煉鉛廠氧化鋅煙塵鋅綜合回收流程選擇

1、煉鉛廠氧化鋅煙塵鋅綜合回收流程選擇許惟玲1郭明2段繼銘3石曉嵐4(1.河南省冶金規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院；2.河南省冶金研究所；3.云南瑞升科技有限公司；4.中國鋼鐵集團(tuán)公司)摘要針對(duì)豫光金鉛股份有限公司鉛冶煉系統(tǒng)鉛渣煙化爐產(chǎn)岀的氧化鋅煙塵特點(diǎn)、生產(chǎn)規(guī)模及企業(yè)所處的環(huán)境條件等因素，進(jìn)行了各種工藝的分析對(duì)比，最后選定氧化鋅煙塵焙燒-中浸一酸浸-三段凈液-電積工藝流程綜合 回收氧化鋅煙塵中的鋅金屬。關(guān)鍵詞 氧化鋅煙塵 綜合回收 鋅冶煉FLOW SE L ECTIO N OF ZINC COMPREHENSIVE RECO VERY FROM ZINCO XID E SMO KE FR OM L EAD SM

2、EL TING FACTO RYXu Weiling 1 Guo Ming2 Duan Jiming3Shi Xiaolan4(1. Metallurgical Planning , Design and Research Institute of Henan Province ; 2. Metallurgical Research Institute of.illHenan Province ;3. Ruisheng Science & Technology Co . , Ltd. Yunnan ; 4. China Iron & Steel Group Co .丄td)于I

3、I、J、 ' .11ABSTRACT Based on the characteristics of zinc oxide smoke produced by Lead slag fuming furnaces under the Lead smelting system ,the scale of production and the environmental conditions of plant in the Yuguang Gold & Lead Co . ,Ltd and other related factors , and after analysis and

4、comparison of different production processes , the zinc oxide smoke roastingneutral leaching acidic leaching three stages solution purification electrowinning flow of Zn comprehensive recovery from zinc oxide smoke has been finaly decided.KEY WO RDS zinc oxide smoke copmprehensive recovery zinc smel

5、ting聯(lián)系人：許惟玲，高級(jí)工程師，河南.鄭州（450053，河南省冶金規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院總工辦；收稿日期:2003 3 14河南豫光金鉛股份有限公司電解鉛現(xiàn)年產(chǎn)量為10萬噸以上，產(chǎn)銷量在全國排名第二，從鉛冶煉過程綜合回收的金、銀、硫酸等產(chǎn)品無論產(chǎn)量還是效益 都很可觀，但鉛系統(tǒng)煙化爐產(chǎn)出的氧化鋅煙塵由于 鉛和砷、銻等含量高而外銷困難，價(jià)格很低。為了解 決這一難題，發(fā)揮鉛和鋅互補(bǔ)的優(yōu)勢(shì)，使鉛渣中的鋅得到綜合利用，公司擬在鉛冶煉廠老廠區(qū)內(nèi)充分利 用現(xiàn)有設(shè)施，建設(shè)年產(chǎn)電解鋅2 . 5萬噸的鋅系統(tǒng)。公司鉛冶煉系統(tǒng)年副產(chǎn)氧化鋅煙塵含金屬鋅約2萬噸。為工藝流程所需，尚須配用約1. 1萬噸（金 屬量）鋅焙燒礦。

6、1幾種鋅冶煉工藝的分析對(duì)比煉鋅方法可分為火法和濕法兩大類。火法煉鋅 工藝中除了密閉鼓風(fēng)爐煉鋅（ISP）法因其適用于冶煉鉛鋅混合精礦、含貴金屬的鉛鋅復(fù)雜精礦具有一 定的生命力外，平罐、豎罐、電熱等火法煉鋅工藝已 趨淘汰。目前世界鋅的總產(chǎn)量中，85 %以上為濕法煉鋅工藝所生產(chǎn)。濕法煉鋅由精礦焙燒、浸出、凈液和電積四大工 序組成。其中焙燒仍為火法過程，主要目的是精礦 脫硫。各種濕法煉鋅工藝流程的主要不同之處都表現(xiàn)在鋅焙燒礦（氧化鋅焙砂和煙塵）的浸出和凈液工 藝。本項(xiàng)目的主要原料是公司鉛冶煉系統(tǒng)副產(chǎn)的氧 化鋅煙塵，配用部分外購的氧化鋅焙燒礦，無須再設(shè)置以脫硫?yàn)橹饕康牡木V焙燒工序。但氧化鋅煙塵含有較

