景孝德

(西部礦業(yè)股份有限公司鋅業(yè)分公司， 青海 西寧 811600)

常規(guī)濕法或火法煉鋅工藝中，硫精礦中的硫通過產(chǎn)生SO2，再以硫酸的形式產(chǎn)出，此方法存在很多缺點(diǎn)，如占地面積大，工藝流程長，環(huán)保壓力大，產(chǎn)出的硫酸不易存放、價(jià)格低廉、運(yùn)輸不便等。而目前作為中國乃至世界上煉鋅主流方向的全濕法煉鋅工藝——氧壓浸出技術(shù)，很好地解決了這些問題，硫精礦中的硫元素通過氧壓浸出技術(shù)最終以硫磺的形式產(chǎn)出。某公司投建氧壓浸出煉鋅工藝后，初期在硫回收系統(tǒng)存在很多問題，特別是在浮選系統(tǒng)，通過不斷技術(shù)改造后，硫浮選品質(zhì)和效率、硫磺產(chǎn)率有了很大程度的提高。精選含硫由最初的40%～50%提高到80%以上，掃選含硫由最初的40%～50%降到20%以下，硫磺產(chǎn)量也由最初的日產(chǎn)幾噸大幅度提高到目前的65 t，且仍有很大提升空間。

1 硫回收工藝流程簡介

氧壓浸出二段濃密機(jī)排出的二段底流輸送至浸出渣冷卻器，冷卻后加入浸出渣攪拌槽，再輸送至浮選槽。

浮選由一段粗選、一段掃選和一段精選組成。經(jīng)粗選后產(chǎn)出的粗硫精礦溢流入精選槽，粗選尾礦流入掃選槽。精選產(chǎn)出的硫精礦流入硫精礦儲(chǔ)槽，再由泵送往硫精礦帶式過濾機(jī)，精選槽的尾礦回流至粗選槽。掃選槽的溢流回流至粗選槽，掃選尾礦流入尾礦渣中間槽，再泵入浮選尾礦濃密機(jī)。

進(jìn)入濃密機(jī)的礦漿即為尾礦渣，為了降低渣中可溶鋅，尾礦渣采用二段過濾，一段過濾為帶式過濾，一段過濾的濾渣經(jīng)漿化后，泵送至廂式壓濾機(jī)進(jìn)行二段過濾，二段過濾后，尾礦渣用皮帶輸送機(jī)運(yùn)至渣場，最終作為棄渣堆存。

精選產(chǎn)出的硫精礦經(jīng)帶式過濾機(jī)過濾后，由皮帶輸送機(jī)加入粗硫池，池內(nèi)物料溫度保持在145 ℃左右，在此溫度下，單質(zhì)硫融化，少量的浸出渣則仍保持為固體，用泵抽取池內(nèi)的物料送至硫磺過濾機(jī)進(jìn)行熱過濾，過濾后得到的濾渣即為硫渣，其主要成分為單質(zhì)硫和含鋅的化合物，可以作為副產(chǎn)品外售回收其中的有價(jià)金屬。經(jīng)硫磺過濾機(jī)過濾后得到的液體精硫流入精硫池，此時(shí)池內(nèi)液體硫磺純度達(dá)99.8%，用泵抽取池內(nèi)熔融精硫送至硫磺造粒機(jī)進(jìn)行冷卻造粒，經(jīng)包裝后得到產(chǎn)品硫磺外售。硫回收工藝流程詳見圖1。

圖1 硫回收工藝流程圖

2 硫回收浮選系統(tǒng)存在的主要問題

硫回收系統(tǒng)主要承擔(dān)三大任務(wù)：浮選二段底流中的硫元素產(chǎn)硫磺，開路尾礦渣以及對(duì)渣進(jìn)行水洗回收水溶鋅。某公司在此之前三大任務(wù)均未能達(dá)標(biāo)，特別是在主系統(tǒng)滿負(fù)荷生產(chǎn)的情況下存在很多問題。

(1)二段底流直接通過濃密機(jī)底流泵送至硫回收，礦漿濃度不易控制，生產(chǎn)負(fù)荷高時(shí)，底流礦漿密度高達(dá)1.75 g/cm3，嚴(yán)重影響硫浮選效果。

(2)中和渣(含鐵渣)返回氧壓二段浸出，正常生產(chǎn)時(shí)每天產(chǎn)出50 t干渣，氧壓二段底流包括此部分不含單質(zhì)硫的浸出渣，致使浮選原礦品位降低，不利于浮選。

