濕法煉鋅凈化鎳鈷渣綜合利用生產(chǎn)實(shí)踐

李德磊， 張昱琛

(白銀有色集團(tuán)股份有限公司, 甘肅 白銀 730900)

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綜合利用與環(huán)保

濕法煉鋅凈化鎳鈷渣綜合利用生產(chǎn)實(shí)踐

李德磊， 張昱琛

(白銀有色集團(tuán)股份有限公司, 甘肅 白銀 730900)

凈化渣綜合回收一直是濕法煉鋅需要解決的問(wèn)題之一。本文闡述了濕法煉鋅凈化鎳鈷渣濃硫酸全浸及鈷分離技術(shù)，其有可效回收鋅、鈷、鉛、鎘及鎳等有價(jià)金屬，實(shí)現(xiàn)鎳鈷渣高價(jià)值綜合利用。

濕法煉鋅； 鎳鈷渣； 濃硫酸浸出； 高鈷渣； 鉛渣； 鎘渣； 鎳渣

截止2013年，我國(guó)鋅產(chǎn)能已達(dá)到600萬(wàn)t，其中濕法生產(chǎn)的鋅占到了總產(chǎn)量的80%以上。然而濕法煉鋅凈化過(guò)程產(chǎn)出的鎳鈷渣超過(guò)了25萬(wàn)t，成為煉鋅企業(yè)主要的固廢來(lái)源之一。針對(duì)鎳鈷渣綜合利用問(wèn)題，相繼出現(xiàn)了真空法、萃取法、酸洗法、亞硝基β萘酚法[1]等，但這些工藝都不同程度地存在成本高、固廢危害無(wú)法根治、不能夠?qū)崿F(xiàn)渣中多金屬有效富集分離等問(wèn)題，一直沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。因此探索能夠真正實(shí)現(xiàn)鎳鈷渣綜合利用的方法具有非常重要的意義。

西北鉛鋅冶煉廠是我國(guó)較早采用銻鹽- 鋅粉法凈化中上清液生產(chǎn)電鋅的大型濕法煉鋅企業(yè)，年產(chǎn)鋅錠13萬(wàn)t。近年來(lái)由于有色金屬市場(chǎng)行情低迷，為了降低成本，越來(lái)越多地使用高鈷等品質(zhì)較差的鋅精礦，導(dǎo)致鎳鈷渣產(chǎn)量達(dá)到7 000 t/a以上。雖然采用簡(jiǎn)單酸洗工藝回收渣中部分鋅，但仍有大量的有價(jià)金屬存在于殘?jiān)校荒軐?shí)現(xiàn)綜合利用，既污染了環(huán)境，又降低了企業(yè)效益。西北鉛鋅冶煉廠經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的技術(shù)創(chuàng)新和實(shí)驗(yàn)研究，自主開(kāi)發(fā)出了濕法煉鋅凈化鎳鈷渣綜合利用關(guān)鍵技術(shù)，有效地解決了鋅鈷分離問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了鋅、鈷、鉛、鎘、鎳等有價(jià)金屬無(wú)污染分離，并依托白銀公司銅冶煉廠和鉛冶煉廠，真正實(shí)現(xiàn)了鎳鈷渣的綜合利用，效益顯著。

1 鎳鈷渣綜合利用工藝

1.1 鎳鈷渣成分

鎳鈷渣是鋅濕法生產(chǎn)中硫酸鋅溶液凈化過(guò)程中產(chǎn)出的一種鋅渣，因鋅精礦原料成分及硫酸鋅凈化方式不同，鎳鈷渣的組成也有所不同。西北鉛鋅冶煉廠鎳鈷渣成分如表1。

表1 西北鉛鋅冶煉廠鎳鈷渣成分 %

渣中鋅主要以金屬形態(tài)存在，少量以硫酸鋅形態(tài)存在；鐵主要以氫氧化鐵形態(tài)存在；鈷、鉛、鎳、鎘等除小部分以硫酸鹽形態(tài)存在外，主要是以金屬形態(tài)存在；錳以硫酸錳形態(tài)存在。

1.2 工藝原理

利用鎳鈷渣中鋅等金屬及其化合物易溶解于稀酸溶液的特性，采用濃硫酸全浸，使渣中各種金屬盡可能溶解到浸出液中，繼而對(duì)浸出液各雜質(zhì)元素進(jìn)行分段分離，實(shí)現(xiàn)各金屬無(wú)污染分離、高富集比沉積和再利用，并將最終產(chǎn)出的較為純凈的硫酸鋅溶液返回濕法生產(chǎn)系統(tǒng)。