7、多氟、氯、砷、銻等有害成份，為脫除氟、氯, 目前，效果較好、經(jīng)濟(jì)可行的方法有多膛爐焙燒和堿 液洗濾1 。多膛爐焙燒方法脫除氟、氯效果好，但設(shè) 備配套較復(fù)雜，投資較高；堿液洗濾脫氯效果好，設(shè) 備簡(jiǎn)單，操作容易，勞動(dòng)條件好，投資少，但其脫氟能 力差，尤其對(duì)粒度較粗的煙道氧化鋅脫氟效果更差。對(duì)于砷、銻雜質(zhì)，濕法煉鋅工藝主要依靠鋅焙燒礦中 足量的鐵在浸出工序先溶解進(jìn)入溶液后又氧化水解 沉淀的過程，與砷、銻形成復(fù)鹽以吸附共沉淀的方法 脫除2。由于氧化鋅煙塵含鐵量很少，單獨(dú)處理氧 化鋅煙塵難以除凈砷、銻,致使難以生產(chǎn)高等級(jí)鋅。因此,通常氧化鋅煙塵要搭配相當(dāng)數(shù)量的含鐵鋅焙 燒礦一起使用1 。浸出工序使用的浸

8、出液是來自電積的循環(huán)電解（廢）液。就浸出工藝而言，目前國內(nèi)外普遍采用且 技術(shù)成熟的有常規(guī)浸出工藝（中性浸出+酸性浸出,酸度和溫度均較低）和各種熱酸浸出工藝 （高溫、高酸浸出）。常規(guī)浸出工藝浸出渣量大，渣含鋅高（在20 %左右），一般需配置回轉(zhuǎn)窯處理浸出渣以提高鋅 的總回收率?；剞D(zhuǎn)窯渣無毒，無論棄置還是填坑墊 路對(duì)環(huán)境影響均較小 。各種熱酸浸出工藝鋅的直收 率高，渣量少，渣含鋅低，一般不再處理，但渣中含有 大量對(duì)環(huán)境有害的可溶成份，難以處置，不適于在城市和人口稠密地區(qū)應(yīng)用 。除了上述氟、氯、砷、銻、鐵等雜質(zhì)通常應(yīng)在焙燒 和浸出工序全部或大部脫除之外，進(jìn)入浸出液的銅、鎘、鉆、鎳等有害雜質(zhì)必須在專門

9、的凈液工序中予以 深度脫除。目前普遍應(yīng)用的凈液工藝有鋅粉 一黃藥 法、砷鹽法、反向銻鹽法和鉛銻合金鋅粉法等 。凈液 有一段、二段、三段甚至四段之分 ，采用較多的是二 段或三段凈液。鋅粉一黃藥法操作溫度低、控制簡(jiǎn) 單，蒸汽和鋅粉單耗均較低，但該法的砷、銻、鎳凈化 效果差。砷鹽法先在較高溫度下用砷鹽作鋅粉的活 化劑脫除銅、鎳、鈷和部分鎘，而后適當(dāng)降溫再用鋅 粉除殘余鎘?？蓪?shí)現(xiàn)深度凈化，但各種雜質(zhì)不易分 別處理，且有砷毒污染問題 。反向銻鹽法近來在國 內(nèi)外濕法煉鋅行業(yè)應(yīng)用最多3 。先在較低溫度 加鋅粉和銻鹽除鎳、鈷，最后再加少量鋅粉去除殘余（復(fù)溶）鎘。此工藝可深度凈化并無砷毒污染，大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)有利于

10、銅 、鎘、鎳、鈷的綜合回收。不足之 處是蒸汽和鋅粉消耗較多。鉛銻合金鋅粉法類似反 向銻鹽法，需用含鉛、銻的特殊鋅粉。鋅電積各種工藝的本質(zhì)區(qū)別不大 ，各廠的主要 不同僅在于電流密度 、電解液酸度、電解槽結(jié)構(gòu)與大 小、不同陽極材質(zhì)以及陰極電積周期等。電積產(chǎn)出的陰極鋅片通常采用人工剝片的方法從陰極鋁板上剝下，部分大型鋅電解車間（年產(chǎn)10 萬噸以上）使用機(jī)械裝備剝鋅。鋅片經(jīng)工頻感應(yīng)爐1T t Vl 4 V £ ，i； .:'熔化鑄錠。常規(guī)浸出工藝產(chǎn)出的鋅浸出渣含鋅約20 %左右，我國濕法煉鋅廠多采用回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)回收浸出渣 中的鋅、鉛等有價(jià)金屬。若浸出渣中貴金屬或鉛含 量較高時(shí)，也可考慮

