鉛鋅冶煉中含鎘物料的處理

李江

(湖南水口山有色金屬集團(tuán)有限公司，湖南衡陽 421513)

鉛鋅冶煉中含鎘物料的處理

李江

(湖南水口山有色金屬集團(tuán)有限公司，湖南衡陽 421513)

介紹了湖南水口山有色金屬集團(tuán)有限公司近年來含鎘物料在常規(guī)濕法煉鋅系統(tǒng)中綜合回收產(chǎn)出精鎘的工藝流程。

鎘;鉛鋅冶煉;含鎘物料;次氧化鋅;電塵灰;銅鎘渣

0 前言

湖南水口山有色金屬集團(tuán)有限公司(以下簡稱水口山公司)是一家集鉛鋅采選與冶煉于一體的綜合性有色冶金企業(yè)，目前擁有鉛鋅采選能力60萬t/a，鉛冶煉能力20萬t/a，鋅冶煉能力10萬t/a。近幾年來，有色金屬市場持續(xù)低迷，企業(yè)效益不佳，在冶煉過程中綜合回收稀貴金屬成為企業(yè)創(chuàng)效的有效途徑。鎘的富集回收是鉛鋅冶煉綜合回收的重點(diǎn)之一，也是效益工程。鎘在鉛鋅冶煉不同工序富集的產(chǎn)物主要有:常規(guī)濕法煉鋅系統(tǒng)的銅鎘渣、鉛系統(tǒng)的含鎘次氧化鋅和電塵灰等，其主要金屬含量見表1。

表1 含鎘物料中主要金屬含量 %

1 鉛系統(tǒng)含鎘物料在濕法煉鋅系統(tǒng)中的處理及鎘的富集

鉛系統(tǒng)含鎘次氧化鋅進(jìn)入系統(tǒng)首先要經(jīng)過多膛爐焙燒脫除氟氯，因?yàn)榉仍陔娊鈺r(shí)腐蝕陰陽極板，增大極板消耗，使鋅剝離困難，并使析出鋅中鉛超標(biāo)，降低產(chǎn)品質(zhì)量。含鎘氧化鋅卸入庫房，由抓斗行車抓入中間倉，埋刮板機(jī)送入高位倉，經(jīng)氣動(dòng)輸送至多膛爐頂部儲(chǔ)倉，螺運(yùn)機(jī)定量送至多膛爐內(nèi)，經(jīng)過多膛爐焙燒，脫除氟氯的次氧化鋅由底層排出，直接進(jìn)入磨礦系統(tǒng)。

磨礦采用洗水調(diào)漿，液固比3∶1，入球磨機(jī)濕磨，出球磨機(jī)礦漿，加入含酸電解廢液，調(diào)整液固比，用泵泵至圓錐分級(jí)機(jī);分級(jí)底流通向球磨機(jī)，溢流泵至中浸槽。

中性浸出控制始酸～60 g/L，溫度～65℃，液固比6～8∶1，浸出時(shí)間～2 h，終點(diǎn)pH=5.2～5.4。鋅浸出的同時(shí)，部分砷銻也被浸出，而砷銻雜質(zhì)進(jìn)入溶液，電積時(shí)會(huì)引起燒板，因此必須最大限度地除去。鋅浸出完成后，加入配備好的亞鐵鹽、錳粉、酸性鐵鹽溶液，根據(jù)浸出液中砷銻離子濃度，按一定比例加入，使鐵以易于過濾的針鐵礦形式水解沉淀，同時(shí)使砷銻硅鍺等雜質(zhì)吸附而共沉淀除去。氧化除鐵溫度80～90℃，時(shí)間～2 h。

中性浸出礦漿自流入中性浸出濃密機(jī)，濃密沉清后，底流送氧化鋅酸性浸出，上清液送焙砂中浸工序。

酸性浸出控制始酸130～150 g/L，溫度70～80℃，液固比7～9∶1，浸出時(shí)間7～8 h，終酸20～30 g/L。酸性浸出礦漿自流進(jìn)酸性浸出濃密機(jī)，濃密沉清后，上清液送銦系統(tǒng)中和沉銦工序，底流用泵送入廂式壓濾機(jī)壓濾，濾液經(jīng)貯槽返回氧化鋅酸性浸出，濾渣即鉛渣運(yùn)至鉛冶煉系統(tǒng)。

鉛系統(tǒng)電塵灰中的鉛品位達(dá)43%，無法進(jìn)多膛爐焙燒工序，因?yàn)殂U高易造成窯內(nèi)結(jié)圈及耙齒結(jié)塊，考慮到鎘浸出較易，故采用酸浸處理。處理后礦漿直接進(jìn)入氧化鋅系統(tǒng)球磨中浸工序，控制每天的投入量，避免高鎘溶液對(duì)系統(tǒng)的影響。

