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锌冶炼技术发展现状综述

  1、国外锌冶炼技术水平
  湿法炼锌是当今世界最主要的炼锌方法,其产量占世界总锌产量的85%以上。近期世界新建和扩建的生产能力均采用湿法炼锌工艺。湿法炼锌技术发展很快,主要表现在:硫化锌精矿的直接氧压浸出;硫化锌精矿的常压富氧直接浸出;设备大型化,高效化;浸出渣综合回收及无害化处理;工艺过程自动控制系统等几个方面。
  火法炼锌中的竖罐蒸馏炼锌已趋淘汰,电炉炼锌规模小且未见新的发展。等离子炼锌技术及喷射炼锌技术在上世纪80年代实现了钢厂烟灰回收锌的示范工厂,至今尚未见有关进一步的商业化进展的报道,密闭鼓风炉炼铅锌是世界上最主要的几乎是唯一的火法炼锌方法。世界上总共有15台(包括国内isp工厂)密闭鼓风炉在进行锌的生产,占锌的总产量12%-13%,其技术发展主要是增加二次含铅锌物料的处理措施;改进冷凝效率;富氧技术的运用等。
  1.1氧压浸出技术的运用
  硫化锌精矿氧压浸出新工艺的特点是:锌精矿不经焙烧直接加入压力釜中,在一定的温度和氧分压条件下,直接酸浸获得硫酸锌溶液,原料中的硫、铅、铁等则留在渣中,分离后的渣经浮选、热滤、回收元素硫、硫化知残渣及尾矿,进入硫酸锌溶液中的部门铁,经中和沉铁后进入后续工序处理。该工艺浸出效率高。对高铁闪锌矿和含铅的锌精矿适应性强。与常规炼锌方法相比无需建设配套的焙烧车间和酸厂,有利于环境的治理,尤其是对于成品硫酸外运交通困难的地区,氧压浸出工艺更显优势,产出的元素硫便于储存和运输。
  该工艺动力学研究表明,浸出反应是在硫化锌矿粒表面进行的多相反应,为了提高浸出过程的反应速度,要求精矿粒度98%小于44μm。升高温度反应速度增加,但当温度提高到元素硫的熔点(119℃)时产生的溶融硫会包裹在硫化锌颗粒表现,阻碍浸出反应的继续进行,实验发现溶融硫的黏义勇在153℃时最小,而温度高于200℃时,硫氧化生产硫酸盐的速度大为增加,因此浸出温度定为150℃左右为宜,同时加入木质磺酸盐作表面活化剂,有利于反应顺利的进行。溶液中三价铁的存在对浸出反应起加速作用,在使硫化锌氧化时,本身被还原成二价铁,接着又被进一步氧化成三价铁。二价铁氧化成三价铁被认为是浸出过程的控速阶段,起到氧的传递作用。浸出的反应与二价铁氧化速率紧密相关,二价铁氧化速率与二价铁的浓度、溶液的酸度及浸出过程的氧压有关。工业实践证明:硫化锌精矿氧压浸出的温度为140℃~150℃,氧分压为700kpa,浸出时间1小时,锌浸出率可达98%以上,硫总回收率为88%。目前国外已有五座炼锌厂建成了氧压浸出系统。
  (1)加拿大特累尔锌厂:
  该厂氧压浸出系统设计处理锌精矿能力为190t/d,新建的氧压浸出系统与原有的传统湿法炼锌平行运行,氧压浸出的矿浆经旋流器分级溢流进入老系统的酸浸槽与原工艺流程合并,氧压浸出系统设计产锌量为全厂产能的20%。
  该厂处理的物料主要是柯明柯公司的沙里文矿。其顾分为:锌49%,铁11%,铅4%,硫32%。
