多级逆流洗涤回收锌精矿直浸渣中水溶锌的研究.pdf

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 4 年第4 期 d o i l O ．3 9 6 9 ／j ．i 鹧n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 4 ．0 4 ．0 0 4 多级逆流洗涤回收锌精矿直浸渣中水溶锌的研究 汝振广1 ，潘涔轩1 ，苗华磊2 ，刘闺华1 1 ．中国环境科学研究院清洁生产中心，北京1 0 0 0 1 2 ； 2 ．株洲冶炼集团股份有限公司，湖南株洲4 1 2 0 0 4 摘要采用洗涤型隔膜压滤机和多级逆流洗涤工艺，研究电解锌直浸渣中水溶性锌的洗涤回收。结果表 明，采用三级逆流洗涤回收工艺，清水用量为渣 湿 重的3 0 ％，在连续7 个试验周期中，直浸渣中水溶锌 含量由原工艺的4 ．9 8 ％降低至o ．6 0 ％的稳定效果，高浓度的含锌洗出液可返回生产系统，不会影响生 产系统水平衡。 关键词直接浸出；水溶锌；逆流洗涤；水平衡 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 4 0 4 0 0 1 0 0 4 R e c o V e r yo fW a t e r - s o l u b l eZ i n cf r o mD i r e c tL e a c h i n gR e s i d u eo fZ i n c C o n c e n t r a t eb yM u l t i 。s t a g eC o u n t e r c u r r e n tW a s h i n g R UZ h e n _ g u a n 9 1 ，P A NC e n x u a n l ，M I A OH u a l e i 2 ，L I UG u i h u a l 1 ．C l e a n e rP r o d u c t i o nC e n t r e ，Ch i n e s eR e s e a r c hA c a d e m yo fE n v i r o n m e n t a lS c i e n c e s ，B e 玎i n gl O 0 0 1 2 。C h i n a 2 ．Z h u z h o uS m e l t e rG r o u pC o ．I 。t d ，Z h u z h o u4 1 2 0 0 4 ，H u n a n ，C h i n a A b s t r a c t W a t e r s o l u b l ez i n c W S Z w a sr e c o v e r e df r o md i r e c tl e a c h i n gr e s i d u e D L R o fz i n cc o n c e n t r a t e b ym u l t i s t a g ec o u n t e r c u r r e n tw a s h i n gp r o c e s sw i t hm e m b r a n ef i l t e rp r e s s ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h er e c o v e r yo fW S Zc o u l db er e d u c e df r o m4 ．9 8 ％t o0 ．6 0 ％i nc o n t i n u o u ss e v e ne x p e r i m e n tp e r i o d su n d e rt h e c o n d i t i o n so fd o s a g eo fc l e a rw a t e ra c c o u n t i n gf o r3 0 ％o fw e i g h to fw e tD L Ra n dt h r e e s t a g ec o u n t e r c u r r e n tw a s h i n gp r o c e s s ．