楊 澤,解萬文,沈 強,李多吉

(西部礦業(yè)股份有限公司鋅業(yè)分公司,青海西寧 811600)

硫化鋅精礦氧壓浸出工藝是將硫化鋅精礦不經(jīng)焙燒直接加入氧壓釜中,在一定溫度(145～155 ℃)和壓力(1 100 kPa)下,用氧氣作氧化劑、廢電解液作浸出劑、鐵作催化劑,直接把硫化鋅氧化成硫酸鋅溶液,部分鐵進入硫酸鋅溶液,經(jīng)中和除鐵后進入后續(xù)工序處理。鋅精礦中硫化物型的硫被氧化成元素硫留在浸出渣中[1],分離后的浸出渣經(jīng)浮選、帶式過濾、熔硫、熱過濾、制粒等工序產(chǎn)出硫磺,以回收元素硫。

鋅氧壓浸出工藝最大的特點在于副產(chǎn)品是便于儲存和輸送的固體硫磺而非傳統(tǒng)工藝的副產(chǎn)品硫酸,可以從根本上解決傳統(tǒng)工藝帶來的硫酸滯銷問題和SO2污染,同時副產(chǎn)品硫磺可以為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益[2]。行業(yè)中鋅精礦氧壓浸出渣一般采用火法處理富集回收其中的有價金屬[3],硫回收率過低將造成尾礦渣和硫渣含硫高,在火法處理過程中渣中硫升華后冷凝在熔煉爐煙道內(nèi)易堵塞煙道；另一方面,渣中過高的硫?qū)⒃谌蹮掃^程產(chǎn)生過多的SO2,增加環(huán)保難度,增加制酸生產(chǎn)負荷。

某鋅冶煉企業(yè)在初期進行硫回收工序時,硫磺產(chǎn)量低,大部分的硫未得到有效回收,進入尾礦渣中,造成尾礦渣含硫高,尾礦渣渣量大,渣處理難度加大,渣處理能力受限,嚴重制約主系統(tǒng)產(chǎn)能的提升。該企業(yè)針對鋅冶煉硫回收率低的問題,對氧壓浸出工藝進行了系統(tǒng)分析,找出影響硫轉(zhuǎn)化率和回收率的影響因素,并采取了改進措施,系統(tǒng)進行改進后,硫回收率可達到設計標準,硫磺產(chǎn)量達到140 t/d。

1 鋅氧壓浸出工藝

鋅氧壓浸出工藝是將硫化鋅精礦不經(jīng)焙燒直接加入氧壓釜中,在一定溫度和壓力下,用氧氣作氧化劑、廢電解液作浸出劑、鐵作催化劑,直接把硫化鋅氧化成硫酸鋅溶液和硫單質(zhì)的工藝。硫酸鋅溶液經(jīng)中和除鐵、三段凈化、電積和熔鑄工序產(chǎn)出鋅錠。原料中的硫、鉛等則留在渣中。分離后的渣經(jīng)浮選、熔硫、熱濾回收元素硫,產(chǎn)出副產(chǎn)品硫磺。目前鋅氧壓浸出工藝因其流程短、對環(huán)境友好,已得到行業(yè)的廣泛認可和應用。

2 硫回收率影響因素分析及提升措施

圖1 鋅氧壓浸出工藝流程Fig.1 Process flow of zinc-oxygen pressure leaching

在鋅氧壓浸出工藝中,影響硫回收率的因素有很多,除了氧壓浸出過程中的硫轉(zhuǎn)化率外,還有硫回收工序中的浮選回收率、帶式過濾過程損失、熔硫環(huán)節(jié)損失、熱濾渣損失等。

2.1 氧壓浸出過程中硫的轉(zhuǎn)化率

氧壓浸出過程中硫化鋅精礦中大部分硫轉(zhuǎn)化為硫單質(zhì)進入浸出渣中,通常只有少量的硫被氧化成硫酸鹽[4]。在高溫、高氧分壓、長反應時間、低酸度、細硫顆粒粒度的條件下有助于硫轉(zhuǎn)化成硫酸鹽[5],從而降低硫單質(zhì)的轉(zhuǎn)化率,降低硫回收率。

為了提升硫回收率,需要抑制精礦中的硫轉(zhuǎn)化成硫酸鹽。生產(chǎn)實踐中,為兼顧合適的鋅浸出率和較低的硫酸化率,將氧壓浸出反應溫度控制在150 ℃,反應釜的壓力控制在1 100 kPa,一段反應時長控制在90 min,二段反應時長控制在130 min,一段終酸濃度控制在3 g/L,二段終酸濃度控制在20 g/L。

