王小強， 俞 兵， 馬紹斌

(云南馳宏鋅鍺股份有限公司， 會澤 654200)

我國鉛鋅礦產(chǎn)資源的主要特點是大礦少、小礦多，富礦少、貧礦多等，需結(jié)合各種鉛鋅資源的特性，選擇高新技術(shù)冶煉工藝，以達到鉛鋅礦中有價金屬的回收，實現(xiàn)資源的高效經(jīng)濟利用，提高資源綜合利用及大氣污染、水土重金屬污染防治水平。

1 鉛鋅冶煉工藝現(xiàn)狀

我國鉛鋅企業(yè)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，鉛鋅冶煉企業(yè)規(guī)模和數(shù)量逐年擴大，冶煉技術(shù)取得了重要進展，鉛鋅冶煉行業(yè)得到了迅速發(fā)展。但由于鉛、鋅冶煉工藝性質(zhì)的特點，在冶煉過程中，產(chǎn)生廢氣、廢水和廢渣等有害物質(zhì)，對環(huán)境造成污染。鉛鋅冶煉的棄渣屬于危廢渣，傳統(tǒng)處理方式是露天堆置或簡單填埋，不但占用大面積的土地，還容易造成空氣、水體和土壤的污染。

2 鉛鋅冶煉工藝的優(yōu)缺點

2.1 鉛冶煉工藝

鉛的主要生產(chǎn)工藝有火法冶金和濕法冶金，鉛的濕法冶煉工藝還未成熟，在工業(yè)化中還沒有實現(xiàn)大規(guī)模的應用，鉛的冶煉工藝基本上都是火法冶煉。國內(nèi)較先進的鉛冶煉工藝主要是底吹氧化+底吹還原+煙化揮發(fā)工藝、底吹氧化+側(cè)吹還原+煙化揮發(fā)工藝、富氧頂吹+側(cè)吹還原+煙化揮發(fā)工藝，合理利用富鉛渣的熱能，取消鑄錠的方式替代傳統(tǒng)鼓風爐，大幅度降低鉛冶煉綜合能耗，使我國的鉛火法冶煉技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平。

以目前較為先進的富氧頂吹+側(cè)吹還原+煙化揮發(fā)的煉鉛工藝為例，此工藝在火法鉛冶煉中，鉛火法回收率達到99.5%，銀粗煉直收率99%，粗鉛冶煉綜合能耗160 kgce/t，遠低于行業(yè)許可標準，達到火法鉛冶煉行業(yè)的領(lǐng)先水平，工藝流程如圖1所示。

圖1 “富氧頂吹+側(cè)吹還原+煙化揮發(fā)”工藝流程圖

富氧頂吹采用成本較低的粉煤做燃料，結(jié)合頂吹熔煉工藝優(yōu)勢，同時處理多種含鉛物料，物料主要成分如表1所示。

含鉛物料經(jīng)合理搭配后，經(jīng)富氧頂吹熔煉，產(chǎn)出富鉛渣、煙塵、粗鉛，主要成分如表2所示。

側(cè)吹還原爐合理利用熱態(tài)富鉛渣的熱能，采用天然氣燃燒作為反應熱源，產(chǎn)出粗鉛、還原棄渣，主要成分如表3所示。

表1 富氧頂吹工藝原料主要成分 %

表2 富氧頂吹爐主要產(chǎn)物成分

表3 側(cè)吹還原工藝主要產(chǎn)物成分

還原爐棄渣含鋅比較高，采用成熟的傳統(tǒng)煙化爐進行煙化法處理，產(chǎn)出煙塵和棄渣，主要成分如表4所示。

表4 煙化揮發(fā)工藝主要產(chǎn)物成分

此工藝技術(shù)及裝備水平已達到國內(nèi)領(lǐng)先，若為獨立鉛冶煉系統(tǒng)，富氧頂吹煙氣SO2濃度4.5%～8.5%，波動較大，導致制酸系統(tǒng)轉(zhuǎn)化率很難達到要求，處理制酸尾氣需投入大量的中和劑，成本較高，產(chǎn)出廢水量大。煙化爐產(chǎn)出低濃度SO2煙氣濃度低，需處理后再排空，處理成本較大。此外，煙化爐棄渣雖然可以做建筑材料，但產(chǎn)出煙塵在轉(zhuǎn)運或堆存過程中粉塵飛揚，安全環(huán)保風險大。

