呂志林，徐春香

（1.江西偉燦工程技術(shù)咨詢有限責(zé)任公司 江西 南昌 330096；2.江西省江通環(huán)保科技有限公司，江西 南昌 330096）

1 前言

某鉛鋅冶煉廠(以下簡稱“某廠”)采用“兩段富氧加壓直接浸出”全濕法煉鋅工藝處理硫化鋅精礦，具有金屬回收率高，原料適應(yīng)性強(qiáng)、伴生金屬回收利用程度高、硫的回收方式靈活，流程短、反應(yīng)快，效率高，環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。氧壓浸出車間配置4臺(tái)氧壓釜，單釜體積465m3，是目前世界上濕法煉鋅最大的氧壓釜。鋅電解采用大極板48h長周期電積技術(shù)，鋅陰極板面積為3.2m2，并且陰陽極的起吊和搬運(yùn)，陰極剝鋅等將采用全自動(dòng)的設(shè)施與裝備。因此，對(duì)硫酸鋅溶液成分要求較高，特別是較難處理的鈷、銻等雜質(zhì)，必須深度凈化以滿足大極板電積的要求。

一段浸出液經(jīng)中和除鐵后產(chǎn)出中上清液，送往凈化工段處理，采用常規(guī)的三段銻鹽凈化工藝，其主要任務(wù)將中上清的銅、鎘、鈷、鎳、銻等雜質(zhì)元素除去，為電鋅車間提供合格的新液，同時(shí)回收凈化渣中有價(jià)金屬。在凈化作業(yè)過程需添加大量的鋅粉，通過置換反應(yīng)的原理除雜質(zhì)，自開產(chǎn)以來生產(chǎn)流程波動(dòng)較大，凈化新液質(zhì)量不穩(wěn)定，鋅粉單耗遠(yuǎn)高于同行業(yè)先進(jìn)水平，每年鋅粉消耗量約1萬噸左右，生產(chǎn)成本居高不下，同時(shí)導(dǎo)致后段鎘回收處理量增加，產(chǎn)出大量高含鋅的鈷渣，影響鋅濕法直收率。

2 生產(chǎn)現(xiàn)狀

2.1 凈化工藝簡介

某廠凈化工段采用常規(guī)的三段銻鹽凈化工藝，中和車間產(chǎn)出的除鐵上清液經(jīng)過一段除銅鎘鈷，二段除鈷鎳，三段深度除殘鎘，產(chǎn)出合格新液送至電解車間。為了達(dá)到鋅電積的要求，溶液中的銅、鎘、鈷、鎳、砷、銻、鍺等有害雜質(zhì)必須脫除到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)以下，凈化過程就是把中和除鐵后液中不利于鋅電解的雜質(zhì)除去。鈷、鎳的去除是凈化過程中的難點(diǎn)，從熱力學(xué)角度分析，鈷、鎳可以被鋅粉置換除去，但實(shí)際上用幾十倍甚至幾百倍理論量的鋅粉都無法將鈷降至允許濃度以下。

2.2 凈化工藝流程圖

圖1 凈化工藝

2.1 鋅粉單耗現(xiàn)狀

圖2 凈化鋅粉單耗 單位：kg/t.Zn

某廠所需硫化鋅精礦80%以上全部外購，隨著資源的日益枯竭，采購來的原料存在多樣化，雜質(zhì)含量偏高，通過兩段加壓浸出后，Cu、Cd、Co等雜質(zhì)全部浸出后進(jìn)入溶液，目前中上清鈷最高達(dá)到35mg/l，導(dǎo)致凈化除鈷困難，新液質(zhì)量波動(dòng)較大，生產(chǎn)過程中被迫消耗大量鋅粉，凈化鋅粉單耗高達(dá)65kg/t.Zn以上，遠(yuǎn)高于同行業(yè)水平。

表1 除鐵上清液質(zhì)量要求

從上圖可以看出某廠全年鋅粉單耗平均值高達(dá)68.94kg/t.Zn，高于內(nèi)部控制目標(biāo)值60kg/t.Zn且波動(dòng)較大，但其中7月、9月份單耗分別僅為52.87、51.61kg/t.Zn，說明凈化鋅粉單耗下降有很大的空間。

3 鋅粉單耗高原因分析

3.1 前液雜質(zhì)含量波動(dòng)大

表2 除鐵上清液分析數(shù)據(jù)