1.3 工藝流程

由于西北鉛鋅冶煉廠存在鎳鈷渣長(zhǎng)期堆存的問(wèn)題，同時(shí)為了降低后續(xù)綜合回收流程處理壓力和浸出液處理量，分兩步實(shí)現(xiàn)鎳鈷渣的綜合利用，即先實(shí)行鎳鈷渣預(yù)處理產(chǎn)出高鈷渣，高鈷渣再進(jìn)行綜合利用。

1.3.1 鎳鈷渣預(yù)處理

鎳鈷渣球磨：在常溫下，使用濕式球磨機(jī)按照(2.5～3.5)∶1的液固比將結(jié)塊或顆粒較大的鎳鈷渣磨細(xì)并漿化。

鎳鈷渣預(yù)處理：常溫下，向鎳鈷渣漿化液緩慢加入稀硫酸溶液，使鎳鈷渣中部分鋅溶解進(jìn)入酸洗液，控制酸洗終點(diǎn)pH值4.5～5.0，酸洗液中鈷含量不高于20 mg/L。產(chǎn)出的酸洗液返回濕法生產(chǎn)系統(tǒng)，高鈷渣進(jìn)行再處理。

1.3.2 高鈷渣綜合利用

高鈷渣濃硫酸全浸：利用鋅、鎘、鈷、鎳等金屬及其化合物易溶于硫酸，而鉛微溶于稀酸的性質(zhì)，向高鈷渣漿化液中緩慢加入濃硫酸，控制溫度大于80 ℃，終點(diǎn)pH值4.5～5.0，盡可能使高鈷渣中的鋅、鈷等金屬進(jìn)入溶液，鉛則進(jìn)入浸出渣，浸出渣再進(jìn)行酸洗、水洗，最后得到鉛渣，實(shí)現(xiàn)鉛與鋅、鈷等金屬分離。

浸出液除鐵錳：在浸出液中，用高錳酸鉀作為氧化劑，氫氧化鈉作為中和劑，控制溶液pH值在4.5～5.0之間，保持溫度70～80 ℃，使溶液中亞鐵生成氫氧化鐵沉淀從溶液中分離，錳(二價(jià)錳)以二氧化錳沉淀從溶液中分離。

除鐵錳后液沉鈷：該工序在全流程最為關(guān)鍵。在除鐵錳后液中，采用新研發(fā)的高效沉鈷劑進(jìn)行沉鈷反應(yīng)?？刂品磻?yīng)溫度80～85 ℃，使用氫氧化鈉中和劑，保持槽中溶液pH值在4.0～4.5之間，使硫酸鋅溶液中二價(jià)鈷生成難溶的無(wú)機(jī)鈷化合物沉淀從溶液中分離。

沉鈷后液除鎘：利用鋅濕法冶煉中的鋅粉置換原理，選用金屬鋅粉，保持反應(yīng)溫度35～45 ℃，使沉鈷后液中的二價(jià)鎘離子生成金屬鎘從溶液中分離。

除鎘后液除鎳：利用鋅粉- 銻鹽法凈化原理，使用電爐鋅粉除鎳，保持反應(yīng)溫度85～95 ℃，使溶液中的二價(jià)鎳離子生成金屬鎳從溶液中分離出來(lái)。

2 生產(chǎn)實(shí)踐

2.1 項(xiàng)目實(shí)施

項(xiàng)目實(shí)施分兩個(gè)階段，即工業(yè)化試驗(yàn)階段和工業(yè)化生產(chǎn)階段。

第一階段，利用西北鉛鋅冶煉廠原有鎳鈷渣酸洗生產(chǎn)線，通過(guò)對(duì)廠房改造和流程補(bǔ)齊，于2012年8月建成了年綜合處理6 000 t鎳鈷渣生產(chǎn)線，基本上滿足了現(xiàn)有濕法煉鋅系統(tǒng)生產(chǎn)需要。通過(guò)擴(kuò)大工業(yè)化試驗(yàn)，進(jìn)一步確立工藝條件和技術(shù)操作條件，為第二階段提供借鑒。