(3)二段底流液體含鋅約110 g/L，并含有其它離子，其液體密度1.35 g/cm3左右，作為浮選介質(zhì)時(shí)其黏度較高，尤其是含鐵達(dá)到30 g/L以上(較二段浸出液高)，其中90%以上為三價(jià)鐵。在浮選、帶式過濾過程中，隨著低酸液體的進(jìn)入，溶液pH值逐步升高，并達(dá)到三價(jià)鐵的水解值。水解過程中產(chǎn)生的氫氧化鐵膠體增加了物料黏度，不利于浮選和帶式過濾機(jī)過濾。

(4)硫精礦過濾效果差，限制硫浮選的生產(chǎn)負(fù)荷，在二段底流渣量大、密度高的情況下，硫精礦帶式過濾機(jī)每小時(shí)處理礦漿8 m3左右，造成選出的硫精礦過濾不及時(shí)，迫使浮選以較小產(chǎn)率(刮量)生產(chǎn)。

(5)浮選后的尾礦產(chǎn)率大，礦漿濃度高，送入尾礦渣濃密機(jī)后沉降效果差，上清液嚴(yán)重跑渾，造成渣返回主系統(tǒng)，并不斷累積。

(6)無法實(shí)現(xiàn)帶式尾礦渣過濾機(jī)進(jìn)行水洗的生產(chǎn)工藝，尾渣水溶鋅無法回收。按月產(chǎn)6 000 t尾渣干渣，含水溶鋅0.5%核算，在無法實(shí)現(xiàn)尾渣水洗的情況下，每月?lián)p失鋅金屬30 t。

以上述諸多因素嚴(yán)重制約硫磺的產(chǎn)量，硫精礦相對(duì)于二段底流產(chǎn)率遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)的產(chǎn)率50%，硫浮選跑尾使尾礦渣含硫高達(dá)40%以上，硫磺日生產(chǎn)能力不足30 t(跟某公司相同生產(chǎn)工藝、相同生產(chǎn)規(guī)模的丹霞冶煉廠硫磺日產(chǎn)量已穩(wěn)定在90 t/d)。

3 二段底流浮選工業(yè)試驗(yàn)

針對(duì)某公司浮選系統(tǒng)存在的問題，進(jìn)行了以下小型工業(yè)試驗(yàn)。

3.1 硫浮選探索試驗(yàn)

2018年8月9日下午至8月10日，某公司與長沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院共同在實(shí)驗(yàn)室對(duì)氧壓浸出二段底流進(jìn)行了初步浮選探索試驗(yàn)。試驗(yàn)過程見表1。

根據(jù)試驗(yàn)過程及觀察到的現(xiàn)象可以得出以下初步結(jié)論：

(1)單質(zhì)硫天然可浮性較好，在無藥劑添加的條件下，通過浮選可實(shí)現(xiàn)硫元素的有效回收。

(2)礦漿黏度對(duì)浮選影響較大，阻礙浮選過程中氣泡的形成與流動(dòng)，容易夾帶雜質(zhì)上浮，影響浮選精礦品位與產(chǎn)率。

(3)浮選時(shí)間對(duì)浮選精礦品位與產(chǎn)率有影響，可以通過控制浮選時(shí)間對(duì)選礦指標(biāo)進(jìn)行控制。

(4)礦漿壓濾后調(diào)漿改善礦漿黏度，有助于浮選過程。

(5)微細(xì)粒硫單質(zhì)仍然具有良好浮選行為，可獲得有效回收。

3.2 氧壓浸出二段底流壓濾后浮選及帶式過濾機(jī)過濾效果試驗(yàn)

某公司于2018年8月24～27日，組織了為期4天的氧壓二段底流壓濾后浮選試驗(yàn)。通過此次試驗(yàn)可以得出二段底流經(jīng)壓濾漿化對(duì)硫浮選及帶式過濾機(jī)過濾效果都有著很大的改善。

3.2.1 試驗(yàn)過程

此次試驗(yàn)，將壓濾后的氧壓二段底流采用硫回收壓濾液和部分新水進(jìn)行重新漿化，調(diào)整礦漿濃度(按1.4 g/cm3配制)后送浮選槽進(jìn)行浮選。因現(xiàn)場設(shè)備設(shè)施有限(主要是壓濾機(jī)的壓渣處理量有限，未能全部壓濾二段底流)，未經(jīng)壓濾的二段底流全部進(jìn)入硫回收濃密機(jī)，從而確保入浮選槽的物料均為壓濾漿化后的礦漿。