T h ew a s h i n gs o l u t i o nw i t hh i g hc o n c e n t r a t i o no fW S Zc a nr e t u r nt ol e a c h i n gs 0 1 u t i o np r e p a r a t i o ns y s t e mw i t h o u ta f f e c t i n gw a t e rb a l a n c ei nt h ew h o l ep r o c e s s ． K e yw o r d s d i r e c t1 e a c h i n gr e s i d u e ；w a t e r s 0 1 u b l ez i n c ；c o u n t e r c u r r e n tw a s h i n g ；w a t e rb a l a n c e 我国锌产量连续多年居世界第一位[ 1 ] 。目前 国内以硫化锌精矿为原料的炼锌工艺流程主要为焙 烧一多段浸出一净化一电积，锌浸出率在9 7 ％左 右，但工艺复杂，易造成大气污染[ 2 ] 。国内一些企业 引进国外先进的直接浸出炼锌技术，锌精矿不需焙 烧，在富氧条件下直接高酸浸出，工艺简单，自动化 程度高，操作方便，环境污染小，锌浸出率高达9 9 ％ 以上‘3 。4 ] 。 在直浸工艺中，硫化锌精矿湿法浸出后产生的 尾矿渣中含有大量的单质硫 6 5 ％ 及其它贵重金 属，无法进入渣场填埋，必须进行回收处理。但限于 现有的浓缩过滤工艺，渣中残留了约2 5 ％～3 0 ％的 浸出溶液，其中水溶锌浓度 以Z n 2 计 在1 4 0g ／L 以上，导致了渣中4 ．5 ％～5 ．5 ％ 以Z n 计 的水溶 锌残留，因此在回收处理硫和贵重金属前，必须降低 渣中水溶锌。目前该行业多采用将直浸渣加清水化 浆，稀释洗涤渣中水溶锌的工艺。该工艺一般需要 浓缩和多次化浆，工艺步骤多，设备投入较大[ s _ 6 ] ，且 收稿日期2 0 1 3 1 0 1 3 作者简介汝振广 1 9 8 3 一 ，男，黑龙江双鸭山人，硕士，工程师；通信作者潘涔轩 1 9 6 4 一 ，男，重庆涪陵人，博士，副研究员． 万方数据 2 0 1 4 年第4 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 很容易因洗涤用水量大导致生产系统水膨胀，或因 水量限制导致洗涤降锌效果不显著。而大量的洗涤 水因含锌浓度低无法返回生产系统，只能作为重金 属废水处理，造成了锌资源的浪费，增加了污水处理 的负荷。因此，目前国内外许多企业只能将直浸渣 长年堆放于防渗、防雨的场所，堆放成本高，环境风 险大[ 7 ] 。 带洗涤功能的隔膜压滤设备目前已在制糖[ 8 ] 、 钛白粉[ 9 ] 、电解锰[ 1 0 ] 等生产中得到成功应用，在对 物料高效洗涤与回收的同时，可大幅节约洗涤用水 量。本文采用多级逆流洗涤工艺，研究利用洗涤型 隔膜压滤机洗涤回收直浸渣中水溶性锌的可行性， 以及多级含锌梯度洗涤溶液对直浸渣的逆流洗涤效 果和回收率。 1试验部分 1 ．1 材料及设备 以某电解锌厂直浸工艺浸出终点浆料为原料。 主要设备有K M l 2 0 0 型隔膜清洗压滤机 洗涤板 1 ．2m 1 ．2m 、滤布8 0L ／ m 2 s 、S G 3 便携式电 导仪、S G 2 便携式p H 计、3 1 6 L 集液槽等。 1 ．2 洗涤工艺流程 多级逆流洗涤工艺试验流程如图1 所示。 、料槽 图l多级逆流洗涤工艺试验流程图 F i g ．1 E x p e r i m e n t a ln o ws h e e to fm u l t i 。s t a g e c O u n t e r c u r r e n tw a s h i n gp r O c e s s 1 ．3 试验步骤 1 压紧滤板，开启入料泵进料，待浆料充满腔室 后，取滤液检测其电导率及含锌浓度，停止人料； 2 对滤饼保持o ．2 ～o ．3M P a 的低压压榨2 ～3 m i n ，过滤液收集在滤液收集槽中； 3 启动清洗泵，取槽1 溶液对滤饼进行洗涤，洗 出液流人滤液收集槽，并记录洗出液流量；达到所需 流量后，进行循环洗涤，洗出液流回槽1 ，至洗出液 和洗涤液电导率相近； 4 保持洗涤压力，取槽2 溶液对滤饼进行洗涤， 洗出液流入槽1 ，并记录洗出液流量；达到所需流量 后，进行循环洗涤，洗出液回循环水槽2 ，直到洗出 液和洗涤液电导率相近； 5 保持洗涤压力不变，用清水对滤饼进行洗涤， 洗出液流入槽2 ，并记录洗出液流量；达到所需流量 后，停止洗涤； 6 调节压榨压力，保持0 ．6 ～0 ．8M P a 的压力 压榨8 ～1 0m i n ，压榨液流入循环水槽2 ； 7 松开滤板，卸下滤饼称重，取样检测渣中水溶 锌含量和含水率。 1 ．4 分析方法 对洗涤后直浸渣样品破碎，混合均匀后称取 5 0 ．0 0g 左右，放于已称重并标记的铝盘上，放入 1 0 5 ℃烘箱内烘烤至恒重，用电子天平称量测定，用 干燥前后的质量差计算渣的含水率。 