某廠外購原料比例較高，進(jìn)廠鋅精礦成分較為復(fù)雜，給配料工作帶來極大的困難。中和除鐵工藝控制不穩(wěn)定，凈化前液雜質(zhì)含量波動(dòng)大，作業(yè)過程操作條件頻繁變動(dòng)，鋅粉消耗量急劇上升。

3.2 主流程溶液含鋅過低

表3 除鐵上清液含鋅分析數(shù)據(jù)

流程溶液含鋅過低，新液需求總量提升，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)體積加大，影響鋅粉單耗偏高，國內(nèi)同等規(guī)模鋅濕法冶煉廠新液含鋅一般控制在148～155g/l左右。

3.3 開機(jī)流量小

凈化系統(tǒng)處理的溶液主含量為硫酸鋅，PH值大于5.2硫酸鋅容易水解，溶液含一定量的鈣鎂離子會(huì)加劇管道結(jié)晶速度，部分管道結(jié)晶速度快，車間外圍管道周期管理難度大，導(dǎo)致凈化開機(jī)流量提不起來。同時(shí)溶液壓濾系統(tǒng)有14臺(tái)板式過濾機(jī)，濾布采用滌綸621型號(hào)，濾布及濾板清洗不到位，影響開機(jī)流量。凈化作業(yè)時(shí)間長及鋅粉加入量過多容易發(fā)生鋅水解現(xiàn)象，壓濾系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)不通暢，導(dǎo)致凈化開機(jī)流量維持在80～150m3/h之間，影響鋅粉單耗。

我國該說明書遺漏藥效學(xué)和耐藥性資料。撰寫技術(shù)指導(dǎo)原則規(guī)定，在藥理毒理項(xiàng)目中應(yīng)設(shè)耐藥機(jī)制小項(xiàng)，“此項(xiàng)應(yīng)描述最新的耐藥機(jī)制研究，首先描述是否已有病原菌對(duì)藥物出現(xiàn)耐藥以及發(fā)現(xiàn)的研究，詳述耐藥機(jī)制、相關(guān)耐藥基因以及交叉耐藥的機(jī)制。若尚未發(fā)現(xiàn)耐藥菌株可描述為尚未在體外、動(dòng)物感染模型以及臨床研究中發(fā)現(xiàn)耐藥菌株。也需對(duì)已知的或觀察到的誘導(dǎo)耐藥的情況或機(jī)制、藥物引起細(xì)菌耐藥的突變頻率進(jìn)行描述?！?/p>

3.4 鋅粉質(zhì)量

鋅粉的成份根據(jù)Q/CHYG J2040.1-2018《冶煉板塊原料采購技術(shù)要求》規(guī)定如下表4、表5所示：

表4 除鐵上清液含鋅分析數(shù)據(jù)

表5 除鐵上清液含鋅分析數(shù)據(jù)

凈化生產(chǎn)所使用的鋅粉有外購電爐鋅粉和自產(chǎn)噴吹金屬鋅粉兩種，鋅粉控制標(biāo)準(zhǔn)按上述表格內(nèi)要求控制，鋅粉質(zhì)量是確保凈化過程溶液質(zhì)量合格的關(guān)鍵因數(shù)，提高鋅粉質(zhì)量是深度凈化和降低鋅粉單耗的有效途徑。

3.5 銻鹽加入量

銻鹽在凈化過程中會(huì)活化鋅粉，以提高鋅粉的置換Co等能力，從而提高置換除Co等雜質(zhì)的效率。通過開展凈化小實(shí)驗(yàn)研究，在同樣的銻鹽用量下，隨著凈化時(shí)間的延長凈化除Co率有所降低，說明凈化后期凈化速度已經(jīng)小于反溶速度；銻鹽用量降低，在同樣時(shí)間下，除Co率略有升高，銻鹽增加會(huì)導(dǎo)致Co的反溶速度增加，從而造成除Co率下降，合理控制銻鹽用量確保除Co關(guān)鍵因數(shù)。

實(shí)際生產(chǎn)中銻氧粉采用高位攪拌槽化水后連續(xù)加入凈化槽，銻鹽不溶于水，易沉積，極易堵塞高位槽出口。銻鹽添加不穩(wěn)定影響除鈷效率，溶液鈷不合格次數(shù)增加，增加鋅粉消耗。

