中国氧压浸出炼锌工艺技术概论

陈 锋



中国氧压浸出炼锌工艺技术概论

陈 锋

论述了中国氧压浸出炼锌技术的发展历程、现状、特点等，特别是铁闪锌矿氧压浸出技术，不仅发展了氧压浸出技术，而且更有效地回收利用了资源。

炼锌； 氧压浸出； 发展历程； 工艺特点

1 氧压浸出炼锌技术简介

焙烧- 浸出法是现代炼锌工艺的主导流程，全世界80%以上的锌由该工艺生产。焙烧- 浸出法首先将硫化锌精矿通过沸腾焙烧炉焙烧成为氧化锌物料，再用硫酸进行浸出，硫酸锌溶液经过净化和电积得到电锌产品。沸腾焙烧炉产出二氧化硫烟气，经过收尘和制酸系统生产工业硫酸产品。

氧压浸出工艺是采用加压釜在一定的温度、压力并通入氧气的条件下，对硫化锌精矿进行直接酸浸。硫化锌中的锌转化为硫酸锌进入浸出液，原料中大部分的硫转化为元素硫进入浸出渣。浸出液经处理、净化、电积产出电锌，浸出渣经过浮选、热滤等工序产出商品元素硫。

与焙烧- 浸出法相比，氧压浸出工艺的优势在于：省去了庞大的沸腾焙烧和与之配套的收尘及制酸系统；硫以元素硫形式得到回收，消除了电锌生产与硫酸生产的强制性关系，对于硫酸没有销路的地区，具有十分积极的意义；原料适应性强，可以有效处理高铁、高硅、高汞等焙烧-浸出法难以处理的原料；锌的浸出率高，超过98%，金属回收率高。

氧压浸出工艺有一段浸出和两段浸出之分。一段浸出在一个釜内一次完成浸出作业，两段浸出在两个(段)釜内共同完成浸出作业。在相同浸出率的情况下，一段法浸出液酸度高，需要有含锌物料作中和剂，一般与焙烧- 浸出法联合使用，焙砂作为中和剂。两段浸出法可以得到较低酸度的浸出液，可独立处理硫化锌精矿。

经过30多年的生产实践，氧压浸出工艺的技术和设备装备已经成熟可靠，现已成为与焙烧- 浸出法各具特色的现代炼锌主导工艺技术。

2 氧压浸出炼锌技术现状

氧压浸出工艺于1981年由加拿大科明科公司首次进行工业化生产应用。中国针对高铁硫化锌精矿(铁闪锌矿)的具有自主知识产权的氧压浸出工艺于2004年进入工业化生产运用。

目前，世界上拥有此项技术产权的国家只有加拿大和中国，所有的氧压浸出炼锌工厂都由这两个国家提供技术。加拿大技术拥有方是Sherritt公司，中国技术拥有方为云南冶金集团股份有限公司。

采用加拿大技术的工厂有十多家，在中国已经建成的有两个10万t级的工厂，分别是丹霞冶炼厂和西部矿业公司，还有在建项目。采用中国技术已经建成的工厂有6个，分别是云南永昌公司(1万t级)、云南建水合兴公司(1万t级)、云南澜沧铅矿(2万t级)、新疆华源公司(2万t级)、黑龙江大兴安岭云冶矿业公司(2万t级)、内蒙古呼伦贝尔驰宏矿业公司(14万t级)。

3 中国氧压浸出炼锌技术的发展历程及相关工艺的研发

3.1 发展历程

云南文山、蒙自等地蕴藏有大量的铁闪锌矿，已经探明的储量有数百万吨金属。此矿物铁锌共生，选矿工艺不能有效分离，产出含锌40%～45%、含铁15%～20%的高铁硫化锌精矿。由于浸出时铁大量溶出，除铁工序负担重，大量铁渣带走锌，采用焙烧-浸出法处理该原料时，金属回收率很低(70%～80%)，生产成本高。而采用其它炼锌工艺处理也存在许多难题。由于没有合适的冶炼工艺，铁闪锌矿资源长期未能得到有效合理利用，大量资源闲置，开采出的部分资源也未合理利用，造成资源浪费。