二段浸出渣中硫精礦的粒度對鋅浸出率影響較小,故生產(chǎn)實踐中通過調(diào)整氧壓浸出工藝參數(shù)將二段浸出渣中硫精礦顆粒的粒度由90 μm 提升至130 μm,但粒度超過120 μm 后,在浮選過程中粗顆粒硫會下沉,造成浮選回收率大幅降低,這就需要在硫回收工序浮選后增加一臺高頻振動篩,用于補收浮選尾礦中粒度較粗的硫精礦。通過上述調(diào)整和改造,硫轉(zhuǎn)化為硫單質(zhì)的效率明顯提高,硫精礦顆粒粒度與硫回收率的關(guān)系見圖2。由圖2 可知,總硫回收率由55%提高至65%。

圖2 硫回收率與硫精礦粒度關(guān)系Fig.2 Relationship between sulfur recovery rate and sulfur concentrate particle size

2.2 浮選過程中硫的回收率

浮選過程是一個復雜的多相、多態(tài)、多輸入輸出、耦合關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)。影響最終產(chǎn)品質(zhì)量的參數(shù)因素有很多,包括:原礦品位、磨礦方法、磨礦細度、礦漿濃度、礦漿粒度、給礦速率、浮選液位、溫度、pH值、藥劑類型、藥劑量、反應時間、風量、風壓等[6]。在實際浮選過程中,礦漿的性質(zhì)、攪拌速度、礦漿濃度、粒度及浮選過程的藥劑、pH 值等直接影響浮選效果[7]。因硫疏水性較好,一般不需要添加藥劑就可實現(xiàn)較高的浮選回收率。試驗研究選擇硫浮選過程中可以調(diào)控的參數(shù)如浮選礦漿濃度、礦漿粒度、浮選風量、浮選槽泡沫層厚度等,并做了現(xiàn)場操作經(jīng)驗總結(jié),分析這些因素對硫回收率的影響。

2.2.1 浮選礦漿濃度

浮選礦漿濃度對硫回收率的影響較大,試驗結(jié)果見圖3。由圖3 可知,浮選礦漿質(zhì)量濃度在25%～35%時,浮選硫回收率最佳,浮選礦漿濃度過高或過低均不利于提高硫回收率。

圖3 浮選回收率與浮選礦漿濃度關(guān)系Fig.3 Relationship between flotation recovery rate and floated ore slurry concentration

改進措施:將浸出渣直接浮選工藝流程進行了改造:二段浸出渣不再直接進入浮選槽浮選,增加了3 臺400 m2的壓濾機將二段浸出渣通過壓濾,濾餅在漿化槽加入洗濾布水進行漿化調(diào)漿,將進浮選槽的礦漿質(zhì)量濃度控制在25%～35%。改造后,浮選硫回收率由55%提高至72%。

2.2.2 浮選礦漿粒度

浮選礦漿粒度對硫回收率的影響較大,試驗結(jié)果見圖4。

圖4 浮選回收率與浮選礦漿粒度關(guān)系Fig.4 Relationship between flotation recovery rate and ore slurry particle size

由圖4 可知,硫精礦的粒度在90～120 μm 時,浮選環(huán)節(jié)硫回收率最佳。浮選礦漿粒度過大,造成硫精礦在浮選槽內(nèi)沉積,難以附著在浮選氣泡表面浮出；硫精礦粒度過細,造成礦漿泥化,硫精礦和尾礦難以分離。合適的粒度硫精礦的存在使得粗粒硫具有載體作用,背負細粒上浮,增大了細粒的可浮性[8],提高了硫的回收率。

改進措施:將浸出渣中硫精礦的粒度控制在90～120 μm。措施實施后浮選硫回收率由72%提升至83%。

2.2.3 浮選槽風量

生產(chǎn)實踐經(jīng)驗表明,浮選風量過大會造成浮選槽內(nèi)翻漿,硫精礦與氧化物渣難以分離,浮選精礦品位降低,影響帶式過濾機處理量；浮選風量過小,沒有足夠多的氣泡浮出,硫精礦顆粒難以附著在氣泡表面浮出,引起硫精礦在浮選槽內(nèi)沉積,與浮選尾礦一同排出浮選槽,降低了硫回收率。通過生產(chǎn)實踐,總結(jié)出浮選單槽風量在170～180 Nm3/h 最佳,可保證有足夠的氣泡滿足硫精礦附著浮出又不至于造成浮選槽內(nèi)液面翻騰而降低硫精礦品位。

2.2.4 浮選泡沫層

生產(chǎn)實踐經(jīng)驗表明,浮選泡沫層過厚,浮選刮板只能刮掉泡沫表層顆粒較細的硫精礦,難以觸及隨氣泡一起浮出的粗粒級硫精礦,造成在浮選槽內(nèi)硫精礦富集,浮選泡沫層逐步消失,影響硫回收率；浮選泡沫層過薄,硫精礦和氧化物渣一同被刮除,降低了硫精礦的品位。通過生產(chǎn)實踐,將粗選和精選泡沫層控制在20～40 cm,掃選泡沫層厚度在10 cm 左右,得到了較高的硫回收率和品位較高的硫精礦。浮選硫回收率從83%提高至85.5%,硫精礦硫含量由80%提升至85%以上。

