加壓濕法冶金技術在鋅冶煉上的應用和發(fā)展

摘要：在金屬冶煉中，濕法冶金有重要作用，現代濕法冶金幾乎涵蓋了除鋼鐵以外的所有金屬的提煉，有著非常廣泛的適用性，而以此為基礎發(fā)展起來的加壓濕法冶金在技術先進性和處理效果等方面更是取得了突破性進展。文章結合加壓濕法冶金技術的發(fā)展情況，對其在鋅冶煉方面的應用進行了分析和討論。

關鍵詞：加壓濕法冶金技術；鋅冶煉；金屬冶煉；氧壓直接酸浸；加壓浸出技術 文獻標識碼：A

中圖分類號：TF802 文章編號：1009-2374（2017）10-0231-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.10.116

鋅作為僅次于鐵、鋁和銅的金屬元素，在現代工業(yè)中有著非常重要的作用，我國的鋅資源儲量豐富，位于世界第一。同時作為世界最大的鋅生產國，我國的鋅產量連續(xù)多年位居世界第一。近年來，我國的鋅冶金技術得到了飛速發(fā)展，已經逐漸達到了國際先進水平，將加壓濕法冶金技術應用于鋅冶煉中，能夠取得良好的效果。

1 加壓濕法冶金的發(fā)展簡述

所謂加壓濕法冶金，主要是在加壓的條件下開展?jié)穹ㄒ苯鸬倪^程。通過加壓，溶液的溫度沸點更高，可以對冶金過程進行強化，改變反應熱力學的條件，使得部分化學反應能夠更好地進行，也可以提升冶金的效率。加壓濕法冶金產生于1887年，由拜耳提出，當時主要是通過在加壓釜內通過加壓的方式，利用氫氧化鈉浸出鋁土礦，得到鋁酸鈉溶液，然后分離得到氧化鋁。到20世紀40年代，加壓濕法冶金技術在有色金屬冶煉方面取得了巨大的進步，相關研究表明，在氧化環(huán)境下，含有銅和鎳的硫化礦不需要經由預先的氧化焙燒就能夠直接浸出，結合加壓酸浸和加壓氨浸的方式，可以保證良好的生產效果。

20世紀70年代，加壓酸浸技術在鋅精礦的處理方面取得了突破性進展，結合加壓酸浸-電積工藝可以將精礦中存在的硫轉化為元素硫，實現了硫酸生產與鋅生產的相互分離。到80年代，以加壓預氧化處理來代替焙燒處理，為氰化浸出提供了便利，也使得加壓浸出技術得到了更進一步的發(fā)展。

從國內的發(fā)展情況分析，我國在加壓濕法冶金技術的研究方面同樣做出了卓越的貢獻，自20世紀80年代開始，我國一直都在進行鋅精礦加壓浸出的相關研究，不過研究僅停留在普通研究所的層面，因此相關成果并沒有能夠實現工業(yè)應用。雖然有關企業(yè)與國外發(fā)達國家的研究院所進行了協商，希望可以引進先進技術，但是考慮到費用過高，并沒有能夠達成協議。在此之后，云南冶金集團通過不斷的研究，于20世紀末在鋅精礦氧壓浸出技術的研究方面取得了進展，并且在2004年建成了一座萬噸級一段法加壓酸浸示范性工廠。2008年，處理高鐵鋅精礦的2萬噸二段法氧壓酸浸正式投產，使得加壓濕法冶金技術的應用范圍不斷擴大。

作為一門比較新穎的技術，加壓濕法冶金的出現時間并不長，但是由于加壓浸出的特點，對冶金過程進行了強化，精簡了工藝流程，金屬的回收率更高，回收速度更快，而且成本較小，不會出現污染問題，因此具有良好的發(fā)展前景。不過也應該認識到，加壓濕法冶金受本身發(fā)展時間的制約，也存在著許多不完善的地方，需要技術人員的持續(xù)研究和改進。

2 鋅精礦直接氧壓酸浸方案

2.1 鋅冶煉技術的發(fā)展

從產生至今，鋅冶煉工藝大致可以分為火法和濕法兩種，前者常見于20世紀前，而后者產生于1916年，由于明顯的優(yōu)勢，逐漸取代了火法冶煉，成為鋅冶煉的主要方法，產量占據了世界總產量的80%以上；基本上，新建和擴建的鋅冶煉企業(yè)采用的都是濕法冶煉工藝。傳統(tǒng)的濕法煉鋅正式應用在工業(yè)生產中是在20世紀初，而在不斷的發(fā)展過程中，工藝技術的進步非常明顯。60年代，高溫高酸浸出技術以及全新的除鐵方法的出現，對浸出殘渣進行了有效處理，在提升鋅回收率的同時，減少了對于環(huán)境的污染，也推動了工藝技術的成熟。在科學技術飛速發(fā)展的帶動下，傳統(tǒng)的濕法煉鋅技術正在朝著操作機械化、生產連續(xù)化、設備大型化以及管理自動化的方向發(fā)展。但是不可否認，傳統(tǒng)濕法煉鋅工藝也存在著一定的缺陷，即必須保證鋅的生產與硫酸的生產同時進行，在這種情況下，不僅對于原料的成分有著非常嚴格的要求，而且存在著能耗巨大、工藝流程繁瑣以及成本投入大等問題，不易推廣和普及。在這種情況下，在傳統(tǒng)濕法煉鋅工藝的基礎上進行創(chuàng)新，也就成為了相關研究人員重點關注的問題。