20世纪80年代，加拿大氧压浸出进入工业化应用后，中国的科研工作者们开始了针对高铁硫化锌精矿的氧压浸出工艺技术的研究开发工作，完成了一系列低温、低压氧压浸出工艺试验研究，由于工艺、设备等原因，低温、低压氧压浸出工艺没有工业应用。20世纪90年代，中国研发的“低温、低压、加硝法”氧压浸出工艺技术完成了小型试验研究工作，确定了工艺技术操作参数、设备选型设计方案等重要内容，取得了阶段性成果。该工艺采用低温(～120 ℃，加拿大技术为～150 ℃)、低压(0.4 MPa，加拿大技术为1.0～1.5 MPa)、加入一定量硝酸进行高铁硫化锌精矿的直接氧压酸浸。低温、低压有利于节能、安全以及设备选型，加入硝酸有两个目的：一是作为催化剂加快反应速度，获得合理的浸出时间；另一个是解决加压釜防腐材质问题。加入硝酸后，加压釜可以采用316 L不锈钢制造(加拿大采用钢壳体内部搪铅再衬防腐砖方法)，解决了防腐砖和衬砖用胶泥的来源问题。该项工艺技术存在两个主要问题：一个是不能有效控制铁的溶出，大量的铁进入溶液需要脱除，在铁的控制方面与焙烧- 浸出法相比优势不太突出；另一个是加硝后需要脱硝工序，并且低温低压加硝法工艺有其固有的缺点，该法一直没有得到工业化应用。

20世纪90年代中后期，云南冶金集团公司开启了新一轮的高铁硫化锌精矿加压浸出研发工作，2004年，中国第一家万吨级高铁硫化锌精矿一段加压浸出工厂在云南保山的永昌公司建成投产并获得成功。该项目采用云南冶金集团研发的加压浸出工艺技术，加压釜内衬陶砖国内企业自主研发，衬砖胶泥为国内企业自主研发的有机胶泥(加拿大采用的是无机胶泥)，高压进料泵等工艺设备均为国内企业研发或生产。该项目拉开了中国氧压浸出工艺技术的工业化应用序幕。云南冶金集团公司的“高铁硫化锌精矿加压浸出工艺技术”获中国国家专利，并获得国家科学技术进步二等奖。云南冶金集团成为第二家拥有氧压浸出知识产权的公司。随后，云南建水合兴矿冶有限公司采用云南冶金集团技术的万吨级一段加压浸出炼锌工厂获得成功。

2005年，云南冶金集团公司在云南澜沧铅矿启动2万t高铁硫化锌精矿两段加压浸出项目。该项目于2008年建成投产，是中国第一家采用两段氧压浸出工艺技术的工厂。澜沧项目的建成投产，标志着中国氧压浸出工艺技术步入了完整期。该项目为中国氧压浸出工艺技术积累了宝贵的经验，为中国氧压浸出工艺技术的发展完善打下了良好的基础。

2007年，新疆华源公司采用云南冶金集团氧压浸出工艺技术在新疆鄯善县建设2万t加压浸出炼锌工厂，该项目因故缓建，直到2013年建成投产，获得成功。

2008年，云南冶金集团在黑龙江大兴安岭地区投资建设铅锌冶炼基地，一期2万t高铁硫化锌精矿加压浸出项目启动。该项目由昆明有色冶金设计研究院设计并总承包建设，2010年7月建成投料试生产，一次投料成功，主要工艺技术指标位列世界先进水平。该项目充分吸取永昌公司和澜沧铅矿的经验教训，在工艺配置、操作方式、自动化控制理念、设备设计和选型等诸多方面都做了有益的尝试或创新，初步形成云南冶金集团氧压浸出工艺技术的特点和技术诀窍。大兴安岭项目标志着中国氧压浸出工艺技术进入了成熟期。