3.6 雜質(zhì)復(fù)溶

鈷、鎘復(fù)溶的原因主要有溫度升高和攪拌、壓濾作業(yè)時(shí)間和溶液停留時(shí)間過長。鈷、鎘的復(fù)溶有兩種解釋，一種是“電化學(xué)溶解”，指的是被置換出來的金屬鈷、鎘對(duì)溶液中其它金屬陽離子的置換作用。只要溶液中含有一定濃度的電極電位比鎘更正的金屬陽離子，這種置換反應(yīng)就容易發(fā)生，使鈷、鎘溶解進(jìn)入到溶液中。另一種是“化學(xué)溶解”，指的是被置換的鈷、鎘容易被氧化生成氧化鈷、鎘后，又被溶液中的弱酸溶解而進(jìn)入到溶液中。

溫度升高主要會(huì)引起鎘的復(fù)溶，主要是因?yàn)殡S著溶液溫度的升高，氫析出的超電壓就下降，當(dāng)氫析出的電極電位高于鎘析出的電極電位后，溶液中的氫離子就在鎘上放電析出氫氣，而鎘則溶解進(jìn)入到溶液中。實(shí)際生產(chǎn)中控制好三段凈化溫度，除溶液殘鎘問題基本不大。

某廠開產(chǎn)初期鈷的脫除比較困難，主要系鈷的復(fù)溶原因影響，一段凈化鈷脫除率控制在60%～70%，二段凈化前液含鈷10mg/l左右，頻繁出現(xiàn)二段凈化作業(yè)槽溶液經(jīng)過壓濾機(jī)后鈷升高現(xiàn)象，三段凈化溶液返液處理，增加鋅粉消耗。同時(shí)二段凈化渣含鈷過高，在送往鎘回收處理時(shí)，酸洗后液含鈷高，必須進(jìn)行沉鈷作業(yè)，產(chǎn)生大量高含鋅鈷渣。

4 優(yōu)化方案及改進(jìn)措施

4.1 穩(wěn)定前液雜質(zhì)含量

優(yōu)化原料管理，鋅精礦分倉儲(chǔ)存，將每天入廠的原礦按照廠地不同、成份不同分別入倉堆存，并做好標(biāo)識(shí)。積極與供應(yīng)鏈管理部溝通，對(duì)外協(xié)調(diào)盡量能夠根據(jù)生產(chǎn)所需的礦比進(jìn)行采購礦種。根據(jù)礦倉原料儲(chǔ)存量、成份、粒度情況做出配料計(jì)算，做到混合鋅精礦成分穩(wěn)定、控制好粒度，要求穩(wěn)定混合鋅精礦含Zn≥47%、粒度-200目占比≥85%，并逐步使每種礦比的使用時(shí)間穩(wěn)定在10天以上，保證入釜鋅精礦的品質(zhì)穩(wěn)定。

根據(jù)備料現(xiàn)有場(chǎng)地及設(shè)施條件，采用三級(jí)配料方式：①一級(jí)：根據(jù)原料結(jié)構(gòu)情況合理控制各倉庫存量，并依據(jù)進(jìn)礦時(shí)間和分析成分進(jìn)行分堆存放，防止混堆；②二級(jí)：根據(jù)倉內(nèi)8個(gè)倉的原料實(shí)際情況（1#渣物料除外），嚴(yán)格控制各倉的搭配比例，在5#內(nèi)采用堆式配料法按照一定比例實(shí)現(xiàn)二級(jí)配料；③三級(jí)：利用備料的3條電子皮帶稱，通過控制各臺(tái)稱的給入量，實(shí)現(xiàn)精礦的進(jìn)一步混合均勻來達(dá)到三級(jí)配料的目的。

優(yōu)化中和沉銅工藝控制條件，中和現(xiàn)工藝：預(yù)中和-置換沉銅-一中和-二中和，中和修改后工藝：置換沉銅-預(yù)中和-一中和-二中和。提高安全風(fēng)險(xiǎn)管控，因提高一段酸鐵，砷含量飆升，工藝作業(yè)兩者對(duì)換位置，特別是冬季安全管控風(fēng)險(xiǎn)須升級(jí)。加強(qiáng)生產(chǎn)組織，因酸高，使用鋅粉置換沉銅時(shí)，鋅粉先與酸發(fā)生反應(yīng)，鋅粉用量顯著增加，嚴(yán)格控制好一段浸出上清液含酸量。中和車間沉銅后液含銅平穩(wěn)控制要求在150mg/l以下。