表1 硫浮選探索試驗(yàn)

8月23日9∶00，浮選槽注滿上清液后，逐步啟動(dòng)浮選攪拌，開始接收氧壓二段底流進(jìn)行浮選，初步運(yùn)行時(shí)浮選效果較好，硫精礦帶式過濾機(jī)過濾效果也較好。至15∶00帶式過濾機(jī)過濾困難，二段底流停止進(jìn)浮選，送往濃密機(jī)沉降后進(jìn)行壓渣。經(jīng)分析，浮選初始運(yùn)行期間，因浮選槽內(nèi)注入的上清液稀釋了二段底流密度，造成浮選和帶式過濾效果較差。

8月24日中和工段做好壓濾氧壓二段底流的準(zhǔn)備，硫回收于12∶53接收經(jīng)壓濾以后的浮選礦漿。在此期間，浮選泡沫層、硫精礦品位、帶式過濾機(jī)過濾效果都較好。16∶30硫精礦帶式過濾機(jī)過濾流量可達(dá)25 m3/h，因中和工序壓濾后的二段底流渣供應(yīng)不足，18∶00浮選產(chǎn)出的硫精礦全部過濾完畢，帶式過濾機(jī)停機(jī)。

8月25日至8月26日同樣受中和工段壓濾后的礦漿流量不足，浮選小流量進(jìn)料，浮選運(yùn)行不穩(wěn)定，但帶式過濾機(jī)過濾效果良好。

為了驗(yàn)證浮選大流量進(jìn)料的浮選和硫精礦帶式過濾機(jī)過濾效果，8月27日浮選槽保持液位，待儲(chǔ)存足量的壓濾的二段底流礦漿后，15∶00以40 m3/h的礦漿流量入浮選槽進(jìn)行試驗(yàn)。因大量使用用浮選補(bǔ)充液保持浮選液位，浮選槽內(nèi)進(jìn)入了大量含鐵較高的上清液，槽內(nèi)礦漿顏色偏紅導(dǎo)致帶式過濾機(jī)過濾效果較差。通過2 h的連續(xù)進(jìn)料后，浮選槽內(nèi)的礦漿顏色逐漸趨于正常(灰色)，帶式過濾機(jī)可以19 m3/h的流量連續(xù)、穩(wěn)定地進(jìn)行過濾。

3.2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.2.2.1 浮選產(chǎn)物的化驗(yàn)結(jié)果

二段底流、精選精礦、掃選尾礦化驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 二段底流、精選精礦、掃選尾礦化驗(yàn)結(jié)果 %

帶式過濾機(jī)過濾后的硫精礦化驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 帶式過濾機(jī)過濾后的硫精礦化驗(yàn)結(jié)果

3.2.2.2 溶液的化驗(yàn)結(jié)果

帶式過濾機(jī)濾液和濃密機(jī)上清液化驗(yàn)結(jié)果見表4。

3.2.3 試驗(yàn)結(jié)論

通過上述數(shù)據(jù)，將二段底流通過壓濾漿化后進(jìn)行浮選時(shí)可得出以下結(jié)論。

(1)礦漿在浮選槽中的可浮性較好，掃選尾礦含硫最低可降低到8.82%，但由于中和壓濾礦漿的處理量不足，造成浮選機(jī)開、停次數(shù)多，硫精礦出現(xiàn)跑尾。

(2)降低了入浮選礦漿液體中的Fe、Zn濃度，帶式過濾機(jī)的過濾效果得以提升，礦漿處理量由7～9 m3/h提高至19 m3/h，最高達(dá)到25 m3/h。

表4 帶式過濾機(jī)濾液和濃密機(jī)上清液化驗(yàn)結(jié)果 g/L

注：氧壓二段底流液相中的鋅濃度基本穩(wěn)定在100～110 g/L。

(3)因試驗(yàn)時(shí)間較短，整個(gè)硫回收系統(tǒng)的溶液鋅、鐵濃度下降不明顯。但通過過帶式過濾機(jī)濾液含鋅分析，硫回收溶液含鋅由84.16 g/L降至51.75 g/L，含鐵(總鐵)由30 g/L降至14 g/L。