11、將浸出渣送鉛冶煉系統(tǒng)處理。2項(xiàng)目原料特點(diǎn)河南豫光金鉛股份有限公司鉛冶煉系統(tǒng)鉛渣煙 化爐產(chǎn)出的粗、細(xì)兩種氧化鋅煙塵典型成份見表 1 4 ，一般鋅精礦經(jīng)沸騰爐流態(tài)化焙燒后產(chǎn)出的鋅焙（50 C55 C）加鋅粉除銅、鎘，再升溫至85 C90 C燒礦成份范圍列于表2。表1煙化爐氧化鋅煙塵成份%項(xiàng)目ZnPbCuAsSbCdFeFCSSO2產(chǎn)出比粗煙塵41.2818. 150.0520. 340. 460. 0132. 600.820 . 080 .203.2235細(xì)煙塵50. 228. 390.0330. 250. 350. 0151. 441.040 . 110 .263.6465平均47. 0911.

12、 810.0400. 280. 390. 0141. 850.960 . 100 .243.50100表2鋅焙燒礦成份一般范圍%ZnPbCuAs + SbCdFeFClSSO25060< 20.20.5< 0. 40. 2 0. 53 6< 0.02< 0. 02< 1< 3注：表中Fe、S02含量指可溶鐵、可溶硅的含量。由表中數(shù)據(jù)可知，本項(xiàng)目的主要原料氧化鋅煙 塵鉛含量和砷、銻含量高于一般鋅焙燒礦，而其銅、鎘、鐵的含量則較低。銅、鎘含量低可減少凈液時(shí)鋅 粉的消耗，但砷、銻高鐵低卻增大了凈液除砷、銻的難度。因此，一是需配用部分含可溶鐵較多而砷、銻含量低的鋅焙

13、燒礦，二是需適當(dāng)添加二價(jià)鐵（硫酸亞 鐵）的用量以利于除砷、銻。鉛含量高增加了硫酸耗 量。本項(xiàng)目除了以公司鉛冶煉系統(tǒng)副產(chǎn)的氧化鋅煙 塵為主要原料外，尚須補(bǔ)充含鋅金屬量約11000噸的鋅焙燒礦，其參考成份見表3。表3選用的鋅焙燒礦成份%ZnPbCuAs + SbCdFeFCSSO250. 002. 00.400. 360 . 306.0<0.02<0. 02 0.63. 0注:表中Fe、SO2含量指可溶鐵、可溶硅的含量3項(xiàng)目工藝流程選擇根據(jù)原料特點(diǎn)、生產(chǎn)規(guī)模和企業(yè)所處的環(huán)境條 件等因素，本項(xiàng)目選用的濕法煉鋅工藝流程見圖1。氧化鋅煙塵先經(jīng)多膛爐焙燒脫除氟氯，經(jīng)干式球磨（干式分級(jí)閉路循環(huán)）

14、后，單獨(dú)進(jìn)行一次中性浸 出。氧化鋅煙塵中浸上清液泵送另一槽內(nèi)，與經(jīng)球磨磨細(xì)的鋅焙燒礦在氧化狀態(tài)進(jìn)行鋅焙砂的一次中 性浸出（補(bǔ)充廢電解液）。分別進(jìn)行一段中浸后，氧 化鋅煙塵中浸底流和鋅焙砂中浸底流混合進(jìn)行二段 酸性浸出。二段酸浸后經(jīng)洗濾、干燥的浸出渣送鉛冶煉燒結(jié)配料，浸出操作條件見表 4。之所以選上述浸出工藝流程和浸出渣處理方案，主要是考慮本項(xiàng)目所用原料的60 %以上為鉛系統(tǒng)鉛渣煙化爐產(chǎn)出的氧化鋅煙塵 ，其氟、氯、砷、銻等 雜質(zhì)較高而可溶鐵含量低。采用多膛爐焙燒脫氟、桌UK!耐靈昨賞電樣MW表5凈液操作條件»*吃亀一誡_刃*' *IT"圖1濕法煉鋅工藝流程圖 表4浸岀