  氧压浸出厂首先将锌精矿用球磨机细磨,球磨机与水力旋流器闭路循环,旋流器的溢流经浓缩后得到含固量68%~70%,粒度小于44μm占90%的矿浆,在矿浆搅拌槽里加入表面活性剂后,连续泵入4室高压釜的第一室。由电积车间来的废电解液配入浓硫酸,使其酸度达到含硫酸165g/l,然后与矿浆闪蒸槽产出的蒸气进行热交换,使废电解液的温度由30℃提高到70℃,预热后的废电解液泵入高压釜的第一室。未经预热的废电解液泵入高压釜的第二室,氧压浸出用的氧气纯度为98%,从高压釜前三个室加入。高压釜为四室卧式机械釜,其直径为3.7m,长15.2m,容积103m3,每室有搅拌器和隔板,操作压力为1250pa,温度150℃,浸出产物通过衬陶瓷的排料阀排出,进入闪蒸槽,闪蒸槽的操作压力为55kpa,温度为117℃,闪蒸后的矿浆进入调节槽,再泵入一台水力旋流器,旋流器的溢流主要是硫酸锌溶液和铁矾矿浆,经扫选硫后送焙烧浸出系统。扫选产品与旋流器底流合并经粗选,精选后产出硫富集物,再经过滤、溶融、热滤,产出元素硫出售。未反应的硫化锌和夹杂的硫残渣返回焙烧。
该氧压浸出系统经改造完善后的处理能力已达到376t/d,设备运转率90%,高压釜物料停留时间100分钟,排气中氧含量(干基)85%,浸出终液含铁5g/l,含酸30g/l,锌浸出率98%,硫回收率83%~91%。
  (2)加拿大梯明斯厂
  氧压浸出系统设计能力为处理精矿105t/d,该厂也是在传统湿法炼锌厂基础上扩建的。加压浸出的矿浆经浓密后,溢流在氧化槽中氧化,中和,焙烧作氧化步骤的中和剂,氧化步骤排出的浆化物由硫酸锌溶液,未反应的焙烧砂矿和沉淀的氧化铁组成,送至老厂的中性浸出工序与主工艺流程合并,氧压浸出矿浆浓密底流即合硫浸出渣,与老厂产生的残渣一起洗涤过滤并储于尾矿坝。
  该厂的氧压浸出工艺与特列尔锌厂工艺略有不同,采用低酸作业,铁以黄钾铁矾,碱式硫酸铁和水合氧化铁沉淀。
浸出高压釜也是四室卧式机械釜,其直径为3.2m,长12m,有效容积50m2,釜体结构同于特列尔厂,外壳为碳钢,内衬铅和耐酸砖,内部零件由钛和904l不锈钢制成。
  进入高压釜锌精矿矿浆含固量65%,小于44μm。颗粒占95%。釜内总压维持在1100~1240kpa,温度130℃~145℃,浸出产物经闪蒸槽温度降至100℃进调浆槽,在浓密机中固、液分离前静置一段时间,使硫碘转换成单斜体结晶状。大约25%的上清液作为冷却剂再循环回到高压釜内。剩余的上清液在氧化槽中使二价铁离子氧化成三价铁离子,在此焙烧作氧化步骤的中和剂,并返回老系统沉矾液调节液固比。氧化槽排出的浆化物送至传统工厂的中性浸出段。浓密机底流含碱式硫酸铁、铁矾渣、单质硫及共他残留物与传统工厂生产的残渣一起洗涤并堆存于尾矿坝。投产前期,曾出现过砖衬的脱落,铅衬的局部浸蚀,卸料管堵塞及排气控制阀的磨损问题,经过几次的修改,材质的更换和加强维护管理,逐步提高了其经营效率和产量。1995年运行时间为80.4%,设备利用率达到88.2%。其主要生产数据如下:实际的精矿处理量150t/d,釜内氧含量(干基)92%,浸出终液含酸15~18g/l,含铁3-3.5g/l,锌浸出率98%。
  (3)德国鲁尔锌厂
