锌常规法—氧压浸出联合冶炼技术研究

陈龙义

(长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南 长沙 410019)

锌冶炼主要包含火法和湿法两大工艺流程[1]，湿法炼锌是当今世界最主要的锌冶炼工艺，其产量占世界总锌产量的88%以上。进入21世纪以来，世界新建锌冶炼项目均采用湿法炼锌工艺，其中中国建成在产项目中约60%采用常规法湿法炼锌工艺，40%采用氧压浸出湿法炼锌工艺。随着近年来锌冶炼行业快速发展，湿法炼锌技术取得较大进步，主要表现在：硫化锌精矿的氧压浸出清洁生产工艺快速推广；生产系统规模化；设备大型化，高效化；工艺过程自动化；管理精细化；浸出渣综合回收及无害化处理等几个方面。

但常规法锌冶炼存在工艺流程长，综合回收差，渣量大、渣处理煤耗及费用高等不足，而氧压浸出工艺也存在工艺控制难度较大，建设及维护成本偏高等问题。因此，开发一种兼顾各锌冶炼工艺之所长，并规避其中缺点的新工艺非常必要。

1 锌冶炼技术现状分析

目前，主流锌冶炼工艺是常规法及氧压浸出两种湿法炼锌工艺，上述两种工艺各有优势与不足[2]：

常规湿法炼锌工艺流程为：硫化锌精矿经过沸腾焙烧，焙烧矿中性浸出—酸性浸出，中性浸出的上清液经过净化除杂后送电积产出合格的电锌。铁酸锌中锌铁未被浸出进入溶液，酸性浸出的渣含锌20%左右，锌的直收率仅80%～85%左右。浸出渣渣率50%～55%，送火法处理，回收其中的锌及其它伴生元素，产生的次氧化锌脱除氟、氯送氧化锌浸出系统。酸性浸出液返回焙砂中性浸出系统，氧化锌浸出铅渣待回收铅。此法在国内外有数十年的工业生产历史，技术成熟、可靠易掌握[3]。

氧压浸出全湿法炼锌工艺流程为：硫化矿直接浸出，浸出液送中和除铁及净化除杂后送电积产出合格的电锌，浸出渣送硫回收产出硫磺、硫渣及铅渣。该技术硫化锌冶炼过程中不需要焙烧，负二价的硫转化成单质硫而不是SO2，通过浮选熔硫产出硫磺，便于储存运输。核心技术不仅解决了SO2环境污染问题，且解决了酸不平衡导致的环保问题，固废产出量减少50%，环保好[4]。

通过常规法、氧压浸出法炼锌工艺比较，两种常用湿法锌冶炼工艺具有如下特点：

（1）常规法由于浸出率低，渣率大，渣含锌高，即使浸出渣经过回转窑挥发回收后，锌直收率仍较低，一般最多达95%，并且需要的燃煤或还原剂量随渣量及金属量增多而增大，能耗高。碳排放量大。

（2）氧压浸出法综合回收有价金属好，金属浸出率高，锌可达98%以上，因此浮选尾渣量较少且含锌低，相对锌直收率较高。

（3）氧压浸出法铜回收率达到80%以上，远高于常规法的35%，银和铅的富集度高，有利于其回收，各有价金属的综合回收经济效益由于常规法。

（4）常规法被烧过程产出大量含硫烟气，通过制酸及尾气处理后仍有含硫尾气排放。

（5）氧压浸出法硫以硫磺产品得到回收，主流程生产过程中没有含硫尾气排放，清洁环保。

（6）常规法更易组织生产操作及维护，应用范围广泛，建设投资略低于氧压浸出工艺，对于不需回收稀贵重金属的原料，且在硫酸销售畅通地区有一定的市场优势。

2 联合锌冶炼工艺研究

2.1 工艺流程

通过对两种湿法工艺的比较，针对硫酸销售好地区新建锌冶炼厂以及采用常规法的现有锌冶炼厂技术升级改造等需求，本文提出一种能结合各种工艺优势的联合锌冶炼工艺流程，具体如下：

首先，采用工艺成熟可靠，技术门槛较低的沸腾焙烧-常规中浸工艺，产出硫酸及合格的中浸液。

其次，将中性浸出底流加入氧压釜，同时加入废电解液、硫酸、蒸汽、氧气，进行氧压浸出，控制浸出温度120℃～150℃，压力500kPa～800kPa，浸出时间1小时。

最后，浸出矿浆经过液固分离后，浸出渣为铅富集渣，送火法处理回收其中有价金属，浸出液返回焙砂中浸。

工艺流程详见图1。

图1 锌冶炼工艺流程图

2.2 反应机理

硫化锌精矿经过焙烧后，硫的脱出率达到95%，焙砂矿中国锌、铅、铜等金属绝大部分已氧化物形态存在。焙烧矿常规中浸时，部分锌、铅、铜氧化物与硫酸反应生成硫酸盐，Fe3+离子水解沉淀进入渣中焙砂，具体反应如下[5]：

焙砂矿经过常规中浸，还有部分锌、铜氧化物以及铁酸锌、焙烧过程未反应的硫化物未浸出进入溶液，经过高温氧压强化浸出，绝大部分锌、铜等金属被浸出进入溶液，具体反应如下[6]：

2.3 创新效果

通过从流程设置及反应机理上对联合锌冶炼工艺研究，采用锌常规法-氧压浸出联合冶炼技术后，锌的总体浸出率可达98%，铜的浸出率达95%以上，渣含锌3%以下，可大幅提高锌直收率，简化常规法锌冶炼工艺流程。由于氧压浸出过程不产出大量硫磺，也大幅降低了氧压浸出的操作要求。各锌冶炼技术综合比较详见表1。

表1 锌冶炼技术综合比较表

3 结论

（1）锌常规法-氧压浸出联合冶炼技术具体控制条件为：锌焙砂采用常规中性浸出，中浸渣再经氧压高效浸出，其中氧压浸出段控制浸出温度120℃～150℃，压力500kPa～800kPa，浸出时间1小时，可将锌浸出率从常规法约85%提高至98%，铜浸出率可从常规法约40%提高至95%以上，同时可取消常规法锌冶炼过程中的氧化锌浸出工序，大幅简化工艺流程。此外，该技术采用充分吸收氧压浸出高效及综合回收好的特点，规避了硫化矿直接氧压浸出产出硫磺对工艺控制及设备的苛刻要求。

（2）锌常规法-氧压浸出联合冶炼技术可以将锌浸出渣减量化。常规法浸出渣率达到1-1.1t/t.Zn，采用常规法-氧压浸出联合冶炼技术，浸出渣率可降至0.6 t/t.Zn。按锌冶炼渣处理煤率45%～50%，处理费600元/t.Zn计算，一座100kt/a锌冶炼厂采用联合冶炼技术每年可节省渣处理费用超过2400万元，同时节省煤耗1.8万吨以上，减少二氧化碳排放量达4万吨。

（3）综上所述，锌常规法-氧压浸出联合冶炼技术结合了常规法锌冶炼工艺成熟，操作简单以及氧压浸出技术金属金属率高、综合回收好的特点，同时简化了工艺流程，节省了一次性投资及生产运行成本，降低了锌冶炼生产过程碳排放量，提高了经济环保效益。该技术特别适合常规法生产企业的技术升级改造，具备较好的市场前景。