火法煉鋅中的豎罐蒸餾煉鋅已趨淘汰,電爐煉鋅規(guī)模小且未見新的發(fā)展。等離子煉鋅技術(shù)及噴射煉鋅技術(shù)在上世紀80年代實現(xiàn)了鋼廠煙灰回收鋅的示范工廠,至今尚未見有關(guān)進一步的商業(yè)化進展的報道,密閉鼓風爐煉鉛鋅是世界上最主要的幾乎是唯一的火法煉鋅方法。世界上總共有15臺(包括國內(nèi)ISP工廠)密閉鼓風爐在進行鋅的生產(chǎn),占鋅的總產(chǎn)量12%-13%,其技術(shù)發(fā)展主要是增加二次含鉛鋅物料的處理措施;改進冷凝效率;富氧技術(shù)的運用等。
1.1氧壓浸出技術(shù)的運用
硫化鋅精礦氧壓浸出新工藝的特點是:鋅精礦不經(jīng)焙燒直接加入壓力釜中,在一定的溫度和氧分壓條件下,直接酸浸獲得硫酸鋅溶液,原料中的硫、鉛、鐵等則留在渣中,分離后的渣經(jīng)浮選、熱濾、回收元素硫、硫化知殘渣及尾礦,進入硫酸鋅溶液中的部門鐵,經(jīng)中和沉鐵后進入后續(xù)工序處理。該工藝浸出效率高。對高鐵閃鋅礦和含鉛的鋅精礦適應(yīng)性強。與常規(guī)煉鋅方法相比無需建設(shè)配套的焙燒車間和酸廠,有利于環(huán)境的治理,尤其是對于成品硫酸外運交通困難的地區(qū),氧壓浸出工藝更顯優(yōu)勢,產(chǎn)出的元素硫便于儲存和運輸。
該工藝動力學研究表明,浸出反應(yīng)是在硫化鋅礦粒表面進行的多相反應(yīng),為了提高浸出過程的反應(yīng)速度,要求精礦粒度98%小于44μm。升高溫度反應(yīng)速度增加,但當溫度提高到元素硫的熔點(119℃)時產(chǎn)生的溶融硫會包裹在硫化鋅顆粒表現(xiàn),阻礙浸出反應(yīng)的繼續(xù)進行,實驗發(fā)現(xiàn)溶融硫的黏義勇在153℃時最小,而溫度高于200℃時,硫氧化生產(chǎn)硫酸鹽的速度大為增加,因此浸出溫度定為150℃左右為宜,同時加入木質(zhì)磺酸鹽作表面活化劑,有利于反應(yīng)順利的進行。溶液中三價鐵的存在對浸出反應(yīng)起加速作用,在使硫化鋅氧化時,本身被還原成二價鐵,接著又被進一步氧化成三價鐵。二價鐵氧化成三價鐵被認為是浸出過程的控速階段,起到氧的傳遞作用。浸出的反應(yīng)與二價鐵氧化速率緊密相關(guān),二價鐵氧化速率與二價鐵的濃度、溶液的酸度及浸出過程的氧壓有關(guān)。工業(yè)實踐證明:硫化鋅精礦氧壓浸出的溫度為140℃~150℃,氧分壓為700kPa,浸出時間1小時,鋅浸出率可達98%以上,硫總回收率為88%。目前國外已有五座煉鋅廠建成了氧壓浸出系統(tǒng)。
(1)加拿大特累爾鋅廠:
該廠氧壓浸出系統(tǒng)設(shè)計處理鋅精礦能力為190t/d,新建的氧壓浸出系統(tǒng)與原有的傳統(tǒng)濕法煉鋅平行運行,氧壓浸出的礦漿經(jīng)旋流器分級溢流進入老系統(tǒng)的酸浸槽與原工藝流程合并,氧壓浸出系統(tǒng)設(shè)計產(chǎn)鋅量為全廠產(chǎn)能的20%。
該廠處理的物料主要是柯明柯公司的沙里文礦。其顧分為:鋅49%,鐵11%,鉛4%,硫32%。