  鲁尔锌厂是第三家采用氧压浸出工艺的公司,加压浸出和原有的湿法炼锌老系统的设备结合起来提高了电锌的生产能力,年增产5万t电锌,占全厂总量三分之一以上。老系统的流程包括:焙烧、中性浸出、热酸浸出、高热酸浸出、净液、电积等工序。高热酸浸出的铅、银渣出售给铅厂,热酸浸出液用锌精矿还原,使溶液中的三价铁还原成二价铁,然后焙砂中和,使铁以赤铁矿的形式沉淀下来。还原渣含有硫化锌和大量硫送往焙烧炉。新增氧压浸出系统后,改变了这部门工艺,即将还原渣与锌精矿二次研磨后的矿浆混合,同时加入高压釜,其作用是增加焙烧炉处理的精矿量,也使还原渣中的硫不以硫酸产出而以元素硫形式产出。进入高压釜的锌清矿量占原料量的50%~60%还原渣为40%~50%。高压釜反应温度为150℃,为防止元素硫包裹硫化锌颗粒,在进入高压釜混合矿浆中加入了添加剂。加压浸出后的矿浆进入闪蒸槽温度下降到120℃,产生的蒸汽作用于加热进料溶液,闪蒸槽排出的矿浆进入调节槽温度进一步下降到80℃,单质硫冷却成小的颗粒,用浮选方法使用与矿浆分离。
  调节槽矿浆进入初级浮选槽直接处理,初级浮选后的尾矿浆进行浓密,浓密机底流经粗选、扫选、精选后的硫精矿和初级浮选的硫精矿合并,经过滤、洗涤、再经熔融热滤得到单质硫副产品出售,硫化物滤饼返回焙烧。扫选尾矿与老流程高热酸浸出渣混合进入原有的铅、银、渣浓密池。初级浮选尾矿浓密机上清液含溶解的锌、铁送往原有的中性浸出工序。
  该厂投产三年后,原料改为全部精矿,不再处理还原渣。投产初期设备方面的主要问题是高压釜搅拌器的结垢清理和耐酸管道的腐蚀。经修改后已有所改进。1994年主要生产数据:锌精矿品位45%~50%,高压釜利用率95%,生产能力提高了10%~15%,锌浸出率大于97%,硫回收率85%~90%。
  (4)加拿大哈德森湾矿冶公司锌厂:
  原有锌厂采用焙烧——浸出——电积工艺,经过整改后,完整的两段氧压浸出流程完全取代了老工艺的焙烧浸出工艺。至今是世界上第一座完全采用氧压浸出的炼锌厂,而其它的锌氧压浸出都是与焙烧工艺并存。
  哈德森湾氧压浸出处理的混合精矿先经球磨机细磨、旋流闭路分级,浓密机浓度,底流矿浆含固70%,小于44μm占98%,泵送氧压浸出系统。精矿浆、返酸和堆存的残渣浸出液一起加到第一段高压釜进行低酸浸出,高压釜第一室温度为140℃~150℃,其余各室为150℃,停留时间1小时。一段浸出矿浆经两级闪蒸槽降温、降压后进低酸浸出浓密机。浓密机溢流酸度为7g/l~9g/l,用氢氧化锌矿浆中和、锌粉除铜、除铁后送净液车间。中和除铁用氢氧化锌矿浆为烟尘和浮渣经浸出、石灰中和后的产出物。低酸浸出浓密机底流含固45%,泵入第二阶段高压釜进行高酸浸出,釜体结构与操作温度、压力同于第一段低酸浸出,但酸度较高,高酸浸出浓密机溢流含酸35g/l~40g/l。经储槽返回一段低酸浸出釜。低酸浸出釜的温度是通过高酸浸出溢流和低酸返回溢流来控制。而高酸浸出釜的温度则通过向最后一个室补充废液控制。高酸浸出矿浆在进入高酸浸浓密机前也通过两级闪蒸槽和中间槽降温、降压,回收蒸汽用于加热反应溶液,高酸浸出浓密机底流用水浆化,再经浮选得到硫精矿。浮选尾矿经浓密,过滤和洗涤后送尾矿坝,硫精矿浆经过滤、洗涤、溶融、热滤产出元素硫出售,热滤渣主要含未反应的硫化物送公司铜厂处理。