第二階段，計(jì)劃與西北鉛鋅冶煉廠“鋅冶煉資源綜合利用項(xiàng)目”同時(shí)實(shí)施，最終建成年處理鎳鈷渣15 000 t的綜合回收車間，滿足年產(chǎn)電鋅25萬(wàn)t系統(tǒng)鎳鈷渣綜合處理需求，并實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期堆存鎳鈷渣的全部處理。

2.2 主要指標(biāo)

(1)金屬浸出率：Zn 96.00%，Co 98%，Cd 95%，Ni 97%。

(2)金屬回收率：Zn 90.00%，Co 82%，Cd 85%，Ni 71%，Pb 95%。

(3)產(chǎn)出金屬渣品位見(jiàn)表2。

表2 產(chǎn)出金屬渣品位 %

2.3 產(chǎn)出金屬渣再處理

根據(jù)鎳鈷渣綜合回收工藝產(chǎn)出的5種金屬渣的特點(diǎn)，依托已有生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)有價(jià)金屬循環(huán)利用。

鉛渣：送往白銀公司鉛冶煉廠利用ISP工藝回收鉛。

鈷渣/鎳渣：外售或進(jìn)一步加工處理生產(chǎn)氧化鈷或氧化鎳。

鎘渣：返回廠內(nèi)鎘回收系統(tǒng)生產(chǎn)精鎘。

鐵錳渣：返回廠內(nèi)配礦系統(tǒng)回收鋅。

2.4 經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益

按照年處理能力15 000 t的鎳鈷渣綜合回收系統(tǒng)核算，每年可回收鋅金屬6 500 t以上，鈷金屬10 t以上，鉛鎘鎳金屬總量400 t以上，實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)值9 000多萬(wàn)元，利潤(rùn)2 200多萬(wàn)元。

鎳鈷渣在綜合回收處理過(guò)程中，不產(chǎn)生工業(yè)有毒廢氣，富集的金屬渣擁有進(jìn)一步加工回收的優(yōu)勢(shì)，消除了鎳鈷渣存放造成的環(huán)境危害，具有良好的環(huán)境效益。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)鎳鈷渣綜合利用研究，建立工業(yè)化、示范性的生產(chǎn)線，解決了從鎳鈷渣中回收鈷等有價(jià)金屬的技術(shù)難題，提供了一種創(chuàng)新性、金屬富集率高、沉鈷效果好鈷的回收方法，實(shí)現(xiàn)了鎳鈷渣高價(jià)值的綜合利用。同時(shí)在工藝及流程設(shè)計(jì)中創(chuàng)造性將鎳鈷渣經(jīng)浸出分離鉛后，首先分離回收了鈷，避免了后續(xù)分離鎘和鎳工序中鈷進(jìn)入鎘渣及鎳渣造成鈷的分散及各金屬的混雜，徹底解決了傳統(tǒng)濕法工藝除鎘過(guò)程中鈷進(jìn)入鎘渣和除鈷過(guò)程中鎳進(jìn)入鈷渣及鈷鎳渣混雜這一技術(shù)難題。

實(shí)施鎳鈷渣綜合利用，符合國(guó)家發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)政策，提高了資源利用率，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。

[1] 沙濤，孫明生，胡月華.鋅冶煉循環(huán)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)實(shí)踐[J].有色金屬(冶煉部分)，2012，(2)：23-26.

Practice of comprehensive utilization of nickel and cobalt slag of zinc hydrometallurgy

LI De-lei, ZHANG Yu-chen

Comprehensive utilization of purification slag has been the problems of zinc hydrometallurgy that needs to solve. The process of leaching nickel cobalt slag with concentrated sulfuric acid and cobalt separation technology of zinc hydrometallurgy were expounded in this paper, the process can effectively recover cobalt, zinc, lead, cadmium ,nickel and other valuable metals, and realize the high value of comprehensive utilization of nickel and cobalt slag.

zinc hydrometallurgy; nickel and cobalt slag; leaching with concentrated sulfuric acid; high cobalt slag; lead slag; cadmium slag; nickel slag

李德磊(1975—)，男，河南扶溝人，冶煉高級(jí)工程師，畢業(yè)于中南工業(yè)大學(xué)有色金屬冶金專業(yè)，現(xiàn)任白銀有色集團(tuán)股份有限公司西北鉛鋅冶煉廠生產(chǎn)部主任。

2014-- 02-- 19

2014-- 03-- 10

TF811； X756

B

1672-- 6103(2015)02-- 0053-- 03