通過4天的試驗(yàn)，從浮選、硫精礦過濾來看都取得了不錯(cuò)的效果。浮選礦漿密度控制在1.4 g/cm3，浮選溶液離子濃度大幅下降，使礦漿在浮選槽中的可浮性變好，掃選尾礦含硫最低可降低到8.82%，降低了礦漿溶液中的鐵，帶式過濾機(jī)的過濾效果大大提升。但由于中和礦漿供應(yīng)不足，浮選供料不連續(xù)，浮選機(jī)開停次數(shù)多，造成硫精礦的跑尾。另外將硫回收系統(tǒng)內(nèi)高離子濃度的溶液作為浮選補(bǔ)充液補(bǔ)入浮選槽后，浮選、過濾效果明顯變差。

因試驗(yàn)時(shí)間較短整個(gè)硫回收系統(tǒng)的溶液鋅濃度沒能降下來，但通過過帶式過濾機(jī)濾液含鋅分析，經(jīng)漿化后帶式過濾機(jī)的濾液含鋅濃度由84.16 g/L降至51.75 g/L，含鐵(總鐵)由30 g/L降至14 g/L。

4 硫浮選技術(shù)改造方案

4.1 改造依據(jù)

二段浸出液密度高達(dá)1.35 g/cm3，對(duì)硫浮選工藝造成諸多影響，為解決硫浮選溶液含鋅高、含鐵高、含酸高、黏度大的問題，可采用將二段底流礦漿進(jìn)行壓濾并漿化的工藝。一是避免了大量高離子濃度的二段浸出液進(jìn)入浮選系統(tǒng)，二是可采用低離子濃度的硫回收系統(tǒng)溶液及補(bǔ)充部分新水的方式降低進(jìn)入浮選系統(tǒng)溶液的離子濃度，并達(dá)到以下效果：

(1)提高系統(tǒng)的鋅直收率，回收渣中的水溶鋅，提高經(jīng)濟(jì)效益。

(2)降低硫回收系統(tǒng)溶液鋅、鐵等離子含量，從而降低浮選溶液黏度會(huì)為浮選提供更有利的條件。

(3)降低三價(jià)鐵對(duì)浮選產(chǎn)出的硫精礦礦漿過濾時(shí)的影響，為帶式過濾機(jī)的過濾創(chuàng)造有利條件。

(4)降低硫回收系統(tǒng)溶液含酸量、溫度，減少設(shè)備腐蝕。

4.2 改造后的工藝流程

將二段底流送往中和工段沉銦壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾，得到的濾液儲(chǔ)存于中和濾液儲(chǔ)槽，用于中和渣漿化和送往氧壓二段濃密機(jī)；二段底流濾渣用硫回收壓濾液(儲(chǔ)存在中和洗水槽)及新水漿化至1.4 g/cm3的密度后送往硫回收進(jìn)行浮選。二段底流兩次壓濾硫浮選工藝流程詳見圖2。

圖2 二段底流兩次壓濾硫回收工藝流程

5 技改效果預(yù)期

通過提高硫浮選品質(zhì)及效率后，擬達(dá)到以下效果。

(1)降低尾渣損失的鋅金屬。目前硫回收壓濾液含鋅平均在60 g/L，按照240 t/d的尾渣干渣量計(jì)算，尾礦渣、硫精礦含水均為17%，日損失水鋅約2.9 t。若對(duì)二段底流進(jìn)行壓濾、漿化水洗，可使硫回收系統(tǒng)內(nèi)溶液含鋅控制在40 g/L，尾礦渣、硫精礦含水均為17%，日損失水鋅約1.9 t，相較沒有水洗的情況每天可回收可溶金屬鋅1 t，每月可回收鋅金屬20 t。

(2)穩(wěn)定硫磺產(chǎn)量，降低尾渣含硫。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果來看，經(jīng)壓濾后的氧壓二段底流采用新水漿化調(diào)整濃度后再入浮選槽，硫浮選和硫精礦帶式過濾機(jī)可以實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行，預(yù)計(jì)帶式過濾機(jī)的處理量由

7～9 m3/h提升到19 m3/h，硫精礦的產(chǎn)量將從每天40 t提升至120 t，硫磺產(chǎn)量可達(dá)到60 t/d以上，尾渣含硫降至20%以內(nèi)。