4.2 優(yōu)化周期管理

優(yōu)化濾板清洗方式。增加濾板廢液浸泡槽，在凈化壓濾廠房用鋼板焊接制作兩個(gè)廢液泡板槽，確保濾板廢液浸泡時(shí)間大于24小時(shí)，便于濾板結(jié)晶清洗。更換濾板清洗機(jī)，原先濾板清洗機(jī)水壓過小，濾板結(jié)晶沖洗不干凈，更換高壓清洗機(jī)后濾板清洗效率更高。增設(shè)專職清洗濾板人員，兩班倒每班12小時(shí)，確保每天沖洗出兩臺(tái)濾板（150塊）。確保濾板沖洗質(zhì)量，每天更換兩臺(tái)壓濾板。

制定管道周期清理計(jì)劃，各種管道均采用高壓清洗機(jī)沖洗結(jié)晶，提高清洗效率，管道清理在計(jì)劃時(shí)間內(nèi)完成，確保管道清理質(zhì)量，為凈化大流量開機(jī)創(chuàng)造條件。

制定凈化冬季管道防凍方案，室外管道均用保暖棉做防凍處理，停機(jī)時(shí)控制后液儲(chǔ)槽液位，防止槽出口管道凍液。間斷輸送溶液的管道增加蒸汽伴熱管，定點(diǎn)啟動(dòng)泵送液，避免發(fā)生管道凍液堵塞流程的情況。

4.3 提高一段凈化鈷脫除率

更換大量程申克定量給料機(jī)，一段凈化首槽鋅粉給料機(jī)最大流量從500Kg/h增加至1000Kg/h，選用申克DEL系列秤體，通過系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算、控制調(diào)節(jié)、顯示和通訊等，調(diào)整零點(diǎn)和調(diào)整量程，并能不斷地校正模擬回路的漂移，確保鋅粉連續(xù)均勻加入。一段凈化首槽鋅粉加入量提高到650Kg/h，提高一段鈷脫除率。

優(yōu)化銻鹽加入方式。增加一個(gè)銻鹽攪拌高位槽，與另外的一高位槽實(shí)現(xiàn)交替使用，銻鹽加料管道，改為管道上面開口，每個(gè)作業(yè)槽單獨(dú)布管，在高位槽根部增加流量控制閥門。崗位員工每次加料都要用電子秤進(jìn)行秤重，按Sb：Co=0.6：1調(diào)整銻鹽使用量，確保加入量準(zhǔn)確。新增廢液管道，廢電解液加入銻鹽高位槽攪拌均勻后，連續(xù)加入凈化槽內(nèi)，提高銻鹽使用效率。

增加溶液沖洗鋅粉裝置，鋅粉采用溶液沖洗濕潤后連續(xù)均價(jià)加入凈化槽。將一段凈化后液鈷含量控制在2～5mg/l。前期生產(chǎn)試驗(yàn)確定一段后液鈷在5mg/l以下，鎘回收二段凈化渣酸洗后液含鈷基本在10mg/l以內(nèi)，返回浸出主流程，避免沉鈷作業(yè)，降低鈷渣產(chǎn)量及鈷渣含鋅。

4.4 抑制雜質(zhì)復(fù)溶

Zn-Pb-Al-Sb四元合金鋅粉的使用。自產(chǎn)鋅粉噴吹項(xiàng)目采用空氣霧化法之虹吸噴吹工藝生產(chǎn)鋅粉，即將鋅熔化后利用壓縮空氣將鋅液吹成霧狀并迅速冷凝成鋅粉。利用自產(chǎn)鋅粉噴吹爐，組織生產(chǎn)四元合金鋅粉（Zn、Pb、Al、Sb），合金鋅粉能夠有效抑制鈷復(fù)溶，除雜效率顯著提高，降低凈化鋅粉消耗量，減少凈化渣量，降低鎘回收生產(chǎn)負(fù)荷。

二段凈化設(shè)計(jì)有5個(gè)150m3作業(yè)槽，按現(xiàn)有開機(jī)流量，二段凈化時(shí)間長達(dá)3.5h以上，通過短接兩個(gè)作業(yè)槽，采用3個(gè)作業(yè)槽進(jìn)行二段凈化作業(yè)，將反應(yīng)時(shí)間減少至2h，同時(shí)優(yōu)化二段凈化溫度及添加劑加入量，降低鈷、鎘的復(fù)溶概率。