2008年，云南冶金集团下属的驰宏锌锗股份有限公司在内蒙古呼伦贝尔市注册成立呼伦贝尔驰宏矿业有限公司，在呼伦贝尔经济开发区建设20万t铅锌冶炼基地。昆明有色冶金设计研究院承担14万t高铁硫化锌精矿加压浸出工程的设计和总承包工作。项目于2010年开工建设，2014年11月建成投料试生产，获得圆满成功。该项目是世界上单系列最大的氧压浸出炼锌工厂，拥有世界上最大的加压浸出釜，是一个具有世界先进水平的现代化大型冶炼厂。该项目结束了中国氧压浸出工艺技术没有大型冶炼厂的历史，是中国氧压浸出工艺技术发展的一个里程碑。

为了把呼伦贝尔项目建设好，云南冶金集团将已经建好的大兴安岭工厂作为试验研究基地，针对呼伦贝尔公司的原料进行了一系列的试验研究工作，包括工艺技术参数的进一步确定、多种操作方式的比较研究、工艺设备配置的优化研究、自动化控制系统的实用优化研究、伴生元素的综合回收工艺研究等。试验研究取得了多项令人满意的结果，研究成果直接应用于呼伦贝尔电锌项目。

呼伦贝尔电锌项目形成了云南冶金集团公司氧压浸出工艺技术特点，确定了该技术的推荐工艺流程、操作模式、工艺配置方案等内容，集中整理确立了自有的技术诀窍。呼伦贝尔项目的建成，标志着中国氧压浸出炼锌工艺技术达到世界先进水平。

3.2 相关工艺的研发

3.2.1 铟综合回收工艺

高铁硫化锌精矿通常都含铟高，铟的回收必须充分考虑。在氧压浸出时，绝大部分的铟被溶出。云南冶金集团在进行高铁硫化锌精矿加压浸出工艺技术研发的同时就开始了铟回收的研究，已经获得两项国家专利。云南澜沧铅矿采用云南冶金集团研发的全溶液萃取提铟工艺流程，呼伦贝尔项目采用云南冶金集团研发的中和沉铟—铟渣浸出—萃取提铟工艺流程。两种工艺方案都可获得高的铟回收率(80%以上，焙烧-浸出法只能获得60%)，生产成本较低。氧压浸出工艺对铟的回收具有明显优势。

3.2.2 铜综合回收工艺

呼伦贝尔项目处理的高铁硫化锌精矿含有较高的铜，氧压浸出时，90%左右的铜进入浸出液。为了最大限度地回收铜，针对该项目专门研究并设计了浸出液脱铜工艺，采用浸出液还原—中和沉铟—置换沉铜的工艺流程，铜的综合回收率可达80%。

3.2.3 元素硫综合回收工艺

元素硫回收采用氧压浸出渣→浆化洗涤过滤→浆化→浮选→热熔→热滤→制粒工艺流程，产出商品元素硫。这套工艺流程存在选矿回收率较低、热熔设备效率低、操作环境差等问题，目前尚没有良好的取代流程。云南冶金集团针对这些问题进行了研究，取得一些成果。呼伦贝尔项目采用了浮选前预处理工艺，选矿回收率大幅提高；热熔槽采用导热油作为热源，优化了槽体设计，改善了操作环境。目前，高效环保型熔硫器正在研发中，有望很好地解决熔硫问题。