2.2 鋅冶煉工藝

鋅冶煉工藝有火法冶煉和濕法冶煉。全火法煉鋅工藝由于能耗高，污染大和規(guī)模小等原因，沒有新的發(fā)展。濕法煉鋅工藝已經(jīng)成為當前國內(nèi)最主流的冶煉工藝，其產(chǎn)量占國內(nèi)鋅總產(chǎn)量的85%以上。鋅濕法冶煉工藝有全濕法鋅冶煉和半濕法鋅冶煉，全濕法鋅冶煉工藝發(fā)展較快。鋅精礦直接氧化加壓浸出的全濕法鋅冶煉工藝已運用成熟，在國內(nèi)已有14

萬t/a的全濕法冶煉生產(chǎn)線成功投運。目前國內(nèi)較為先進的鋅全濕法冶煉和半濕法冶煉工藝采用3.2 m2大極板鋅電積技術(shù)，結(jié)合全自動機械化剝鋅技術(shù)。該技術(shù)可減少土地使用面積，降低作業(yè)勞動強度，推動鋅濕法冶煉產(chǎn)能和裝備向大型化方向發(fā)展。

2.2.1 全濕法鋅冶煉工藝

全濕法鋅冶煉工藝主要是硫化鋅精礦常壓浸出工藝和氧壓浸出工藝。常壓浸出溫度低，反應時間長，生成的單質(zhì)硫形態(tài)不好，浮選分離困難，而氧壓浸出恰好可以彌補常壓浸出的缺點。氧壓浸出技術(shù)有云南冶金集團氧壓浸出技術(shù)與加拿大氧壓浸出技術(shù)，都是兩段高溫高壓平衡氧壓浸出，精礦中的硫均按單質(zhì)硫的方向轉(zhuǎn)化，但兩種氧壓技術(shù)處理物料成分區(qū)別較大，主要體現(xiàn)在浸出渣中鐵的形態(tài)不一樣。云南冶金集團全濕法鋅冶煉工藝流程如圖2所示，主要原料成分如表5所示。

圖2 全濕法鋅冶煉工藝流程圖

氧壓浸出產(chǎn)出浸出液和浸出渣，浸出渣主要成分如表6所示。

全濕法鋅冶煉工藝流程簡單，建設(shè)投資少，鋅浸出率達到98%以上，但不容易處理含氟、氯、汞及銦、鍺等較高的鋅精礦。實際生產(chǎn)中，浸出渣率在58%左右，浸出渣中不但含有可回收利用的銦、銀等貴金屬，還有鉛、鋅、砷、鎘等重金屬，若為獨立冶煉系統(tǒng)，棄渣中的有價金屬得不到回收利用，同時對土壤、地下水和職業(yè)健康帶來嚴重影響。

2.2.2 半濕法鋅冶煉工藝

火法煉鋅和半濕法煉鋅都要經(jīng)過焙燒。半濕法鋅冶煉工藝利用焙燒爐使鋅精礦中的有用成分轉(zhuǎn)變成氧化物，同時除去易揮發(fā)的砷、銻、硒、碲等雜質(zhì)，得到性質(zhì)優(yōu)良的焙燒礦。焙燒過程中還產(chǎn)出含SO2濃度比較高的煙氣，送往硫酸廠生產(chǎn)硫酸。

表5 氧壓浸出工藝主要原料成分

表6 氧壓浸出工藝產(chǎn)出棄渣主要成分

馳宏鋅鍺根據(jù)礦山原料結(jié)構(gòu)，建成13.2萬t/a的半濕法鋅冶煉生產(chǎn)線，采用氧化鋅煙塵和硫化鋅焙燒礦做為浸出原料，實現(xiàn)了常規(guī)鋅濕法工藝和氧化鋅處理工藝的融合。其工藝流程分為硫化線和氧化線，其中硫化線主要是“焙燒+浸出”工藝，氧化線主要氧化鋅煙塵浸出工藝。馳宏鋅鍺半濕法鋅冶煉工藝流程圖如圖3所示。

圖3 半濕法氧硫聯(lián)合鋅冶煉工藝流程圖

“焙燒+浸出”工藝主要處理鋅精礦，鋅精礦經(jīng)沸騰焙燒產(chǎn)出焙燒礦送中性浸出，產(chǎn)出的煙氣送制酸系統(tǒng)生產(chǎn)工業(yè)硫酸，焙砂經(jīng)中性浸出產(chǎn)出中上清液送凈化生產(chǎn)新液。主要原料成分如表7所示，浸出渣主要成分如表8所示。