  该厂设有直径3.9m,长21.5m卧式机械搅拌釜三台。低酸浸出和高酸浸出各用一台釜,另一台高压釜作为两者的备用。1993年7月投产,1995年达到设计能力的98%。通常每月停车一次,主要是清理闪蒸槽和管道的结垢,更换搅拌装置的衬套,每3~4个月停产清理高压釜浸渍管和排浆管的结垢,每6个月清理一次高压釜的结垢并同时维护卸料阀门和搅拌器的密封装置。
  主要生产数据:精矿处理量22.2t/d,操作压力为1100kpa~1200kpa,氧浓度按设计要求一直保持在氧分压80%(干基)条件下操作,低酸浸出锌浸出率75%,高酸浸出锌浸出率达99%,低酸浸出液含锌150g/l,含铁小于2g/l。
  除上述四厂外,第五座氧压浸出厂于2003年在哈萨克斯坦的巴尔喀什厂建成,生产规模为10万t/a电锌能力。
  1.2 富氧常压浸出技术的运用
  奥托昆普公司开发的硫化锌精矿富氧常压直接浸出工艺已在世界上三座工厂实现了工业化生产。富氧常压浸出工业化生产是在氧压浸出之后发展起来的新工艺,其基本反应过程仍基于氧作为强氧化剂,三价铁离子作催化剂,硫以元素硫产出,与常规炼锌方法相比具有氧压浸出相同的优势,与氧压浸出工艺相比,由于过程在常压下进行,反应温度低于100℃,所以反应速度较慢,据有关资料报道,经富氧常压和氧压对比试验证明,要求达到相接近的锌浸出率,反应时间不低于24小时(而氧压浸出为1小时),在相同的酸度下,富氧常压浸出终液铁含量明显高于氧压浸出终液铁含量,即增加了溶液除铁工作量,锌回收率略低于或接近氧压浸出工艺。富氧常压浸出的核心设备是dl反应器,dl反应器为立式封闭搅拌槽,搅拌器设在底部,反应器体积大,但总投资仍低于氧压浸出工艺。由于是在常压下浸出,反应热回收不如氧压浸出工艺,所以蒸汽消耗量较大。无高压设备,所以粘结清理等维护工作量少,且安全性较好。
  三座富氧常压浸出工业化生产都是与焙烧—浸出—电积流程结合的工厂,扩建富氧常压浸出系统的目的是为了扩大锌产量,而不是增加硫酸产量。
  (1)芬兰科科拉厂
  分别于1998年和2001年建设了两座50,000t/a锌规模的富氧常压浸出系统,共有8台dl反应器,四台为一个系列,每个系列(50,000t/a)三台生产,一台备用。科科拉厂,原有常规流程生产能力为170,000t/a锌,共计总产能为270,000t/a。进入dl反应器的物料包括精矿浆,焙烧二段浸出底流经转化后的矿浆,电积废液和氧,反应器产出物经浓密、过渡、上清液返回焙烧一段中性浸出与常规流程合并。
  (2)挪威欧达厂:
于2004年建设了一座50,000t/a锌规模的富氧常压浸出系统,原有常规流程生产规模为100,000t/a锌,共计总产能为150,000t/a锌。进入dl反应器的物料包括精矿浆,焙砂系统的热酸浸出矿浆,电积废液和氧。反应器产出物经浓密、过滤后的上清液用焙砂中浸底进行黄钾铁矾法沉铁,除铁后液返回焙砂中浸工序,与常规流程合并。
  上述两厂常压浸出的滤渣均未设回收硫系统,滤渣送渣场堆放。
  (3)韩国锌业公司温山冶炼厂
  韩国锌业公司温山冶炼厂于1994年建设了一座200,000t/a锌的富氧常压浸出系统,原有的焙烧、浸出、针铁矿除铁流程生产能力为200,000t/a锌。常压富氧浸出工艺产出的酸浸出液用针铁矿法除铁,针铁矿渣采用ausmelt炉烟化处理,1998年常压富氧浸出和焙砂浸出共生产电锌420,000t。
