田明明，何 丹，張志杰

(江西省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，330077，南昌)

硫化鋅精礦加壓酸浸渣回收工藝及其環(huán)境影響分析

田明明，何 丹，張志杰

(江西省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，330077，南昌)

以硫化鋅精礦加壓酸浸渣為研究對象，系統(tǒng)的分析了加壓酸浸渣浮選回收硫精礦，浮選尾礦經(jīng)兩段浸出、氧化除鐵、鋅粉置換和蒸發(fā)濃縮等工序回收七水硫酸鋅的工藝過程，并分析了該過程產(chǎn)生的廢氣、廢水、廢渣和噪聲等對周圍環(huán)境的影響。

加壓酸浸渣；綜合回收；環(huán)境影響

0 引言

硫化鋅精礦煉鋅的傳統(tǒng)工藝為：鋅精礦先經(jīng)沸騰焙燒脫硫，再進(jìn)一步回收鋅，產(chǎn)生的二氧化硫經(jīng)制酸系統(tǒng)產(chǎn)出硫酸，使煉鋅和制酸兩大生產(chǎn)系統(tǒng)合在一起，投資高，流程復(fù)雜，增加了二氧化硫污染。同時(shí)，受硫酸市場制約，當(dāng)硫酸銷售不暢時(shí)，鋅的生產(chǎn)必然受影響。為此，20世紀(jì)50年代開始提出硫化鋅精礦加壓浸出技術(shù)，經(jīng)過多年的開發(fā)研究，技術(shù)逐漸成熟。2004年，云南永昌鉛鋅股份有限公司建成我國第一條年產(chǎn)1萬t鋅金屬的加壓酸浸煉鋅生產(chǎn)線，目前，國內(nèi)已有多家加壓酸浸煉鋅企業(yè)建成投產(chǎn)。與傳統(tǒng)工藝相比，加壓酸浸工藝具有技術(shù)先進(jìn)，工藝適應(yīng)性強(qiáng)，鋅回收率高，環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，解決了硫酸貯存、銷售等難題。

硫化鋅精礦加壓酸浸工藝煉鋅仍會產(chǎn)生大量的酸浸渣，筆者根據(jù)某年處理2萬t加壓酸浸渣綜合回收硫精礦和七水硫酸鋅項(xiàng)目的環(huán)境影響評價(jià)實(shí)例，系統(tǒng)分析了加壓酸浸渣綜合利用的工藝過程及其環(huán)境影響。

1 綜合回收工藝

1.1工藝流程簡介

1.1.1 選硫 硫化鋅精礦加壓浸出是利用氧作為氧化劑，鋅精礦中的硫化鋅與硫酸發(fā)生如下反應(yīng)[1]：

ZnS+2H++0.5O2=Zn2++H2O+S

根據(jù)有關(guān)資料[2]，加壓酸浸渣中硫的物相分析結(jié)果見表1。

表1 加壓酸浸渣中硫物相分析結(jié)果

由表1可知，酸浸渣中元素硫含量較高，占總硫的85%以上。元素硫由于密度輕、天然疏水性好，屬于易浮選礦類，經(jīng)一粗、一精、一掃即可取得良好的分選效果。浮選得到的硫精礦可進(jìn)一步回收硫磺，鋅在浮硫尾礦中富集。

1.1.2 浸出 根據(jù)有關(guān)資料[3]，加壓酸浸渣中鋅的物相分析結(jié)果見表2。

表2 酸浸渣中鋅物相分析結(jié)果

由表2可知，加壓酸浸渣中的硫酸鋅及其它金屬硫酸鹽，可直接溶于水形成硫酸鹽水溶液；氧化鋅及其它金屬的氧化物，在稀硫酸的作用下，按下式溶解：

MenO+mH2SO4=Men(SO4)m+mH2O

式中：Me主要為Zn、Ni、Cd等。

鐵酸鋅及其它金屬的鐵酸鹽在稀硫酸溶液中的溶解度極小，但在高酸、高溫條件下溶解；硅酸鋅及其它金屬硅酸鹽溶于稀硫酸，浸出生成的硅酸在酸度降低(pH值升高至5.0～5.2時(shí))后將凝聚起來，隨同氫氧化鐵一起沉淀進(jìn)入渣中，但在酸性浸出時(shí)，又進(jìn)入溶液中；硫化鋅由于其晶體結(jié)構(gòu)緊密，浸出反應(yīng)慢，浸出率低。