最終鎘在凈化工序完成富集，生成銅鎘渣，進(jìn)入鎘系統(tǒng)進(jìn)行處理。凈化工序采用三段連續(xù)凈化(一、三段加鋅粉，二段加鋅粉、銻鹽)，以達(dá)到深度凈化的目的。第一段根據(jù)溶液氯離子濃度，加銅離子除氯，低溫加鋅粉除銅鎘，凈化溫度55～60℃，反應(yīng)時(shí)間～2 h。一次凈化后的溶液泵至廂式壓濾機(jī)進(jìn)行過濾，濾液采用螺旋板式換熱器加熱后送第二段凈化，濾渣即銅鎘渣。第二段凈化為高溫加鋅粉、銻鹽除鈷、鎳、砷、銻，二段凈化控制作業(yè)溫度85～90℃，反應(yīng)時(shí)間3 h。二次凈化后的溶液泵至廂式壓濾機(jī)進(jìn)行過濾，濾液用鼓風(fēng)式冷卻塔冷卻至55～60℃，送第三段凈化。第三段凈化進(jìn)一步加鋅粉除銅鎘，從鼓風(fēng)式冷卻塔出來的溶液進(jìn)入三段凈化槽。三段凈化作業(yè)溫度55～60℃，反應(yīng)時(shí)間～2 h。三段凈化后的溶液泵至廂式壓濾機(jī)進(jìn)行過濾，濾液泵送鋅電積工段。濾渣為銅鎘渣，這部分銅鎘渣里含有較多的鋅粉，用中浸上清液漿化后返回第一段凈化。

鉛系統(tǒng)含鎘物料在濕法煉鋅系統(tǒng)中處理的工藝流程見圖1。

圖1 鉛系統(tǒng)含鎘物料在濕法煉鋅系統(tǒng)中處理工藝流程圖

2 銅鎘渣的處理

銅鎘渣和電解廢液按一定液固比加入到鎘系統(tǒng)浸出反應(yīng)槽中，電解廢液中的硫酸與銅鎘渣中的鎘發(fā)生反應(yīng)，金屬鎘以離子形態(tài)進(jìn)入溶液，而金屬銅基本不溶解仍留在渣中，從而實(shí)現(xiàn)銅鎘分離，銅渣送冶煉系統(tǒng)處理回收金屬銅。

銅渣和硫酸鎘溶液液固分離后，在硫酸鎘溶液中加入適量鋅粉，鋅粉和溶液中的鎘離子發(fā)生置換反應(yīng)產(chǎn)出海綿鎘。

置換得到的海綿鎘是表面積較大的粒狀海綿體組織，容易氧化，需要壓制成團(tuán)。鎘團(tuán)在熔融的片堿覆蓋下熔鑄成粗鎘錠。鎘的熔鑄過程實(shí)際上也是堿法精煉過程，海綿鎘中的雜質(zhì)金屬大部分都能溶解于片堿中。將海綿鎘在鑄型鍋中熔化，加入氫氧化鈉并插入新鮮松木板攪拌，同時(shí)進(jìn)行堿性精練和還原精煉，得到粗鎘。

銅鎘渣處理工藝流程見圖2。

圖2 銅鎘渣處理工藝流程圖

3 粗鎘精餾

精餾是利用各種金屬不同的沸點(diǎn)，控制適當(dāng)?shù)臏囟龋沟头悬c(diǎn)的鎘蒸發(fā)，而其它沸點(diǎn)高的雜質(zhì)元素不易揮發(fā)，留于鍋底殘?jiān)?，從而達(dá)到分離提純鎘的目的。鎘蒸氣經(jīng)冷凝得到純度較高的鎘錠。

粗鎘化學(xué)成分及其物理性能見表2。

由表2可知，粗鎘中的雜質(zhì)，除As在615℃升華外，其它金屬雜質(zhì)的沸點(diǎn)都遠(yuǎn)高于鎘的沸點(diǎn)，雖然As與Zn可與鎘同時(shí)蒸餾，但與燒堿的熔煉過程中，As與Zn均熔于燒堿中，再通過精餾，其均降到0.002%以下，可達(dá)到精鎘標(biāo)準(zhǔn)。銅與鐵的沸點(diǎn)很高，在鎘的沸點(diǎn)溫度下，其蒸氣壓很小，故在鎘精餾過程中，微量銅、鐵進(jìn)入精鎘可視為機(jī)械夾雜。

水口山公司精鎘爐2008年5月投產(chǎn)，原采用煤氣加熱，塔盤材質(zhì)為碳化硅，設(shè)計(jì)產(chǎn)能為1.5 t/ d。由于能耗大，運(yùn)行成本高，塔盤壽命短等問題，2010年10月改為電熱連續(xù)真空精餾爐，在真空度25 Pa的環(huán)境下，熔化爐溫550℃，加料盤溫度530℃，蒸發(fā)盤溫度560℃，回流盤溫度480℃。與常壓蒸餾相，其具有溫度低、能耗低、成本低、塔盤腐蝕小，壽命長的特點(diǎn)，主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表3，工藝流程見圖3。