  富氧常压浸出精矿制备过程类似于氧压浸出工艺,精矿是否通过细磨决定于原料和直接浸出试验的结果,酸出渣是否选硫或热滤,处决于建厂条件,原料铅、银含量和环境的要求。
  1.3 炼锌厂浸出渣无害化处理
  任何湿法炼锌厂都面临渣处理方法的选择,随着技术的发展,国外工厂锌浸出渣处理以高酸、热酸浸出技术为主,热酸浸出后沉铁方法有黄钾铁矾法,针铁矿法和赤铁矿法。产出的高酸浸出渣视铅银含量或直接送铅厂处理,或经浮选后送铅厂处理,产出的铁渣多数送渣场堆存,存在二次污染问题。如何使这类渣无害化处理是湿法炼锌厂一个共性问题。比较普遍的一种观点认为,采用烟化法处理湿法炼锌厂残渣,尽可能回收其中有价金属产出固化无害渣,有利于环境保护,也有利于弃渣的进一步的利用。传统的威尔兹法处理弱酸浸出的残渣(所谓的半溶渣)作为丢弃渣也不是十分安全,且焦炭耗量也高,操作成本高,操作环境也不理想。韩国锌业公司温山冶炼厂为建成一座“绿色”工厂,曾对渣处理流程做过多方案的比较和改进。其原则是消除浸出渣的堆场,使未来不可知责任最小化,而不是公司当前利益的最大化,其目标是研究一种与铅渣烟化炉相同的化学反应过程,实现连续化操作的锌渣处理工艺,渣烟化的连续化过程有利于含硫烟气的后续处理,也有利于操作管理。在澳大利亚进行试验后,于1995年建成两段ausmelt炉处理炼锌厂残渣,投产初期遇到了许多机械问题,经过一段时间的设计修改取得了很好的效果,证明两段连续烟化炉处理锌浸出渣或铅锌冶炼过程残渣,产出无污染可利用的废渣是一个比较好的方法。该项目的正常生产逐步消除了该厂生产过程产出的钍铁矿渣和堆存的铁矾渣。烟化炉放出的渣经水淬后出售给水泥厂,从而真正的实现了“无弃渣锌冶炼厂”的初衷。
  温山锌冶炼厂ausmelt渣处理工艺,设计能力为120,000t/a(干基)出渣。含水25%浸出渣与粒煤(5mm~20mm),石英溶剂经配料、混合后加入第一段ausmelt熔炼炉。熔炼炉顶部喷枪送入富氧空气、粉煤,二次燃烧空气进行浸没熔炼,产出的含锌氧化物烟尘和二氧化硫烟气经沉降室余热锅炉降温,电收尘机除尘后,尾气含有二氧化硫1%左右,通过氧化锌吸收后排空。沉降室收集的粗尘返回熔炼炉,余热锅炉和电收尘器收集的混合氧化物作为尾气洗涤吸收剂,经洗涤产出亚硫酸锌矿浆回炼锌厂回收锌和硫酸。熔炼炉下部排渣口将熔融渣送往第二段ausmelt炉进一步贫化,第二段炉设有单独的烟气处理系统,由于第二段炉的烟气不含二氧化硫,所以无尾气吸收装置。烟气经沉降室、热回收降温至200℃,再经布袋收尘器除尘后直接排放,二段炉的氧化锌烟尘送浸出厂。二段炉设有放渣口和底部放出口,废渣由放渣口排出后水淬外售,冰铜由底部放出口间断排放,送铜厂处理。熔炼炉操作温度1270℃,贫化炉操作温度为1300℃~1320℃。
  该厂1995年抽产遇到的主要问题是:由于喷溅造成上升烟道的堵塞:喷枪下部寿命短;耐火材料过渡损坏。经温山冶炼厂不断的改进已取得了很好的效果。生产实践数据为:锌回收率86%,铅回收率91%,银回收率88%(其中71.5%进入氧化锌烟尘,其余进入冰铜)。废渣含锌小于3%,含铅小于0.3%,铜、锑以黄渣形式得以回收。
  1.4 焙烧—浸出—电积常规湿法炼锌厂现状
