高铅氧化锌烟尘综合回收的生产实践与设计改进.pdf

2 0 1 5 年第1 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 d o i l o ．3 9 6 9 ／j ．i 蟠n ．1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 1 5 ．0 1 ．0 0 3 高铅氧化锌烟尘综合回收的生产实践与设计改进 森维1 ，彭林1 ，雷胜1 ，杨继生1 ，宋兴诚1 ，孙红燕2 1 ．云南锡业集团 控股 有限责任公司，云南个旧6 6 1 0 0 0 ； 2 ．红河学院理学院，云南蒙自6 6 1 1 0 0 摘要以2 ．5 万t ／a 高铅氧化锌烟尘综合回收项目为例，对其生产实践经验和设计改进进行总结，并提出 重点对除氟氯和除砷锑工艺进行技术攻关，可为类似冶炼项目的设计和生产实践提供参考。 关键词氧化锌；烟尘；生产实践；设计改进 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 5 0 1 一0 0 1 1 一0 4 P l a n tP r a c t i c ea n dD e s i g nO p t i m i t i o nf o rC o m p r e h e n s i V e R e c o V e r yo fH i g h - l e a dB e a r i n gZ i n cO x i d eD u s t S E NW e i l ，P E N GL i n l ，L E IS h e n 9 1 ，Y A N GJ i s h e n 9 1 ， S O N GX i n g c h e n 9 1 ，S U NH o n g y a n 2 1 ．Y u n n a nT i nG r o u p H o I d i n g C o m p a n yL i m i t e d ，G e j i u6 6 1 0 0 0 ，Y u n n a n ，C h i n a 2 ．C o l l e g eo fS c i e n c e ，H o n g h eU n i v e r s i t y ，M e n g z i6 6 1 l O O ，Y u n n a n ，C h i n a A b s t r a c t T h ep l a n tp r a c t i c ea n dd e s i g no p t i m i t i o nf o rc o m p r e h e n s i v er e c o v e r yo fh i g h l e a db e a r i n gz i n c o x i d ed u s tw i t hc a p a c i t yo f2 5k t ／aw e r es u m m a r i z e d ．T e c h n i c a lr e s e a r c hn e e d st of o c u so np r o c e s s e st o r e m o v ef l u o r i n e ， c h l o r i n e ， a n t i m o n ya n da r s e n i c ． T h i sp r o j e c ts e r v e sa sar e f e r e n c ef o rd e s i g na n d p r o d u c t i o np r a c t i c eo fs i m i l a rs m e l t i n gp r o je c t s ． K e yw o r d s z i n co x i d e ；d u s t ；p r o d u c t i o np r a c t i c e ；d e s i g ni m p r o V e m e n t 锌应用领域的逐渐拓宽，需求量越来越大，促进 了我国锌冶炼能力的不断扩大[ 1 ‘2 ] ，推动了锌冶炼行 业的快速发展，但同时也面临困境1 国内矿供应不 足，原料价格高；2 锌产品产量过剩，价格低，且近5 年持续下跌。