 7 3 4 9 5 4 9 9 ． [ 7 ] 大连理工大学无机化学教研室．无机化学[ M ] ．北京 高等教育出版社，2 0 0 6 4 0 0 6 0 0 ． [ 8 ] 曹忠良，王珍云．无机化学反应方程式手册[ M ] ．长沙 湖南科学技术出版社，1 9 8 5 2 7 5 3 0 0 ． 上接第1 5 页 [ 6 ] 梅毅．回转挥发窑在锌浸出渣处理中的应用[ J ] ．有色 金属设计，2 0 0 3 增刊1 1 1 3 1 1 8 ． E 7 ] 未立清．利用旋涡炉处理锌浸出渣的试验研究E J ] ．有 色矿冶，2 0 0 4 ，2 0 6 2 4 2 6 ． E 8 3 董铁红．利用旋涡炉工艺处理锌冶炼残渣[ J ] ．节能， 2 0 0 9 6 3 7 3 8 ． E 9 ] 杨淑霞．韩国温山锌冶炼厂利用奥斯麦特技术处理锌 渣情况介绍[ J ] ．有色冶金设计与研究，2 0 0 l ，2 2 1 1 8 2 4 ． 万方数据