氧化鋅煙塵經(jīng)多膛爐焙燒后，送氧化鋅煙塵浸出處理，浸出液經(jīng)沉鍺、中和除鐵后產(chǎn)出硫酸鋅溶液，氧化鋅浸出工藝原料成分如表9所示，產(chǎn)出浸出渣成分如表10所示。

對半濕法鋅冶煉的傳統(tǒng)工藝升級改造后形成國內(nèi)先進的氧硫聯(lián)合工藝，結(jié)合3.2 m2大極板自動剝鋅技術(shù)，鋅錠產(chǎn)能突破15萬t，鋅冶煉回收率超過99%，鋅冶煉綜合能耗遠低于900 kgce/t。超大極板鋅電解技術(shù)和自動剝鋅等集成技術(shù)的配套運用，使國內(nèi)濕法鋅冶煉技術(shù)和裝備大幅度提升。但若為獨立鋅冶煉系統(tǒng)，浸出渣中的鉛、鋅、鍺、銀等有價金屬得不到有效回收，浸出渣堆存對環(huán)境污染帶來壓力。浸出渣外賣價格低廉，對企業(yè)造成經(jīng)濟損失。

表7 焙燒+浸出工藝主要原料成分

表8 焙燒+浸出工藝浸出渣主要成分

表9 氧化鋅浸出工藝原料主要成分

表10 氧化鋅浸出工藝浸出渣主要成分

3 鉛鋅聯(lián)合冶煉

據(jù)統(tǒng)計，鉛鋅冶煉行業(yè)每年產(chǎn)生的冶煉廢渣有數(shù)百萬t，廢渣中含有大量可回收利用的有價金屬，但長期堆存，對環(huán)境污染帶來很大隱患。渣的無害化處理工藝主要是火法處理工藝，而鋅冶煉的主流工藝為濕法，鉛冶煉的主流工藝為火法。鉛鋅聯(lián)合冶煉配備火法與濕法工藝后，可以同步處理鉛鋅冶煉棄渣，達到鉛鋅冶煉渣的資源化處理。此舉不但可以有效地回收有價金屬資源，還可以減輕冶煉棄渣帶來的環(huán)境壓力，是鉛鋅冶煉行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必要途徑。云南馳宏鋅鍺會澤冶煉分公司利用鉛火法冶煉和鋅濕法冶煉工藝的特點，建立鉛鋅聯(lián)合工藝，達到了工藝優(yōu)勢彌補劣勢的效果，并成功運用。鉛鋅聯(lián)合冶煉的工藝流程如圖4所示。

鉛鋅聯(lián)合冶煉工藝可使鉛鋅金屬回收率達到99%以上，濕法冶煉棄渣通過火法處理，利用鉛火法冶煉工藝達到鉛鋅金屬有效分離，實現(xiàn)銀的綜合回收。通過煙化揮發(fā)產(chǎn)出富集有價金屬的煙塵，利用濕法鋅冶煉工藝產(chǎn)出鍺精礦，實現(xiàn)了金屬綜合回收利用，減少有價金屬流失。根據(jù)市場合理調(diào)控鉛鋅物料處理量，避免市場給企業(yè)帶來的部分風險，使企業(yè)經(jīng)濟效益最大化。針對鉛火法冶煉和鋅濕法冶煉特點，建立輔助系統(tǒng)處理煙氣、廢水，對火法高溫煙氣進行余熱回收，達到能源最大化的循環(huán)利用，最大程度的降低鉛鋅冶煉綜合能耗，實現(xiàn)資源的有效利用。輔助系統(tǒng)的工藝流程如圖5所示。

圖4 鉛鋅聯(lián)合冶煉工藝流程圖

圖5 鉛鋅聯(lián)合冶煉輔助工藝流程圖

鉛鋅聯(lián)合冶煉配套輔助系統(tǒng)，不但實現(xiàn)鉛鋅原料中資源的最大化利用，還降低“三廢”的環(huán)境壓力。但原料中的Ca、Mg、As、F、Cl等雜質(zhì)元素隨濕法浸出進入流程，增加了氧化鋅煙塵浸出液除雜的難度，氧化鋅煙塵線需要先進的除雜技術(shù)，以確保濕法鋅電解系統(tǒng)生產(chǎn)的平穩(wěn)運行。

4 結(jié)束語

鉛鋅聯(lián)合冶煉可以進一步打破我國鉛鋅冶煉工藝和裝備技術(shù)瓶頸，加快鉛鋅產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，促進鋅冶煉工業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展，最大化提高資源綜合利用，實現(xiàn)環(huán)境、經(jīng)濟效益同步發(fā)展，進一步提升鉛鋅冶煉企業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)水平。