以上困境导致锌的冶炼加工利润降 低，因此，企业需加强对二次锌资源[ 3 ’9 1 如氧化锌烟 尘、废铅锌电池、合金、废电子材料等 的综合回收利 用，节省成本，提高市场竞争力。本文以某冶炼厂高 铅氧化锌烟尘综合回收项目为例，对其生产实践经 验和设计改进进行总结，可为类似冶炼项目的设计 和生产实践提供参考。 1 氧化锌烟尘湿法冶炼项目概述 云南某冶炼厂的铅火法冶炼系统产出的高铅 氧化锌烟尘含Z n3 0 ％～5 0 ％，P b3 0 ％～4 0 ％，且 含有A g 、C d 、A s 、S b 、F 、C l 等元素。由于烟尘成分 复杂，铅、锌含量接近，如果采用火法回收铅，则锌 又再次变为氧化锌烟尘，消耗能源；如果采用湿法 回收锌，则铅又以铅银渣的形式加入湿法渣中，需 外售给铅冶炼厂处理。此外，根据环保方面的要 求，该含铅高的烟尘为危险固体废弃物。上述因 素导致该高铅氧化锌烟尘的销售价格非常低，因 收稿日期2 0 1 4 一0 8 1 0 基金项目云南省教育厅科学研究基金一般项目 2 0 1 3 Y 0 6 8 ；红河学院“化学”云南省硕士点建设学科开放基金 重点项目 H X Z l 3 0 8 作者简介森维 1 9 8 5 一 ，男，云南会泽人，工程师，硕士． 万方数据 1 2 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i mm ．c n 2 0 1 5 年第1 期 此，冶炼厂结合自身优势，采取铅锌联合冶炼的方 法来处理此高铅氧化锌烟尘，即选用传统锌湿法 冶炼工艺回收烟尘中的锌，然后将湿法系统产出 的铅银渣返回铅火法冶炼系统回收铅银，原则工 艺流程图见图1 。 图1 原则工艺流程 F i g ．1P r i n c i p l et e c h n O l o g i c a lp r o c e s s 项目建设规模为年处理高铅氧化锌烟尘2 ．5 万 t ，综合回收电锌1 万t ，铅o ．9 万t 以铅银渣形式产 出并返回现有火法系统回收铅、银 ，并回收海绵镉、 铜渣、钴精矿等副产品。首先，氧化锌烟尘选用碱洗 脱氟、氯工艺，脱除部分氟、氯后送至两段酸性浸出， 得到的酸浸液中几乎不含铁，因此需补充7 H 。O F e S 。，通过针铁矿除铁和中和除铁方法，脱除溶液 中有害元杂质砷、锑，得到砷、锑、铁都合格的除铁 液，最后对除铁液进行净化除氯、铜、镉、钴等杂质， 除杂后进行电积，产出锌片产品。在上述过程中，浸 出阶段产出铅银渣，返回铅火法冶炼系统回收铅、 银，补铁除砷锑阶段产出铁渣，返回火法冶炼系统进 行无害化处理，或送渣场堆存，净化阶段产出海绵镉 饼、铜渣和钴渣，作为副产品销售。 主要流程技术参数如下。碱洗温度5 0 ～ 6 0 ℃，时间3 ～4h ，p H 一1 1 ～1 2 ；一段酸浸温度 7 0 ～8 0 ℃，时间4 ～5h ．p H 一1 ～1 ．5 ；二段酸浸温 度8 0 ～9 0 ℃，时间7 ～8h ，终酸3 0 ～5 0g ／L ；补铁 除铁砷锑温度7 0 ～9 0 ℃，时间7 ～8h ，p H 一1 ．5 ～ 5 ．2 ；净化温度6 0 ～8 0 ℃，时间3 ～4h ，p H 一4 ．8 ～ 5 ．2 ；电解温度3 0 ～4 0 ℃，槽电压3 ．o ～3 ．5V ，电 流密度4 0 0 ～4 5 0A ／m 2 。经济技术指标锌回收率 9 5 ．1 ％，镉回收率8 5 ．3 ％，铅回收率9 9 ．1 ％。 2生产实践与设计改进 根据项目设计方案和施工图纸，进行了厂房建 设和设备安装，然后开始组织试车试生产工作，经过 几个月的试生产情况和实践经验，发现部分工艺流 程、设备选型、管道连接以及厂房结构等存在不合理 之处，需进行优化、改进。 2 ．1 碱洗段 根据原有设计，旧烟尘从零平面仓库输送到7 m 的碱洗槽进料口平面，需经过轮式装载机、进料 仓、鼠笼松散机、埋刮板、斗式提升机等设备，投资较 高，进料方式复杂。生产实践表明，整套设备运行 后，容易发生堵料现象，且电能消耗大。此工艺流程 完全可以简化，只需要一台套带抓斗的起重机，将物 料抓吊至7m 平面上的料仓中，然后用皮带称重给 料器直接将旧烟尘输送至碱洗槽内，此方法高效快 捷、实用。 