3.2.4 浮选尾矿渣处理工艺

氧压浸出渣经过浮选产出元素硫精矿和浮选尾矿，尾矿过滤后的废渣称为浮选尾矿渣。尾矿渣一直都是作为弃渣堆存于渣库中，随着环境保护要求的日益提高、渣库库址的日益枯竭、堆渣成本的大幅攀升等，尾矿渣问题日显敏感，已经成为制约氧压浸出工艺应用的一大因素，其处理问题急需考虑。高铁硫化锌精矿通常含有较高的银，氧压浸出时，绝大部分银进入尾矿渣，银的回收问题值得考虑。针对以上问题，云南冶金集团于2012年启动了“氧压浸出尾矿渣无害化处理及资源综合利用”项目的试验研究工作。该科研项目综合研究了氧压浸出尾矿渣可以采用的处理工艺流程，提出了不同类型的尾矿渣处理工艺技术推荐方案。针对含银高的高铁硫化锌精矿氧压浸出尾矿渣进行了小型试验研究和工业化试验研究，提出了详细的工艺技术方案和操作技术参数。该项研发工作已完成，研究成果将应用到呼伦贝尔电锌项目。“呼伦贝尔14万t电锌氧压浸出渣资源综合利用”项目的施工图设计工作目前正在进行中。

呼伦贝尔渣处理项目采用云南冶金集团研发的工艺流程：尾矿渣→配还原煤→制粒→燃料煤混合→回转窑还原焙烧→窑渣水淬→磁选→银精矿和铁精矿。该工艺采用回转窑焙烧，工艺设备简明成熟，可充分利用呼伦贝尔廉价的煤炭资源。焙烧使有害尾矿渣转变成无害水淬渣，同时使渣中的铁还原为金属铁和磁性氧化铁。窑渣经过水淬后磨矿再进行磁选，产出磁选精矿(铁精矿)和尾矿(银精矿)。尾矿主要成分是SiO2(40%～50%)、C(20%～25%)等，含银为1500～3000g/t。尾矿送至铅系统的澳斯麦特炉熔炼处理，二氧化硅作为有用的熔剂，碳是燃料，银富集于粗铅中得以回收。铁精矿含铁～80%，有一部分银进入铁精矿，铁精矿可作产品出售，当原矿含银量足够高时，铁精矿中的银可以进行回收。尾矿渣中的铅、锌、铟富集在回转窑烟尘中，产出锌氧粉产品得以回收。回转窑产生的二氧化硫烟气采用离子液吸收工艺处理，产出高浓度二氧化硫烟气送制酸系统制酸。尾矿渣从固体危废物转变成了有用的工业产品，渣中的有价金属基本得到全面回收，硫也以硫酸形式得以回收。

云南冶金集团提供了一个有效的氧压浸出渣处理工艺技术，充实了中国氧压浸出炼锌工艺技术，对完善氧压浸出炼锌技术具有十分积极的意义。

4 中国氧压浸出炼锌技术的特点

中国氧压浸出炼锌工艺技术的特点是相对于加拿大技术而言的，下面以中国技术代表性的呼伦贝尔电锌厂进行说明。

4.1 原料特点

中国氧压浸出工艺技术是针对高铁硫化锌精矿进行研发的，除新疆华源公司项目外，均采用高铁硫化锌精矿为原料，呼伦贝尔项目的原料含铁为15%～20%。采用加拿大技术的工厂都是以普通硫化锌精矿为原料，铁含量一般在5%以内。铁是氧压浸出工艺控制的关键元素，控制好铁的溶解行为是该技术的关键，中国氧压浸出技术需要对其更充分有效地进行控制。

4.2 操作模式

呼伦贝尔项目采用浸出段- 中和段的两段氧压浸出模式，将两段釜的功能彻底分开，一段叫中和釜，另一段称浸出釜。中和釜的功能就是用硫化锌精矿中和浸出釜产出的高酸浸出液并控制最终的溶液质量(浸出液酸度～5 g/L；铁离子含量<3 g/L，通常在2 g/L以内)，产出合格浸出液送下一工序，浸出率不进行控制。浸出釜的功能就是彻底进行浸出，获取最高的浸出率，浸出液残酸和铁离子含量不作刻意要求(浸出液酸度可达50 g/L)。硫化锌精矿只在中和釜加入，未反应的物料进入浸出釜彻底浸出，酸液返液全部加入浸出釜。此模式操作十分简单，很易控制，可以获得极高的浸出率(99%)和极低的铁离子含量(1～2 g/L)。