  设备趋向于大型化,连续化,机械化,工艺过程实现计算机控制和管理。
  123m3焙烧炉日处理已超过850t精矿量;200m3机械搅拌槽的运用;电解车间3.2 m33.4m3大型阴极板的自动剥锌机的运用;2000kw~3000kw熔铸,感应电炉的运用以及全过程计算机控制和管理的运用。显著改善了操作条件,提高了劳动生产率,降低了生产成本。
  上世纪70年代以来,焙烧一浸出常规湿法炼锌厂相继出现了热酸浸出黄钾铁矾法、低污染黄钾铁矾法、针铁矿法和赤铁矿法来处理浸出渣。处赤铁矿法在高压釜中进行,设备和操作费用较高而未广泛推广外,其他的热酸浸出和渣处理方法均已广泛运用。但无论是铁矾渣还是针铁矿渣,均存在如何经济、无害化治理和再利用问题。
  1.5 密闭鼓风炉火法炼锌(铅)的现状
  密闭鼓风炼锌(铅)在上世纪50年代发展起来的技术,上世纪60年代~70年代发展迅速,后因湿法炼锌技术的发展,环保要求日益严格,焦炭价格的上涨以及铅锌矿分选技术的提高等多种原因,20世纪后期外国炼锌厂的新建和扩建不再采有该法炼锌。原有密闭鼓风炉炼锌厂技术发展主要是:提高鼓风与焦炭预热温度,以增加产量;处理低品位的复杂原料;采用热压团或粉状含锌物料直接喷吹入炉方式提高二次物料的处理量;低浓度高氧在烧结和鼓风炉中的试验和应用;溜槽汽化冷却,以及喷淋冷却炉壳的运用等。
  2、我国锌冶炼的技术现状
近10年来我国锌产量迅速增长,1995年为107.67万t ,2000年195.7万t,2005年达到 271.1万t。1995至2005年,年均递增 9.7%;2000至2005年,年均递增 6.7%。随锌产量基数增大,年均递增率已逐年递减。从2002年起,我国锌产量,消费量均居世界第一,是名符其实的锌的生产和消费大国。
  我国锌冶炼工艺技术,以湿法冶炼为主,火法冶炼其次。
  2.1 湿法炼锌
  湿法冶炼工艺的标准流程是锌精矿焙烧→浸出→净液→电积→电锌产品.其中因浸出作业的条件不同又分工协作为低温常规浸出和高温高酸浸出两种.我国常规浸出工艺以株冶较为典型,浸出渣多用回转窑挥发其残锌。高温高酸浸出渣则直接送渣场堆存,或视铅、银含量送铅厂处理,其浸出液除铁在我国又有四种不同工艺,如白银西北铅锌冶炼厂等采用的黄钾铁矾法、赤峰库博红烨锌厂等采用的氨矾铁渣法,由于铁渣中锌含量低,又称为低污染黄钾铁矾法、云南祥云飞龙实业有限公司等采用针铁矿法、温州和池州冶炼厂等采用喷淋去除铁、称为仲针铁矿法。基于这些区别,使湿法炼锌工艺流程呈现出多样性。
  上世纪90年代随着单系列10万t/a电锌冶炼厂的建设,采用和研制了109m2的大型沸腾焙烧炉、大型单通道模式壁余热锅炉、溢流密封螺旋排灰装置、焙砂沸腾冷却器、高效冷却筒、150m3高效节能搅拌槽、高效浓密机、自动板框压滤机、1.6m2极板、全塑大型电解槽、机械化剥锌片机、40t大型低频熔锌感应电炉、自动浇铸—码垛—打包机等先进设备和锑盐三段深度净液等技术。分别在白银、株冶、曲靖、济源、巴彦淖尔等地建成投产,五个锌厂其装备和自控水平已进入世界先进行列。在工艺操作方面,劳动生产率及电解液净液深度与发达国家相比仍有一定差距。
  2.2 火法炼锌