15、操作條件項(xiàng)目煙塵中性浸出焙燒礦中性浸出二段酸性浸出起始酸度/ g/ L110 13080 12080 120終止酸度/ g/ LPH4. 5 5. 0PH 5. 2 5. 40. 52.5液固比7105 86 9溫度/ c70 80708075 85浸出時(shí)間/h1 1.51 1.52 3. 5浸出液含Zn / g/ L100 130120140110 130氯效果好于其他方法，對(duì)最終產(chǎn)品質(zhì)量和電積生產(chǎn) 有利。氧化鋅煙塵單獨(dú)進(jìn)行中浸且浸出液再用于鋅 焙砂的中浸，主要是易于利用鋅焙砂中浸過程脫除 進(jìn)入氧化鋅浸出液中的砷、銻。因規(guī)模不大，浸出的第二段（酸性浸出）將氧化鋅煙塵和鋅焙砂的中浸底 流混合后

16、進(jìn)行，以減少浸出槽數(shù)量、降低投資。本 項(xiàng)目原料特點(diǎn)之一是含鉛高，浸出渣含Pb高達(dá)16 %左右。同時(shí)，渣含Zn亦約16 %。此渣經(jīng)過 干燥后送本公司鉛系統(tǒng)處理，一來可直接回收鉛，其 中的鋅最終在鉛渣煙化爐中以氧化鋅煙塵形式回收 又成為鋅系統(tǒng)的原料,這與另建回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)渣中 Pb、Zn相比效果更好；二來可減少建一套耗資巨大 的回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)，大幅度減少項(xiàng)目建設(shè)投資。約3. 3萬噸的浸出渣對(duì)年處理鉛精礦 30余萬噸的鉛冶煉 系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生大的影響。鋅焙燒礦中浸上清液泵送凈液車間 ，先經(jīng)流態(tài) 化連續(xù)凈化塔除銅、鎘。流態(tài)化凈化塔處理能力大、占地面積小、投資省。除銅鎘后液連續(xù)泵入機(jī)械攪 拌槽升溫，進(jìn)行二段凈液除鎳

17、、鈷以及第三段再用鋅 粉除殘余鎘。凈化后液經(jīng)壓濾，送電解車間，凈液操 作條件見表5。項(xiàng)目流態(tài)化連續(xù)凈化除Cu、Cd二段除Ni、Co三段除Cd溫度/ c50 5580 9050 55PH時(shí)間/5. 2 5. 45.25.45. 2 5. 4h鋅粉用15 253 42 3量砒霜用 量4 5 倍（Cu + Cd）1. 5 2. 5 kg/ tZn15 20kg/ tZn在三段凈液工序分別產(chǎn)出銅鎘渣、（鎳）鉆 渣。凈化渣中主要成份仍然是鋅 ，約占35 %左右。由于 進(jìn)入鋅系統(tǒng)的原料中銅、鎘、鎳、鈷均較少，四種元素含量總和不到 200t/ a ,其中鎳鈷量不足 23 t/ a ,鎘 金屬量不過7080t

18、/ a ,富集在凈化渣中的數(shù)量還要 少于以上數(shù)據(jù)。同時(shí)，年產(chǎn)凈化渣總量?jī)H約15002000t。因此，本項(xiàng)目暫不考慮鎘等元素的進(jìn)一步回 收，設(shè)防滲堆場(chǎng)暫堆存或出售給現(xiàn)已具備綜合回收 能力的單位。另一方面，鉛渣煙化爐產(chǎn)出的氧化鋅煙塵中通 常含有較高的銦、鍺以及硒、碲等稀散元素，鋅焙燒 礦中還含有少量銀等貴金屬。銀在鋅濕法冶煉流程 中大部分留在浸出渣中，少量進(jìn)入銅鎘渣。浸出渣中的銀與鉛一起由鉛冶煉系統(tǒng)回收。伴生稀有、稀散金屬元素的綜合回收，從工藝流程到環(huán)保條件等 都有其特殊性，豫光金鉛股份有限公司可把鉛冶煉 系統(tǒng)和鋅冶煉系統(tǒng)合并考慮，設(shè)置一處共用的綜合利用處理系統(tǒng)。凈化后的新液泵送電解車間電積產(chǎn)出陰

19、極鋅。日產(chǎn)電鋅約80噸，采用中等大小（3. 3 X）. 82滋.45 m）電解槽176臺(tái)，按4列布置成兩個(gè)系列。人工剝 鋅，工頻感應(yīng)爐配直線式鑄錠機(jī)熔鑄成鋅錠。熔鑄過程產(chǎn)出的浮渣經(jīng)人工撿選，部分就地回爐，部分灰表6主要工藝技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目指標(biāo)年產(chǎn)鋅錠/ t2500（其中0# 鋅、1 # 鋅各50%年處理氧化鋅煙塵/ t42500（ Zn 品位 47 %）年處理鋅焙燒礦/t22000（ Zn 品位 50 %）鋅冶煉系統(tǒng)鋅總回收率/ %95. 8（浸出渣和凈化渣中 的鋅按可回收80 %計(jì)）鋅冶煉系統(tǒng)鋅直收率/ %80. 6返送鉛冶煉系統(tǒng)渣量/ t/ a3300（051 品位 15.7 % ,PB 位6