根据G B ／T 1 4 3 5 3 ．3 2 0 1 0 ，用火焰原子吸收分 光光度法和E D T A 容量法测定渣样或水样的总锌。 2 结果与讨论 2 ．1 直浸渣中水溶锌含量 为了比较对直浸渣洗涤的效果，连续4 天跟踪 检测某电解锌厂直浸工艺产生的渣样中的水溶锌含 量，结果如表1 所示。 表l 直浸渣中水溶锌含量及含水率 T a b I e1C o n t e n t so fw a t e r - s o I u b l ez i n ca n d m o i s t u r ec o n t e n to fd i r ∞tI e 眦h i n g 代s i d u e ／％ 项目第1 天第2 天第3 天第4 天平均 渣中水溶锌 4 ．7 95 ．1 55 ．0 64 ．9 24 ．9 8 含水率 2 7 ．7 02 9 ．4 02 8 ．9 02 8 ．6 02 3 ．7 0 从表1 可知，直接浸出工艺产生的渣中水溶锌 含量平均4 ．9 8 ％ 以Z n 计 ，含水率平均2 8 ．7 0 ％， 直浸渣洗涤试验效果将以此参数进行对比。 2 ．2 清水洗涤 为研究洗涤型隔膜压滤机上对直浸渣中水溶锌 洗涤回收的效果和特征，在常温下用4 0 0L 清水连 续洗涤滤饼，检测清水洗涤后渣中水溶锌含量，共6 个批次的试验结果列于表2 。 从表2 可知，清水洗涤，用水量约4 0 0L ，可将 直浸渣中的水溶锌含量由原工艺的4 ．9 8 ％降至平 均o ．2 1 3 ％的水平，降幅达4 ．7 个百分点，平均回收 率在9 6 ％以上，连续6 个试验周期洗涤效果稳定， 渣中水溶锌减排效果明显。 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 m m ．c n 2 0 1 4 年第4 期 表2 清水洗涤试验结果 T a b l e2T e s tr e s Ⅱl t sO fc l e a rw a t e rw a s h i n g 渣中水溶锌含量／％洗涤时间／m i n 渣重／k g O ．2 0 4 O ．2 3 7 0 ．2 0 2 0 ．1 8 3 O ．2 4 1 O ．2 1 6 在实际生产中，水的用量是受到严格控制的， 因此开展了多级逆流洗涤工艺试验，旨在严格控制 清水用量，保证生产系统水平衡的同时，研究分析渣 中水溶锌的洗涤回收率，以及渣锌减排的效果。 2 ．3 循环洗涤 由于压滤机内的洗涤过程是在全封闭状态下进 行，无法对洗出液含锌浓度实行在线实时检测，因此 本试验采用对各级洗涤水和洗出液电导率的在线检 测作为观察洗涤过程变化规律和判断洗涤终点的参 考。各级洗涤水循环洗涤主要通过在线检测洗涤水 和洗出液的电导率变化，进而判断循环洗涤的终点， 试验结果如图2 所示。 从图2 可知，洗出液电导率与含锌浓度的变化 曲线几乎是完全一致的，因此采用电导率的在线检 测数据作为洗出液含锌浓度变化规律和判断洗涤终 点的参考是可行的。当洗涤水和洗出液的电导率趋 于直线变化，并在某一时刻重合交汇时，可判断洗涤 进出液的含锌浓度达到平衡，为循环洗涤的终点。 图2 循环洗涤在线监测结果 F i g ．2 R e s u l t so fO n ‘H n em o n i t O r i n g f o rc y c n n gw a S h i n g 从整个2 0m i n 循环洗涤过程分析，前1 0m i n 洗涤水和洗出液的电导率变化范围大，洗涤水溶液 的电导率迅速上升，洗出液的电导率迅速降低，洗涤 效率高，效果明显；后1 0m i n 洗涤进、出液电导率变 化曲线趋于直线，洗涤效率降低，当两条变化曲线交 汇时，可进行下一级洗涤。 2 ．4 3 级逆流洗涤 本试验采用二级循环洗涤水和一级清水组成3 级逆流洗涤工艺，洗涤时采用渣 湿 重3 0 ％左右的 清水，连续7 个批次的试验结果见表3 每批次共2 块滤饼，平均每块重3 5 ～4 0k g 。 表33 级逆流洗涤试验结果 T a b l e3R e s u I t so ft h r e e - l e V e Ic o u n t e r c u r r e n tw 嬲h i n g 批次 洗涤水用量／L 二级誓宴主笼 渣含水，％渣重，k g 渣中水溶锌／洗涤时间／ ％m i n 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 2 9 ．2 0 2 8 ．2 2 2 8 ．4 0 2 9 ．3 0 2 8 ．8 0 2 9 ．0 5 2 9 ．2 0 7 9 7 7 8 0 8 1 7 6 7 5 8 0 0 ．