圖3 粗鎘精餾工藝流程圖

表3 電熱連續(xù)真空精餾爐的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

4 結(jié)束語

水口山公司實(shí)施鎘綜合回收近10年來，根據(jù)自身實(shí)際情況不斷摸索和完善生產(chǎn)能力、技術(shù)指標(biāo)，綜合回收水平不斷提高。目前，公司成立專項(xiàng)科研項(xiàng)目組，突破鎘的富集與減排關(guān)鍵技術(shù)，改進(jìn)、完善現(xiàn)有工藝，爭取實(shí)現(xiàn)鎘的浸出率90%以上，凈化后新液Cd≤0.0015 g/L，鎘的富集(回收)率85%以上。通過技術(shù)的不斷提高和創(chuàng)新，鎘綜合回收將創(chuàng)造更多的效益。

［1］《鉛鋅冶金學(xué)》編委會(huì).鉛鋅冶金學(xué)［M］.北京:科學(xué)出版社，2003.

長安大學(xué)教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)低品位鋁土礦綜合利用技術(shù)獲全國金獎(jiǎng)

我國是鋁生產(chǎn)和鋁資源消費(fèi)大國，但鋁土礦資源儲(chǔ)量僅占全球儲(chǔ)量的2.8%，經(jīng)濟(jì)上可采利用的儲(chǔ)量只占查明資源量的21.5%，且優(yōu)質(zhì)鋁土礦富礦資源極少，而中低品位鋁土礦占比很大。我國目前用于氧化鋁生產(chǎn)的鋁土礦品位逐年下降，導(dǎo)致鋁土礦資源供需矛盾十分突出，各礦山均出現(xiàn)礦石品位嚴(yán)重貧化、優(yōu)質(zhì)鋁土礦瀕臨枯竭的局面。因此，對(duì)國外資源依賴程度與日俱增，每年進(jìn)口鋁土礦占到我國鋁行業(yè)鋁土礦耗量的六成以上。

此外，現(xiàn)有氧化鋁生產(chǎn)工藝存在赤泥排量大、環(huán)境污染嚴(yán)重、能耗高等缺陷，迫切需要開發(fā)和推廣具有節(jié)能、減排效果的低品位鋁土礦高效利用新技術(shù)。

長安大學(xué)潘愛芳教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的低品位鋁土礦綜合利用新技術(shù)，通過活化、浸取、分離、回收等主要工藝技術(shù)過程，可使鋁土礦中的AlO和SiO均得到分離提取，獲得的氧化鋁、微細(xì)硅酸產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)滿足國家有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這項(xiàng)技術(shù)對(duì)鋁土礦類型和鋁硅比等品質(zhì)要求低，使可利用鋁土礦資源大幅增加，可盤活我國90%以上的鋁土礦資源。這個(gè)項(xiàng)目在關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)取得一系列突破，采用的中低溫活化焙燒技術(shù)、循環(huán)浸出技術(shù)、分步溶出分離技術(shù)、流程內(nèi)原料循環(huán)利用4項(xiàng)技術(shù)等獲得國家授權(quán)發(fā)明專利。

這項(xiàng)技術(shù)成果實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化后將產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益與環(huán)境效益，不僅使低品位鋁土礦實(shí)現(xiàn)資源化，有效緩減我國鋁土礦資源儲(chǔ)備壓力，大大減少資源浪費(fèi)，并且隨著該技術(shù)的進(jìn)一步推廣，預(yù)計(jì)會(huì)改變我國鋁礦產(chǎn)資源的戰(zhàn)略格局;同時(shí)大量減少廢棄物排放，有效改善并減少環(huán)境污染，提高氧化鋁企業(yè)生存競爭力，促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展;為相關(guān)行業(yè)的低品位礦綜合利用、高附加值利用起到積極的示范作用。

低品位鋁土礦綜合利用技術(shù)項(xiàng)目已經(jīng)完成了實(shí)驗(yàn)室小試和工業(yè)化小型試驗(yàn)，并與國內(nèi)氧化鋁行業(yè)龍頭企業(yè)中鋁國際簽訂合作協(xié)議，將開展大型工業(yè)化試驗(yàn)，共同推廣這項(xiàng)新技術(shù)。

Treatment of Cd-bearing materials in lead and zinc smelting process

LI Jiang

This paper introduces the technological process of producing refined cadmium from Cd-bearing materials through the conventional zinc hydrometallurgy in recent years in Hunan Shuikoushan Nonferrous Metals Group Co.，Ltd.

cadmium;lead and zinc smelting;Cd-bearing materials;secondary zinc oxide;dust;Cu-Cd residue

TF819.2

B

1672-6103(2016)06-0036-04

李江(1982—)，男，本科學(xué)歷，畢業(yè)于江蘇淮海工學(xué)院，現(xiàn)任湖南水口山有色金屬集團(tuán)有限公司科技發(fā)展部投資管理室主任。

2016-10-13