4.5 壓濾機(jī)管理

優(yōu)化凈化壓濾機(jī)濾布選型，通過試驗(yàn)研究后，將凈化壓濾機(jī)濾布由原先的621滌綸材質(zhì)改成688丙綸材質(zhì)。688濾布的材質(zhì)較硬，使用后濾布采用工業(yè)洗布機(jī)清洗，清洗前先用廢電解液浸泡24h，冷凝水或用蒸汽升溫的生產(chǎn)水清洗2-3遍，清洗后濾布回收利用，第三次回收利用后清洗干凈滿足廢舊濾布外售的要求。采用新型濾布后，凈化溶液質(zhì)量穩(wěn)定，壓濾系統(tǒng)得到極大的改善，為凈化大流量開機(jī)創(chuàng)造了有力條件。一、二段凈化壓濾機(jī)采取2備3用模式運(yùn)行，縮減溶液壓濾時(shí)間，改善渣型，減少雜質(zhì)復(fù)溶情況發(fā)生。

4.6 凈化溫度控制

在連續(xù)凈化作業(yè)中，溫度的合理控制起著關(guān)鍵性的作用，直接影響溶液雜質(zhì)脫除效率及過濾性能。某廠凈化技術(shù)條件中，對(duì)溫度的控制為：一段70℃～80℃，二段78℃～85℃，三段65℃～75℃。在生產(chǎn)中，針對(duì)各段的實(shí)際情況，為了達(dá)到深度凈化目的，對(duì)溫度的合理控制極為重要。冬季生產(chǎn)過程中，廠區(qū)采暖蒸汽需求量較大，兩臺(tái)工業(yè)鍋爐滿負(fù)荷生產(chǎn)，能夠滿足蒸汽需求，凈化工段配置4臺(tái)螺旋換熱器，凈化作業(yè)過程溫度能夠控制在合理范圍之內(nèi)。

4.7 提高主流程溶液含鋅

鈷渣酸洗及沉鈷產(chǎn)出貧鎘液返回凈化調(diào)漿循環(huán)使用，減少凈化壓濾渣漿化過程生產(chǎn)水加入量，提高鎘回收返氧壓浸出貧鎘液含鋅至140mg/l以上。加強(qiáng)系統(tǒng)體積平衡管控，優(yōu)化電解酸鋅控制，提高廢電解液含酸，調(diào)整氧壓浸出液固比，將主流程含鋅提升至150mg/l，提高系統(tǒng)溶液周轉(zhuǎn)效率。

4.8 減少主流程鈷富集

降低鎘回收沉鈷后液鈷含量，減少鈷在流程內(nèi)部富集。優(yōu)化凈化除鈷工藝，85%鈷分散于一段凈化渣，減少二段凈化渣含鈷。加強(qiáng)銅鎘渣浸出及鈷渣酸洗崗位規(guī)范操作，浸出溫度控制在75℃～80℃，酸洗溫度控制在60℃～80℃，平穩(wěn)控制廢液的加入速度，整個(gè)過程pH≥3.0，終酸pH控制在3.0～4.5，減少鈷的進(jìn)入溶液，提高鈷入渣率。貧鎘液進(jìn)行銻鹽除鈷作業(yè)，嚴(yán)格控制返回系統(tǒng)沉鈷液含鈷小于15mg/l，降低中上清含鈷，壓濾過程加強(qiáng)卸渣操作，嚴(yán)禁跑渾現(xiàn)象發(fā)生，避免造成鈷在系統(tǒng)內(nèi)部閉路循環(huán)。

5 總結(jié)

針對(duì)全濕法煉鋅工藝的特殊環(huán)境特點(diǎn)，結(jié)合開產(chǎn)幾年來的實(shí)際生產(chǎn)情況，不斷優(yōu)化工藝流程，通過合理控制生產(chǎn)關(guān)鍵控制要素及一系列的技術(shù)改造的實(shí)施，凈化鋅粉單耗由之間的68.94kg/t.Zn降低到56.5kg/t.Zn，降低了企業(yè)生產(chǎn)成本。同時(shí)極大的改善了新液質(zhì)量，為鋅電解安全平穩(wěn)運(yùn)行提供保障，有效降低鈷渣產(chǎn)量，鈷渣含鋅控制在25%以下，提高鋅冶煉濕法直收率。

隨著某廠鉛系統(tǒng)復(fù)產(chǎn)，發(fā)揮鉛鋅聯(lián)合冶煉的優(yōu)勢(shì)，各項(xiàng)工藝控制逐步完善，原料采購日趨穩(wěn)定，平穩(wěn)提升各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)，崗位操作技能進(jìn)一步提升，根據(jù)系統(tǒng)綜合除雜質(zhì)效果，凈化鋅粉單耗還有一定的下降空間。