我国现存在火法冶炼锌工艺有三种,即竖罐炼锌、isp鼓风炉炼锌、电炉炼锌。几年前在边远地区采用原始的马槽炉、马鞍炉、四方炉平罐炉炼锌,由于其能耗高、回收率低、浪费资源、污染环境,已被国家明令禁止生产,现已基本关停或改造。
  竖罐炼锌国外早已于1980年关闭了最后一条生产线。我国竖罐炼锌以葫芦岛锌厂为典型,该厂经多年努力,开发了高温沸腾焙烧、自热焦结炉、大型蒸馏炉、精馏炉、双层煤气发生炉、罐渣旋涡熔炼挥发炉等技术,将竖罐炼锌提高到一个新水平,先后建成了20万t/a竖罐炼锌产能。但因单系列产能难以大型化,加上能耗和环保难与湿法工艺媲美而没有获得大规模推广应用。
  isp鼓风炉炼锌又称帝国熔炼法,炉子上部烟气经冷凝系统产锌,下部产铅。我国韶关冶炼厂、白银三冶、葫芦岛锌厂、陕西东岭等建有5套装置,2005年产锌总量20~21万t。该工艺对铅锌难以分选的混合精矿处理具有独特优点。60~70年代获得快速发展。随着铅锌混合矿分选技术的提高,加上铅锌精矿烧结过程的烟气和返粉破碎的粉尘污染等环保问题难以解决、isp工艺已夕阳西下,全世界先后共建设了17套isp装置,在发达国家,因环保原因有多家已经关闭,2004年澳大利亚的柯克克里克的isp厂亦已关闭,目前全世界包括中国后建的isp工厂在内仍有15套装置继续生产。
  电炉炼锌,由于投资相对较低,属短流程、操作简易、环保没有突出问题,因此在云、贵、川、陕、甘、宁、青海等边远省区,有锌矿资源、电力充足的地方不断发展。目前全国已有35个工厂建成投产了58台电炉,电炉装机总功率112k·kw,年产锌总量15-16万t。已投产的电炉单机功率在1000~6300kva之间,产品电耗视精矿品位高低而波动在3500~4300kw·h/t粗锌之间。
  另外柳州锌品厂、水口山有色公司等多个厂家将锌焙砂压团、用维氏炉还原挥发直接生产商品氧化锌,也有相当规模,氧化锌年产量波动在30~45万t之间。这也应归于火法炼锌范围。近十年我国各类锌产量列于表3:
  表3中除电锌外,均为火法炼锌产品,以2005年计,电锌170.6万t,占当年锌总产量的61.5%,isp鼓风炉产锌21万t,占7.6%,电炉产锌16万t,占5.8%,其余竖罐产锌约35~36万t,占13%。1995年电锌产量仅占当年总产量41%,到2005年已提高到近61.5%,表明我国湿法炼锌的发展速度,随着再建和改扩建炼锌厂的投产,我国湿法炼锌厂的产能将显著提高。
  2.3 锌冶炼技术进展
  (1)云南冶金集团和昆明理工大学,联合开发了高铁锌精矿铁自动催化加压浸出新工艺,处理含zn42.17%、fe14.38%、s 29.25%的精矿,工业性连续试验指标达到:锌浸出率98.05%,铁浸出率仅29.22%,元素硫转化率92.2%。该技术已建成投产了10000t/a电锌的生产线,和20000t/a的试生产线,进入了产业化阶段。
  (2)高硅氧化锌矿的处理,有突破性进展,云南祥云飞龙实业有限公司,将高硅氧化锌矿与硫化矿焙砂中温和酸浸出渣,按适当配比混合,再经高温高酸浸出,用针铁矿法沉铁、脱硅、净液、电解生产电锌,已取得国家专利。该厂采用上述工艺已生产多年,锌的总回收率达94%±。2005年该厂电锌产量已突破5万t/a,证明该工艺成熟可靠。该厂同时用硫酸浸出处理zn7~8%的低品位氧化矿,浸出率达70%~80%并用酸洗萃取、电积工艺回收过去堆答的锌浸出渣,产能已达10000t/a电锌,这些技术为我国难处理的高硅氧化锌矿经济有效地利用开创了新途径。