在加压釜设备配置上，浸出- 中和操作模式两段釜的作业时间不同，浸出釜时间长，所需加压釜容积大，中和釜则相反。呼伦贝尔项目采用1+2+1(1台中和釜、2台浸出釜、1台备用釜)的4台相同规格加压釜的设计模式，解决加压釜能力匹配问题。

采用加拿大技术现在生产的工厂都采用两段平衡浸出操作模式，一段加压釜和二段加压釜平衡(不是平均)分担浸出率，由一段釜控制最终的溶液质量，二段釜控制最终的浸出率。硫化锌精矿、酸液和返液分别加入两段釜内，两段加压釜相同规格，一、二段釜在紧密联系、相互制约的关系中完成浸出作业。设备配置方面，加拿大设计的工厂都采用3台相同规格的加压釜，一段1台，二段1台，备用1台。两段平衡操作模式要求较高的生产管理水平和自动化控制系统，操作复杂，较难控制浸出过程。

两种操作模式各自有其特点。云南冶金集团的技术或许更适合中国的企业实情，建设方完全可以根据自己的情况加以选用。

4.3 进料方式

呼伦贝尔项目采用釜前集中配料、统一入釜的方式。各种溶液在配料槽中预先配制好，采用高压隔膜计量泵打入加压釜。硫化锌精矿采用稀矿浆(液固比3～4∶1，有利于输送和输送设备选取，可用蒸汽进行直接加热)方式，用高压隔膜计量泵打入釜内，入釜精矿量不固定。

加拿大采用的是固定硫化锌精矿加料量，高浓度(60%～70%)矿浆入釜，矿浆供料采用高压隔膜计量泵，各种溶液采用高压离心泵(如用高压隔膜计量泵，由于数量太多，造价高昂)分别直接加入釜内。

4.4 自动化控制方式

加拿大技术采用硫化锌精矿加入量固定，酸液和各种返液分别进釜，在釜中进行动态化控制的模式。根据加压釜每室的温度、压力等控制性参数，实时调整控制各种溶液、蒸汽、氧气等入釜比例，对氧压浸出过程进行动态化控制管理。

呼伦贝尔项目硫化锌精矿进料量不固定，酸液和各种返液在进釜前先进行配料，单点供料入釜，入釜物料简化至硫化锌精矿矿浆和混合酸液两种，根据釜内参数实行变量控制。总的思路是弱化加压釜动态控制内容，强化物料进釜前的人工和经验化控制管理，简化加压釜的控制点和控制内容。

在氧压浸出系统安全连锁控制、工艺操作基本参数控制、自动化系统监测、数据分析统计管理等方面，两家都配备了完善的自动化仪表控制管理系统，基本相同。

4.5 其它

在工艺设备选型配置、闪蒸槽和调节槽设计及工作原理、加压釜设计及内衬防腐、喷氧系统、浸出液处理系统、伴生金属综合回收等许多方面，中国氧压浸出工艺有自己的特点。

5 结语

中国氧压浸出工艺技术与加拿大技术在技术理论和基本操作参数方面是相同的。在工程化应用中，各自形成了自己的工艺技术特点，积累了丰富的实践经验，形成了自有的技术诀窍。双方的技术在不断地融合，共同进步，一起构建氧压浸出炼锌事业的辉煌。