2.3 帶式過濾過程中的硫損失

在硫精礦帶式過濾中,濾餅通過帶式過濾機末端的刮刀剝離,粘在濾布上的硫精礦經(jīng)水洗后進入洗濾布水中,洗濾布水量為600 m3/d,洗濾布水中含硫精礦4%左右,洗濾布水處置不當將會造成硫損失。為避免帶式過濾過程中的硫損失,同時避免系統(tǒng)體積增加,通過采用硫回收系統(tǒng)內(nèi)的濃密機上清液替代工藝水來清洗濾布,洗完濾布后的洗水用于調(diào)節(jié)浮選礦漿的濃度。洗濾布水在硫回收系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán),很好地避免了因帶式過濾機洗濾布水處理不當而造成的硫損失,此部分對總硫回收率的影響在14%左右。此外,硫精礦帶式過濾機濾布的選擇對硫回收率很關(guān)鍵,帶式濾布透氣率越差,液固分離效果越差,直接影響硫精礦液固分離的效率和硫精礦的處理能力,也會影響硫回收率。

2.4 熔硫池溫度

熔硫池的溫度能否滿足前段工序產(chǎn)出的硫精礦的融化需求,直接決定硫精礦能否轉(zhuǎn)化為硫磺的能力。熔硫池溫度過低將導致熔硫池內(nèi)結(jié)塊,致使產(chǎn)出的硫精礦不能全部加入熔硫池,只能輸送至渣場堆存。此外,熔硫池溫度過高或過低均會導致熔融硫流動性變差,致使熱過濾過程中熔融硫附著在濾渣中的量增加。因此熔硫池最佳溫度應控制在135～145 ℃。硫精礦的水分、熔硫池內(nèi)換熱器合理的換熱面積、換熱器內(nèi)過熱冷凝水是否能夠有效排出等對保障熔硫池溫度均至關(guān)重要。

生產(chǎn)實踐中,通過定期清理帶式過濾機洗濾布水噴頭以保證濾布清潔、透氣率良好；通過調(diào)整帶式過濾機濾餅厚度在1.5 cm 左右,同時采用合適的真空度,以保證硫精礦水分控制在12%以內(nèi)；增加熔硫池盤管換熱器的數(shù)量,同時將換熱蒸汽壓力提升至700 kPa；定期排出盤管中的冷凝水等,使得熔硫池的溫度得到較好的控制,滿足了產(chǎn)出的硫精礦全部進入熔硫池?？偭蚧厥章蕪?5% 提升至69%左右。

此外,某企業(yè)通過下沉換熱器以減少其底部至池底的距離50～1 000 mm 的方法增加了換熱器有效換熱面積,同樣也達到了提升熔硫池溫度的效果[9]。

2.5 熱濾渣的量和渣含硫

熱濾過程中熱濾渣的渣量和含硫量是影響硫回收率的重要因素。某企業(yè)通過分析解決硫精礦硫品位低、硫化渣渣量高及硫精礦酸及硫酸鹽含量高等問題提高了熔硫產(chǎn)能[10]。

為提高硫精礦品位,企業(yè)通過調(diào)整浮選工藝使產(chǎn)出的硫精礦品位保持在85%以上。另外,用液堿替代石灰中和硫精礦中的酸,在帶式過濾機入料端2 m 處加裝液堿洗滌噴淋頭,將硫精礦中的酸中和,使硫精礦中的可溶鋅盡可能多地進入濾液,有效降低了熱濾渣的量。

針對熱濾渣含硫高的問題,通過在熱濾機入料口加裝蒸汽吹掃管,在熱過濾機過濾結(jié)束后用蒸汽吹掃濾餅中的熔融態(tài)硫,將熱濾渣硫含量從60%降低至50%,有效降低了熱濾渣引起的硫損失,提高了硫回收率,總硫回收率提升了2.5%。

3 結(jié)語

通過將二段浸出渣中硫精礦顆粒的粒度由90 μm提升至130 μm,同時引進高頻振動篩對浮選尾礦中的粗顆粒硫精礦進行捕收；通過壓濾漿化將浮選礦漿濃度控制在25%～35%；浮選單槽風量控制在170～180 Nm3/h；粗選和精選泡沫層控制在20～40 cm,掃選泡沫層厚度在10 cm 左右；通過改造實現(xiàn)洗濾布水在硫回收系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)；降低硫精礦含水量,增加盤管換熱面積,提高換熱蒸汽壓力至700 kPa,將熔硫池溫度控制在135～145 ℃；硫精礦堿洗和濾餅吹掃等措施,提高了鋅精礦氧壓浸出中的硫回收率,總硫回收率從45%提高至71%。本文可為鋅精礦氧壓浸出中提高硫回收率提供參考。