20、.5 %綜合浸出渣率/%凈化渣產(chǎn)出量/ t/ a蒸汽單耗/ t/ t51.2鋅錠 鋅粉單耗/ kg/ t鋅錠2000 （Zn 品位 35 %）鋅電積電流密度/ A/ m22.2鋅電積直流電耗kW. hX陰極鋅50鋅冶煉電力總單耗kW. h/t鋅錠46031004400多膛爐焙燒用煤氣單耗m3/ t鋅錠190（下轉(zhuǎn)第43頁）3.2 油缸尺寸最大效率工作點(diǎn)時(shí)：負(fù)載壓力P = 2Po/ 3因此油缸有效面積為：32A = 1 . 5F/ Po = 3. 275 XO - m選取活塞桿直徑 di = 70mm，則油缸內(nèi)徑為：D = 95mm 圓整為油缸內(nèi)徑 D = 100mm故選取雙活塞桿式重型油缸：D

21、25ZB100/ 70 160 行程 160mm油缸實(shí)際有效工作面積為：Ap = 4.0 X0 - 枝晶和氧化釷富集區(qū)，是下一次使用時(shí)電弧的起弧點(diǎn)。電弧起弧的穩(wěn)定性取決于電極尖端氧化釷的含 量。 參考文獻(xiàn)1 X. Zhou , J . Heberlein. An eperimental investigation of factors affecting arc - cathode erosion J . Journal of PhysicQ : Applied Physics , 1998 ,31（19） ：25772590.m（上接第20頁）可達(dá)0.7m/ s。3）在焊接過程中，電弧上方的

22、電極表面形成鎢3.3系統(tǒng)油源實(shí)際工作壓力Ps = 1. 5F/ Ap = 13MPa3.4最高糾偏速度糾偏速度V的選擇與卷取機(jī)速度有關(guān)系，糾偏 速度愈高，帶卷的糾偏精度愈好，但系統(tǒng)的功耗也會(huì) 迅速增加，一般可按下述經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇 ：低速卷取（Vc < 15m/ min） V = （ 23） X0 - m/ sec中低速卷?。╒c = 1540m/ min）V = （ 34）-2X0 m/ sec中高速卷取 （Vc = 40100m/ min） V = （45）-2X0 m/ sec高速卷?。╒c > 100m/ min）V = （5 6） X0 一m/ sec由于機(jī)列最大速度為5

23、0m/ min ,故選取最高糾偏速度為:V = 4 10 - 2m/ sec3 . 5電液伺服閥伺服閥的流量應(yīng)滿足油缸速度V = 4 10 - 2 m/sec的要求，所需伺服閥的流量為：負(fù)載流量 Q1 = ApV = 9 . 6L/ min伺服閥閥壓降 Pv = Ps - 2Ps/ 3 = 4 . 3MPa伺服閥在7.0MPa閥口壓降時(shí)的流量：Qn = Q1,7/ Pv = 12L/ min考慮閥的泄漏量和留有余地，選取動(dòng)圈滑閥直接反饋式 伺服閥S/8 F16，額定壓力20MPa，額定 流量（7MPa閥壓降下）16L/ min。4結(jié)束語該系統(tǒng)已經(jīng)成功運(yùn)用于洛銅的兩條清洗機(jī)列生 產(chǎn)線并正常運(yùn)行多

24、年，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）該裝置具有響應(yīng)快、精度高的特點(diǎn)。糾偏精 度達(dá)到±mm ;2）抗各種干擾能力強(qiáng)；3）可靠性高。該系統(tǒng)運(yùn)行至今未發(fā)生大的設(shè)備 故障；4）性能價(jià)格比高。比國外同類產(chǎn)品便宜許多。該系統(tǒng)的成功開發(fā)，為洛銅帶來了很大的經(jīng)濟(jì) 效益，也為洛銅許多生產(chǎn)線上對(duì)中系統(tǒng)的國產(chǎn)化改 造打下了良好基礎(chǔ)。5參考文獻(xiàn)1 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).第3版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1997.A. A. Sadek , M. Ushio , and F. Matsuda Effect of rare earth metal 0逐 ide additions to Tungsten electrodesJ . etallurgical Transactions A ,