氧壓浸出廠首先將鋅精礦用球磨機細磨,球磨機與水力旋流器閉路循環(huán),旋流器的溢流經(jīng)濃縮后得到含固量68%~70%,粒度小于44μm占90%的礦漿,在礦漿攪拌槽里加入表面活性劑后,連續(xù)泵入4室高壓釜的第一室。由電積車間來的廢電解液配入濃硫酸,使其酸度達到含硫酸165g/L,然后與礦漿閃蒸槽產(chǎn)出的蒸氣進行熱交換,使廢電解液的溫度由30℃提高到70℃,預(yù)熱后的廢電解液泵入高壓釜的第一室。未經(jīng)預(yù)熱的廢電解液泵入高壓釜的第二室,氧壓浸出用的氧氣純度為98%,從高壓釜前三個室加入。高壓釜為四室臥式機械釜,其直徑為3.7m,長15.2m,容積103m3,每室有攪拌器和隔板,操作壓力為 1250Pa,溫度150℃,浸出產(chǎn)物通過襯陶瓷的排料閥排出,進入閃蒸槽,閃蒸槽的操作壓力為55kPa,溫度為117℃,閃蒸后的礦漿進入調(diào)節(jié)槽,再泵入一臺水力旋流器,旋流器的溢流主要是硫酸鋅溶液和鐵礬礦漿,經(jīng)掃選硫后送焙燒浸出系統(tǒng)。掃選產(chǎn)品與旋流器底流合并經(jīng)粗選,精選后產(chǎn)出硫富集物,再經(jīng)過濾、溶融、熱濾,產(chǎn)出元素硫出售。未反應(yīng)的硫化鋅和夾雜的硫殘渣返回焙燒。
該氧壓浸出系統(tǒng)經(jīng)改造完善后的處理能力已達到376t/d,設(shè)備運轉(zhuǎn)率90%,高壓釜物料停留時間100分鐘,排氣中氧含量(干基)85%,浸出終液含鐵5g/L,含酸30g/L,鋅浸出率98%,硫回收率83%~91%。
(2)加拿大梯明斯廠
氧壓浸出系統(tǒng)設(shè)計能力為處理精礦105t/d,該廠也是在傳統(tǒng)濕法煉鋅廠基礎(chǔ)上擴建的。加壓浸出的礦漿經(jīng)濃密后,溢流在氧化槽中氧化,中和,焙燒作氧化步驟的中和劑,氧化步驟排出的漿化物由硫酸鋅溶液,未反應(yīng)的焙燒砂礦和沉淀的氧化鐵組成,送至老廠的中性浸出工序與主工藝流程合并,氧壓浸出礦漿濃密底流即合硫浸出渣,與老廠產(chǎn)生的殘渣一起洗滌過濾并儲于尾礦壩。
該廠的氧壓浸出工藝與特列爾鋅廠工藝略有不同,采用低酸作業(yè),鐵以黃鉀鐵礬,堿式硫酸鐵和水合氧化鐵沉淀。
浸出高壓釜也是四室臥式機械釜,其直徑為3.2m,長12m,有效容積50m2,釜體結(jié)構(gòu)同于特列爾廠,外殼為碳鋼,內(nèi)襯鉛和耐酸磚,內(nèi)部零件由鈦和904L不銹鋼制成。
進入高壓釜鋅精礦礦漿含固量65%,小于44μm。顆粒占95%。釜內(nèi)總壓維持在1100~1240kPa,溫度130℃~145℃,浸出產(chǎn)物經(jīng)閃蒸槽溫度降至100℃進調(diào)漿槽,在濃密機中固、液分離前靜置一段時間,使硫碘轉(zhuǎn)換成單斜體結(jié)晶狀。大約25%的上清液作為冷卻劑再循環(huán)回到高壓釜內(nèi)。剩余的上清液在氧化槽中使二價鐵離子氧化成三價鐵離子,在此焙燒作氧化步驟的中和劑,并返回老系統(tǒng)沉礬液調(diào)節(jié)液固比。氧化槽排出的漿化物送至傳統(tǒng)工廠的中性浸出段。濃密機底流含堿式硫酸鐵、鐵礬渣、單質(zhì)硫及共他殘留物與傳統(tǒng)工廠生產(chǎn)的殘渣一起洗滌并堆存于尾礦壩。投產(chǎn)前期,曾出現(xiàn)過磚襯的脫落,鉛襯的局部浸蝕,卸料管堵塞及排氣控制閥的磨損問題,經(jīng)過幾次的修改,材質(zhì)的更換和加強維護管理,逐步提高了其經(jīng)營效率和產(chǎn)量。1995年運行時間為80.4%,設(shè)備利用率達到88.2%。其主要生產(chǎn)數(shù)據(jù)如下:實際的精礦處理量150t/d,釜內(nèi)氧含量(干基)92%,浸出終液含酸15~18g/L,含鐵3-3.5g/L,鋅浸出率98%。
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