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红土镍矿中提取镁促节能环保

镁是近几十年才发展起来的新型轻质耐腐蚀金属材料，镁在许多领域都获得了广泛应用，成为重要的资源。我国云南元江红土镍矿含镁高，储量丰富，其MgO 含量为28%，而镍平均含量0.83%，但在近年来的研究开发中，仅专注于金属镍的回收，而对矿中经济价值约为金属镍价值2 倍的金属镁，却在火法冶炼中常被配入的CaO 造渣降熔点而除去。这样，不仅浪费了资源，也给环境带来较大负担。如何实现从这种红土镍矿中提取出镁，具有节能环保的重要意义。云南锡业有限公司研究设计院，在分析了红土镍矿原料成分的基础上，开展了用碳热还原法从红土镍矿中提取镁的热力学研究，取得了一些值得关注的成果。

经分析，云南元江红土镍矿成分如下(%)：Ni 0.8～1.0，Co 0.04～0.08，Fe 12，MgO 28，SiO235，CaO<0.5，Al2O33，H2O 10.0～20.0。该研究院对红土镍矿的处理过程如下：对红土镍矿在1 023 K 进行恒温60 min 焙烧预处理→将其与一定量的还原剂煤及添加剂混匀→在制球机压力约为4 MPa下制备球团→将球团置于内热式反应器内，在真空压力约为10～20 Pa、温度为1 473～1 523 K 下反应90 min→在冷凝区域得到金属产物。对所得冷凝物进行检测分析，结果显示，该冷凝物镁的平均含量达98.5% 以上，此外还含少量氧及硅。据此可知，用热还原法从红土镍矿中提取镁是可行的。

研究表明，碳热还原提取镁过程主要由Mg2SiO4、Fe2O3、MgSiO3、MgFe2O4及少量NiO 等参与反应。热力学分析表明，常压下Mg2SiO4与MgSiO3碳热还原生成镁蒸气与SiO气体的温度均在2 173 K 以上，而Mg2SiO4与MgSiO3碳热还原生成镁蒸气与SiC的温度却在2 073 K左右，因此，镁硅氧化合物碳热还原过程提取镁优先于生成SiC的反应。在真空压力为10 Pa 的条件下，各反应初始温度均显著降低。Mg2SiO4与MgSiO3碳热还原生成镁蒸气与SiO 气体的温度均在1 423 K 以上，而Mg2SiO4与MgSiO3碳热还原生成镁蒸气与SiC 的温度却在1 323 K 左右。

电池生产设定最低门槛淘汰小厂

工信部出台《锂离子电池行业规范条件》(下称《条件》)，旨在加强锂离子电池行业管理，提高行业发展水平，引导产业转型升级和结构调整，推动锂离子电池产业持续健康发展。

《条件》从产业布局、生产规模、产品质量等方面设置门槛，其中对生产规模的要求是：电池年产能不低于1亿瓦时；正极材料年产能不低于2 000 t；负极材料年产能不低于2 000 t；隔膜年产能不低于2 000万m2；电解液年产能不低于2 000 t，电解质产能不低于500 t。企业申报时上一年实际产量不低于实际产能的50%。

《条件》还规定，锂离子电池制造企业须具备相关标准规定的电性能和安全性检测能力，鼓励企业配备环境适应性检测仪器及设备，具备电池环境适应性检测能力。

相比于工信部在《汽车动力蓄电池行业规范条件》规定锂离子动力蓄电池单体生产企业年产能不低于2亿瓦时的要求，《条件》的门槛相对低些，这样既防止部分企业一窝蜂发展汽车动力蓄电池，也为储能和消费型锂离子电池消费需求保留了很大的空间。

(昆明有色冶金设计研究院股份公司, 云南 昆明 650051)

An outline of China oxygen pressure leaching zinc technology

CHEN Feng

The developing history, status and characteristics of China oxygen pressure leaching zinc technology were introduced in this paper. In particular, the oxygen pressure leaching marmatite technology can not only develop this technology, but also recycle resources more effectively.

zinc metallurgy; oxygen pressure leaching； developing history； process characteristic

陈 锋(1964—)，男，大学本科，高级工程师，从事有色冶金工厂设计、咨询、总承包建设工作。

2015- 05- 05

TF813

B

1672- 6103(2015)06- 0021- 05