因此，為提高鋅的回收率，浸出分為中性和酸性浸出兩段。

加壓酸浸渣加適量硫酸和酸浸上清液進(jìn)行中性浸出。原料中大部分鋅、鎳、鎘等金屬氧化物和金屬硫酸鹽在此工序溶解。

當(dāng)浸出終點(diǎn)控制pH值5.0～5.2時(shí)，F(xiàn)e3+發(fā)生水解反應(yīng)生成氫氧化鐵沉淀。

主要反應(yīng)為：

Fe2(SO4)3+6H2O=2Fe(OH)3↓+3H2SO4

水解產(chǎn)生的酸被投加的原料溶解時(shí)消耗，不需或添加少量中和劑(如ZnO等)即可滿足終點(diǎn)pH值控制需要。

中浸底流加濃硫酸進(jìn)行酸性浸出，浸出結(jié)束后壓濾。酸浸上清液返回中性浸出。鐵的氧化物在中性浸出時(shí)不會溶解，但在酸性浸出時(shí)部分溶解；銅的氧化物在中性浸出時(shí)幾乎不溶解，但在酸性浸出時(shí)溶解。

主要反應(yīng)為：

MeO+H2SO4=MeSO4+H2O

式中：Me主要為Zn、Cu、Fe等。

鐵酸鋅在高酸條件下，發(fā)生如下反應(yīng)：

ZnO·Fe2O3+4H2SO4=ZnSO4+Fe2(SO4)3+4H2O

鉛和鈣的氧化物在溶解的同時(shí)，生成不溶的硫酸鉛和硫酸鈣。

通過控制浸出液固比、溫度、酸度和時(shí)間等相關(guān)參數(shù)，可達(dá)到較高的鋅浸出率。

1.1.3 氧化除鐵 采用雙氧水作氧化劑，并用石灰調(diào)節(jié)溶液pH值至5.0～5.2，F(xiàn)e3+發(fā)生水解反應(yīng)生成氫氧化鐵沉淀，進(jìn)一步去除Fe2+等雜質(zhì)。壓濾后的濾液進(jìn)入鋅粉置換工序。

主要反應(yīng)為：

2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O

Fe2(SO4)3+6H2O=2Fe(OH)3↓+3H2SO4

1.1.4 鋅粉置換 鋅的標(biāo)準(zhǔn)電極電位比Cu、Cd低，且電位差較大，在浸出液中加入鋅粉，可把Cu、Cd以銅鎘渣的形式置換出來。

主要反應(yīng)為：

Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu

Zn+CdSO4=ZnSO4+Cd

1.1.5 蒸發(fā)結(jié)晶 凈化后的硫酸鋅溶液進(jìn)入蒸發(fā)濃縮結(jié)晶工序，利用蒸汽對硫酸鋅溶液加熱蒸發(fā)濃縮，將硫酸鋅溶液中的部分水分蒸發(fā)，以提高硫酸鋅溶液中游離酸和ZnSO4濃度，濃縮至飽和濃度后冷卻至25～40 ℃，便可從溶液中結(jié)晶析出七水硫酸鋅，再經(jīng)離心分離使結(jié)晶與母液分離，母液返回浸出工序。

工藝流程及產(chǎn)污環(huán)節(jié)見圖1。

1.2水平衡

工程總用水量835 m3/d，其中新鮮水量84 m3/d，原輔料帶入水量28 m3/d，反應(yīng)生成水量8 m3/d，循環(huán)和回用水量715 m3/d。工業(yè)水重復(fù)利用率約85.6%。外排廢水主要為生活污水(12 m3/d)、廢氣凈化系統(tǒng)排水(1 m3/d)和軟水制備廢水(8 m3/d)。

水平衡見圖2。

圖1 工藝流程及產(chǎn)污環(huán)節(jié)圖

2 環(huán)境影響分析

2.1大氣環(huán)境影響分析

綜合回收過程產(chǎn)生的工藝廢氣主要為硫酸霧和硫化氫(原料中的硫化鋅會有極少部分和硫酸反應(yīng))，經(jīng)抽風(fēng)管密閉微負(fù)壓收集后，采用堿液噴淋處理，硫酸霧的排放濃度和速率均符合《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16297-1996)二級標(biāo)準(zhǔn)，硫化氫的排放速率符合《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB14554-1993)二級標(biāo)準(zhǔn)，對周邊大氣環(huán)境影響較小。工藝廢氣產(chǎn)排情況見表3。