碱洗方法是一种成熟的工艺n ”1 5 j ，但用于处理 高铅氧化锌烟尘时，脱氯效果差，只有2 0 ％～3 0 ％， 且碱消耗量大，每处理1 5t 烟尘需消耗约lt 碱，此 外，碱洗废水的处理成本也很高。因此建议对除氟、 氯工艺进行技术攻关，探索低成本脱氟、氯方法。 2 ．2 浸出段 由于烟尘中含A s1 ％～5 ％，S b0 ．5 ％～ 1 ．0 ％，F e o ．0 2 ％，具有含砷锑高，铁低的特性，因 此需补铁除砷、锑。设计方案为采用一段酸浸 终 酸p H 一1 ～1 ．5 一二段酸浸 终酸3 0 ～5 0g ／I 。 逆 流浸出，然后将含大量砷锑的一段酸浸液送针铁矿 除铁段脱砷锑。具体工艺条件为补加大量7 H 。O F e S 0 4 ，加石灰水控制p H ，通压缩空气将亚铁缓慢氧 化为三价铁，生成针铁矿晶体，将砷锑脱除达到要求。 针铁矿除铁法具有锌损小，渣容易过滤等优点， 但此方法主要用于脱除锌精矿、锌焙砂或烟尘的浸 出液中大量的铁，顺带脱除少量的砷、锑，不需要补 充铁，成本低n 6 。2 “。而将此方法应用于脱除低铁烟 尘酸浸液中的砷、锑，需补充大量的7 H 。o F e S O 。， 成本非常高，生产实践表明，每处理4 0m 3 溶液就需 要补充7 H 。O F e S O 。量1 ～2t ，操作时间也很长， 需1 2 ～2 4h 。 针对上述问题，经过论证后进行了工艺调整采 用一段中浸 终酸p H 一5 ～5 ．2 一二段酸浸 终酸 1 0 ～1 5g ／L 逆流浸出，并补充7 H 。0 F e S O 。和强 氧化剂，使砷、锑发生反应生成砷酸铁、锑酸铁沉淀， 从而进入铅银渣中。因此中浸液中的砷、锑明显降 重 万方数据 2 0 1 5 年第1 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 3 低，送针铁矿除铁段处理时补铁量有所减少，操作时 间也缩短至8 ～1 2h 。此方案已用于生产，效果优 于原设计。但仍然存在以下难题1 铅银渣中的砷 锑从原来的1 ％～2 ％升高到5 ％～1 0 ％，此渣返回 铅火法系统回收铅银，同时砷锑再次挥发进入高铅 氧化锌烟尘，因此造成砷锑在铅锌冶炼系统之间不 断恶性循环，消耗巨大成本；2 7 H O F e S 0 。消耗 量有所减少，但不明显，在浸出和除铁段都需要补 充；3 浸出段需消耗大量的强氧化剂；4 操作时间仍 然较长。针对上述技术难题，建议进一步技术攻关， 将砷、锑在流程中的走向进行调整，使其进入除铁渣 中，并探索新方法，缩短除铁时间，减少7 H F e S O 。的消耗量或采用其他低价值的物料来代替， 最大限度降低生产成本，提高经济效益。 此外，3 个一段酸浸槽和3 个二段酸浸槽的尺 寸均为西4m 5m ，搅拌桨叶离槽体底部约1 ．5m ， 搅拌电机功率为3 0k w 。投入生产后出现以下问 题由于烟尘含铅高，酸浸时得到大量密度高、黏度 大、粒度小的硫酸铅沉积于搅拌槽的底部，并将出液 口堵塞，严重阻碍整个工艺流程的运行，需大量人力 清理沉积物。针对此问题，进行了改进，将搅拌轴加 长，缩短搅拌桨叶离槽体底部的距离，并加大搅拌电 机的功率。改进运行后搅拌强度和范围加大，效果 非常明显，没有出现人工清槽现象。 2 ．3 净化段 硫酸锌溶液的净化采用传统的三段净化，即一 段除铜、镉，二段除钴、镍，三段除残镉。一段净化的 技术操作5 0 ～6 0 ℃，p H 一4 ．8 ～5 ．2 ，加电炉锌粉 量 g ／L 一 C d 含量1 ．5 C u 含量2 ，一段净化 前液含C d1 ～2g ／L ，含C uo ．5 ～1g ／L ，需加入大 量过量的锌粉来保证铜、镉脱出效果。通过试验探 索，对一段净化的工艺进行了调整，在加锌粉之前添 加一种活化剂，提高锌粉的利用率，通过技术改进 后，电炉锌粉量 g ／L C d 含量0 ．6 C u 含量 金属锌含量，即理论量的锌粉即可将铜除至 O ．2m g ／L 以下，将镉除至1 0 ～5 0m g ／L ，再经过二 段、三段净化处理后可完全达到电解液要求 C d ≤ 2 ．5m g ／L ，C u ≤0 ．5m g ／L 。