  (3)由于铟价持续攀高,锌矿中伴生金属铟的有效回收引起锌冶炼同行的高度重视,株冶采用环隙式离心萃取器代替混合澄清槽,直接从氧化锌酸浸上清液中萃取回收铟、锗、剔除了铟、锗富集和两次富集渣酸浸等工序,铟的总回收率提高了20.25%,锗的总回收率提高了31.9%。另有两项研究成果引入了产业化设计。一是锌焙砂采用弱酸浸出、浸出渣富集铟,再经回转窑挥发回收渣中的残余锌、铟,以氧化锌烟尘产出。氧化锌富集了绝大部分铟,作为提铟的原料,提铟后液回系统回收锌,改进后的浸出工艺,铟的总回收率达70%以上,因内用此工艺建设50t/a铟、5万t/a锌的铟锌冶炼厂,已投产运行。
  另一研究成果属火法炼锌工艺,即铟锌精矿脱硫焙烧后,焙砂送电炉还原挥发,挥发物经锌雨冷凝获得粗锌,粗锌精馏得到精锌,铟则残留在精馏残渣硬锌中,硬锌经真空冶炼回收铟。该工艺铟在电炉中的挥发率>90%,铟的总回收率达80%,正在国内建设年产锌3万t/a、铟20t/a的示范工厂。硬锌真空蒸馏,在一个设备中同时完成提锌、富集铟、锗、银、铅等有价金属。且有流程短、直收率高、无污染等优点。在竖罐炼锌和isp炼锌工厂的硬锌处理中均已采用。
  (4)湿法炼锌除前面提到的设备大型化外,曲靖、株冶等厂家的焙烧、浸出、净液、电解、制酸均实现了在线检测,智能优化模型控制。提高了产品质量,降低了能耗。熔锌工频感应电炉,采用新型绝缘干式填料和柔性耐火浇铸材料,解决了感应器熔锌沟锌液流动时剧烈膨胀、热应力变化给感应器造成的龟裂漏锌及一、二次线圈间的漏锌问题,实现了感应电炉可不停炉检修、不需再配备用炉。云南驰宏锌锗股份有限公司,将锌浸出渣加入烟化炉强化挥发熔炼,回收其中残留的zn、pb、ge、ag等有价金属,炉型有重大改进,达到了锌浸渣综合利用的目的。
  目前,即将开发年产锌15-16万t/a的145m2焙烧炉及其配套措施,锌液深度净化装置和林极板自动剥锌装置,以及研发锌渣和铅锌中矿无害化处理工业化装置。
  (5)isp工艺中,烧结机点火炉改进成高效节能炉型,带状火焰燃烧直接点火,节能25%。密闭鼓风炉增大了炉身和风口区面积,改进了锌雨冷凝和电热前床结构,优化工艺条件,送风时率达93.3%。鼓风炉炉瘤清除,通过多种技术措施,冷凝器周清理延长至11天,炉子大修周期延长到3年,单炉产量达到13万t铅锌/a。
  isp生产工艺过程中的烧结、制酸、鼓风炉熔炼三大主体车间均实现了计算机监测、控制与管理。
  3、对我国锌冶炼生产发展的几点建议
  (1)常规湿法炼锌工艺设备大型化和高效化的开发和运用。
  (2)努力推进硫化锌精矿直接浸出工程化研究,重视直接浸出引进技术的消化吸收工作。
  (3)结合锌电积车间采用大极板机械剥锌装置的应用和推广,促进锌液的深度进化工艺的开发和运用;利用冷却塔风机,实现电积车间整体机械通风,改善操作环境。
  (4)开展锌渣及电积锌中矿综合回收及无害化处理工艺的研发和工业化生产。
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