2 0 O ．2 5 O ．6 0 O ．5 7 O ．6 0 O ．6 5 O ．6 0 从表3 可看出，采用三级逆流洗涤工艺，每个 洗涤批次返回生产系统的溶液量与洗涤清水用量相 同，相当于等量的清水置换渣中的高浓度含锌溶液。 从第三洗涤批次开始，返液量低于渣中所含溶液量， 清水用量控制在渣 湿 重含水量以下，渣中水溶锌 含量由原工艺的4 ．9 8 ％降至0 ．6 0 ％，水溶锌残留量 稳定，洗涤回收率保持在约8 8 ％以上，说明在控制 清水用量、不影响生产系统水平衡的条件下，三级逆 流洗涤可获得较高的回收率。 2 ．5 各级洗涤水浓度变化 两级洗涤水在7 个洗涤批次中连续、循环使用， 各级洗涤水浓度变化情况如图3 所示。从图3 可 见，从第4 洗涤批次起，一级洗涤水含锌浓度变化趋 于稳定；从第3 批次起，二级洗涤水含锌浓度趋于稳 定；渣中水溶锌残留量在第3 批次后趋于稳定。 坠。。。土糊 水一5 5 O O O O O 清一2 z 2 2 2 2 2 锻一∞∞∞∞∞∞∞ 一一i i l 万方数据 2 0 1 4 年第4 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 。一一一。一’ i ，7 ，- 。∥】 _ ，差 型◆∑ 蓑⋯7 ．一 一锻洗涤水含锌卜萋 世■．r‘级洗涤水龠锌芒 啦一 。- 兹藐藻泉若箨1 兰 ▲■缎} 先涤水箭钎 ’ 1。 _ ★渣中水溶锌 1 2 鼍 i 。 图3 各级洗涤水含锌浓度变化 F i g ．3 V a r i a t i o n so fz i n cc o n c e n t r a t i o n s a f t e rw a t e rw a s h i n g 2 ．6 洗涤均匀性 采用图4 所示的多点式取样法，对整块滤饼进 行较全面的测试分析，研究洗涤技术对整块滤饼洗 涤效果的均匀性。 图4 滤饼取样点分布图 F i g ．4S a m p n gp o i n td i s t r i b u t i o no ff i l t e rc a k e A ～F 点的含水率分别为2 5 ．5 ％、2 5 ．0 ％、 2 5 ．6 ％、2 5 ．o ％、2 5 ．7 ％、2 5 ．7 ％，平均2 5 ．4 ％；渣中 水溶锌含量分别为0 ．5 5 ％、0 ．5 7 ％、O ．6 0 ％、 0 ．5 5 ％、O ．6 3 ％、0 ．6 1 ％，平均0 ．5 8 ％。测试结果表 明，整块滤饼不同位置的含水率和水溶锌含量都非 常均匀，说明在洗涤过程中，洗涤水是较均匀地对滤 饼进行洗涤，没有出现洗涤死角或穿裂滤饼等现象。 3结论 1 应用洗涤型隔膜压滤机洗涤回收直浸渣中水 溶性锌是完全可行的，清水连续洗涤可将渣中水溶 锌含量由原工艺的4 ．9 8 ％降到o ．2 1 ％，锌回收率可 达到9 6 ％以上。 2 采用3 级逆流洗涤工艺，清水用量控制在渣 湿 重的3 0 ％以下，水溶锌回收率保持在8 8 ％以 上，每个洗涤批次返回生产系统的溶液量低于渣带 走的水量，可保证整个系统的水平衡。为更好地提 高洗涤效果、减少清水用量，可增加逆流洗涤级数。 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 2 ． [ 2 ] 梁韶华．我国锌矿资源的加工与利用口] ．无机盐工业， 2 0 0 2 ，3 4 5 2 1 2 3 ． [ 3 ] 李若贵．常压富氧直接浸出炼锌[ J ] ．中国有色冶金， 2 0 0 9 ，3 8 3 1 2 1 5 ． [ 4 ] 孟波，王吉坤，张红耀．锌冶金技术的发展概况[ 刀． 云南冶金，2 0 1 0 ，3 9 2 9 9 1 0 1 I [ 5 ] 赵丰刚．湿法炼锌浸出渣和水渣的综合利用[ D ] ．沈阳 东北大学，2 0 0 9 ． [ 6 ] 胡路轩．锌焙砂矿浆液固工艺大幅降低渣水溶锌含量 [ N ] ．地质勘查导报，2 0 0 6 1 1 9 3 ． [ 7 ] 林世英．有色冶金环境工程学[ M ] ．长沙中南工业大 学出版社，1 9 9 1 7 7 7 9 ． [ 8 ] 朱谦，汪剑萍，冯育敏．隔膜压滤机在制糖工业中的应 用[ J ] ．广西蔗糖，2 0 0 2 4 3 6 3 7 ． [ 9 ] 王佳林，刘建良，李建军，等．隔膜压滤机在钛白粉后处 理生产中应用的改进[ J ] ．云南冶金，2 0 1 2 ，4 l 1 4 8 5 2 ． [ 1 0 ] 刘闺华，潘涔轩，朱克松，等．电解金属锰渣滤饼循环 逆流洗涤试验研究[ J ] ，中国锰业，2 0 1 0 ，2 8 2 3 6 3 8 ． 万方数据