表3 工藝廢氣產(chǎn)排情況一覽表

2.2地表水環(huán)境影響分析

2.3聲環(huán)境影響分析

工程主要噪聲源為各類泵的機(jī)械噪聲及空壓機(jī)和風(fēng)機(jī)等設(shè)備產(chǎn)生的空氣動力性噪聲，噪聲源強(qiáng)為80～95 dB(A)。優(yōu)先選用低噪音設(shè)備，并采用隔聲、減振、消聲和吸聲等措施，噪聲源強(qiáng)可降低10～20 dB(A)，廠界環(huán)境噪聲排放滿足《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB12348-2008)3類標(biāo)準(zhǔn)，對環(huán)境影響較小。

2.4固體廢物環(huán)境影響分析

工程產(chǎn)生的酸浸渣、除鐵渣和銅鎘渣等危險(xiǎn)廢物定期交由有相應(yīng)資質(zhì)的單位安全處置或綜合利用，固體廢物對環(huán)境影響較小。

2.5地下水環(huán)境影響分析

將廠區(qū)劃分為重點(diǎn)污染區(qū)和一般污染區(qū)，重點(diǎn)污染區(qū)地面自下而上為防護(hù)墊層+1.5 mmHD-

PE膜+保護(hù)層+水泥硬化，一般污染區(qū)采取水泥硬化，并視情況采取防滲措施。通過采用不同的防腐、防滲措施，可有效控制廠區(qū)內(nèi)的料液和?；返瘸霈F(xiàn)下滲現(xiàn)象，避免對區(qū)域地下水環(huán)境產(chǎn)生明顯影響。

3 結(jié)束語

1)硫化鋅精礦加壓酸浸渣全濕法綜合回收工藝可回收硫酸鋅和硫精礦，鋅回收率高，能耗低，符合“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”和“可持續(xù)發(fā)展”理念。

2)整個(gè)綜合回收過程無工藝廢水排放，環(huán)境污染小。

3)全濕法工藝生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢氣、廢水、噪聲和固體廢物通過采取相應(yīng)措施后，均可實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，對環(huán)境影響較小。

因此，硫化鋅精礦加壓酸浸渣采用全濕法工藝綜合回收硫精礦和七水硫酸鋅，避免了生產(chǎn)過程中大量廢水、廢氣、廢渣的產(chǎn)生與排放，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，對硫化鋅精礦產(chǎn)業(yè)鏈延伸、加壓酸浸渣綜合利用等項(xiàng)目的工程設(shè)計(jì)和環(huán)境影響評價(jià)有一定的借鑒意義。

[1] 王吉坤,周廷熙,吳錦梅.高鐵閃鋅礦精礦加壓酸浸新工藝研究[J].有色金屬(冶煉部分),2004(1):5-8.

[2]王吉坤,周廷熙.硫化鋅精礦加壓酸浸技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2005:219.

[3]尹朝暉.從丹霞冶煉廠鋅浸出渣中綜合回收鎵和鍺[J].有色金屬,2009,26(1):94-97.

AnalysisonZincSulfideConcentratePressureAcidLeachingResidueRecyclingProcessanditsEnvironmentalImpact

TIAN Mingming,HE Dan,ZHANG Zhijie

(Jiangxi Academy of Environmental Sciences,330077,Nanchang,PRC)

Take the zinc sulfide concentrate pressure acid leaching residue as the research object,analyzed the process of the pressure acid leaching residue recovery concentrate sulfur,analyzed the processes of the flotation tailings recovery zinc sulfate heptahydrate,and analyzed the impact of waste gas,waste water,waste and noise to the environment.

pressure acid leaching residu;utilization;environmental impact

2014-08-22;

2014-09-22

田明明(1977-)，男，山西大同人，工學(xué)碩士，現(xiàn)從事環(huán)境影響評價(jià)工作。

10.13990/j.issn1001-3679.2014.05.024

TF813

A

1001-3679(2014)05-0690-04