生产实践表明，该方 法操作简单，实用，可节省一半以上的成本，铜、镉脱 出率均大于9 9 ％。 根据工艺设计，一段净化产出的铜镉渣经过一 次浸出后得到的铜渣含铜只有7 ％～1 0 ％，不能用 于铜渣除氯系统，且此铜渣中含有大量的镉，必须堆 存自然氧化后再次返回浸出槽进行二次浸出，才能 将镉回收。通过试验探索，对工艺进行了技术改进， 在铜镉渣浸出过程中添加强氧化剂，将铜镉渣中的 锌、镉进行强氧化反应，在4 ～8h 内即可得到含C u 5 0 ％～7 0 ％、C d 8 ％、Z n 5 ％的海绵铜渣，压滤后 即可返回铜渣除氯系统使用。生产实践表明，该技 术简单实用，可代替铜渣除氯需加入的锌粉和硫酸 铜，并减少一次浸出渣的搬运、堆存、破碎、返回浸出 槽等操作费用，节约大量成本。 由于烟尘中含镉o ．5 ％～2 ％，大于设计指标 o ．1 5 ％ ，每天产出的铜镉渣量较大，经过生产实践 表明，原设计的铜镉渣浸出槽和镉置换槽都为 2 3 ．7m 3 ，不能满足生产要求，影响工艺的正常运行， 下一阶段将增加铜镉渣浸出槽和镉置换槽，理顺流 程，减少中间物料的积压。 根据设计，净化段共有1 1 台套锌粉给料机，每 套配有5 0L 不锈钢贮运罐，料仓，2 ～2 0k g ／h 的锌 粉定量给料机，函1 5 0 2 0 0 的星型给料器，设备费、 安装费共约8 0 万元。投料试车后，实际锌粉给料量 需要4 0 ～1 0 0k g ／h ，锌粉给料机的给料量无法满足 生产，处于闲置状态，加锌粉通过人工缓慢加入。但 人工加锌粉不均匀，经常影响除杂效果，因此建议将 锌粉给料系统进一步改进，每套加锌粉设备只需要 一个料仓和一个震动给料器，操作时将锌粉称量后 加入料仓，调节阀门大小控制给料量即可实现均匀 给料的目的，完全满足生产需求，简单实用，设备成 本低。 2 ．4 电解段 从溜槽流至电解槽的导流管插入到电解槽液面 以下，试车后发现此方法导致电解槽之间有电流损 耗，增加了电锌能耗，因此建议将导流管接至液面以 上，并进行断流操作，可降低电耗，节约成本。 2 ．5 综合问题 水膨胀问题根据原设计，碱洗段的水洗渣采用 加水浆化后输送至浸出槽，因此有大量的水进入锌 系统，另外各种泵用的冷却水也进入污水坑，返回锌 系统回收利用，而且渣浆化水和加热的蒸汽冷凝水 也进入锌系统，造成试车期问水难以平衡，逐渐膨 胀。因此，对上述问题进行了改进，水洗渣加水浆化 改为用废电解液进行浆化，水膨胀基本得到控制。 但污水坑的废水还是难以利用，因此建议将泵的冷 凝水排至室外排水系统，或将其进行循环利用，不再 进入污水坑。 此外，很多测温度的传感器太短，建议加长，伸 到液面以下，且对于连续操作的槽体可装在溜槽上； 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 5 年第1 期 雷达液位计测量不准，受到热蒸汽的影响，数值波动 较大，建议改为其他类型的液位计。 3结论 1 通过对高铅氧化锌烟尘湿法冶炼项目进行大 量优化、改进，改进后效果理想，锌回收率9 5 ．1 ％， 镉回收率8 5 ．3 ％，铅回收率9 9 ．1 ％。 2 由于烟尘成分复杂，目前碱洗除氟、氯和补铁 除砷、锑工艺的效果不理想，成本非常高，建议重点 对低成本脱氟、氯和除砷、锑方法进行技术攻关。 参考文献 [ 1 ] 梅光贵，王德润，周敬元，等．湿法炼锌学[ M ] ．长沙中 南大学出版社，2 0 0 1 1 1 1 3 ． [ 2 ] 涂采栋，林蓉，汪大成．锌冶金物理化学[ M ] ．上海上海 科学技术出版社，1 9 7 9 1 2 ． [ 3 ] 杨永强，王成彦，杨玮娇，等．锌烟灰焙砂浸出铟、锗、锌 的研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 4 7 1 1 1 3 ． [ 4 ] 江秋月．高铅硅锌渣绿色回收锗铟的新工艺研究[ J ] ．有 色金属 冶炼部分 ，2 0 1 4 4 5 l 一5 3 ． [ 5 ] 王建芳，杨和平，庄肃凯，等．从锌冶炼废渣中回收银的 生产实践[ J ] ．有色金属 冶炼部分 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