20世紀70年代，加拿大舍利特·高爾登公司根據相應的研究實驗提出，在氧化氣氛下，結合加壓酸浸的方式，可以在不需要焙燒的情況下直接實現鋅精礦的浸出，經整理后形成了加壓浸出-凈化-除雜-電積工藝，相比較傳統(tǒng)濕法煉鋅工藝，成本更加低廉。1981年，全球首座加壓浸出工廠投運，經過數十年的發(fā)展，使得鋅加壓冶金技術得到了持續(xù)完善。

最近十數年，芬蘭奧托昆普公司開發(fā)出了一種新的鋅精礦常壓富氧浸出技術，可以在0.1MPa壓力、90℃～100℃的條件下，結合充足的氧氣供給，利用廢電解液來實現鋅精礦的連續(xù)浸出，從理論上分析，這種方法與氧壓浸出沒有不同，利用鐵離子對氧的傳遞來加速硫化鋅精礦的浸出反應，使得硫化物中的硫被還原為元素硫，在實現硫酸生產與鋅生產相互分離的同時，也可以使得鋅的浸出率達到98%以上。事實上，無論是氧壓浸出還是常壓富氧浸出，都能夠直接對硫化鋅精礦進行處理，而不需要經過焙燒脫硫，不會產生相應的環(huán)境污染。相比較而言，氧壓浸出的溫度在壓力更大，反應速度也更快，常壓富氧浸出的反應時間較長，不過由于能夠在常壓下工作，溫度相對較低，控制的難度更小，安全性也更高。從目前的發(fā)展情況分析，常壓富氧浸出工藝已經在世界范圍內實現了工業(yè)化生產，在鋅冶煉中發(fā)揮著非常重要的作用。

2.2 氧壓直接酸浸

傳統(tǒng)濕法煉鋅實際上是在火法冶煉的基礎上發(fā)展起來的，將火法和濕法冶煉工藝融合在一起，分為焙燒、浸出、凈化、電解以及制酸五個基本流程，主要原理是利用稀硫酸可以溶解氧化鋅和硫酸鋅中的鋅元素，不過在處理過程中，為了減少大氣污染問題，需要預先做好焙燒脫硫工作，而且必須配備相應的制酸系統(tǒng)、煙氣處理系統(tǒng)等，生產工藝繁瑣而且成本較高。

20世紀70年代以后，加壓濕法冶金技術在鋅精礦的處理中取得了比較顯著的進展，與傳統(tǒng)的濕法煉鋅工藝相比，經濟效益更好。加壓濕法冶金的主要優(yōu)勢，是將礦物原料中的硫轉化為了單質硫，實現了鋅生產與硫酸生產的分離。在加壓浸出的條件下，相應的化學反應式為：

不過，在氧離子無法有效傳遞的情況下，上述反應非常緩慢，為了提高效率，可以在其中加入鐵離子：

在結合加壓浸出的方式進行鋅精礦的冶煉時，磁黃鐵礦和鐵閃鋅礦中的鐵會被溶解，作為氧離子傳遞的介質。

氧壓浸出工藝包括一段和二段，一段氧壓浸出主要是利用廢棄的電解液來浸出鋅精礦，初始酸濃度為150g/L，鋅的浸出率能夠達到98%以上，在反應結束后，殘余溶液的酸濃度仍然能夠達到40g/L，需要做好中和處理。一般情況下，可以利用殘酸浸出氧化鋅，在中和的同時提升鋅的產量，常見于傳統(tǒng)濕法煉鋅企業(yè)的擴建。二段氧壓浸出中的第一段采用的是低酸浸出，酸的濃度為70～80g/L，殘酸為5～10g/L，鋅的浸出率能夠達到70%～75%。反應得到的浸出殘渣會進入到二段氧壓浸出中，將酸的濃度提高到了150g/L。粗硫在經過相應的處理后，可以形成單質硫，浸出液在經過酸度調整后，又可以作為第一段的浸出劑，在這個環(huán)節(jié)，鋅的浸出率能夠達到98%以上。

2.3 加壓浸出技術的發(fā)展

2.3.1 高硅氧化鋅加壓浸出技術的研究和發(fā)展。高硅氧化鋅采用常規(guī)的選礦方法難以可靠分離，火法煉鋅技術雖然可用，但是存在著能耗大污染重的問題，濕法工藝也因此受到了廣泛的關注。針對堿性浸出和常壓酸浸工藝中存在的缺陷，在長期的研究中，提出了一種加壓浸出高硅氧化鋅技術，在最優(yōu)工藝條件下，鋅的浸出率可以達到98.5%。2007年，在該技術的基礎上進一步開發(fā)出了連續(xù)加壓酸浸處理高硅氧化鋅工藝，并且實現了工業(yè)化生產。經檢驗，該工藝的流程簡單、反應迅速、過程易控，而且能夠實現鋅硅的完全分離，浸出液含硅低，不需要額外進行處理，具有良好的推廣前景。

2.3.2 硫化鉛鋅混合礦綜合回收工藝的研究。對于一些較為復雜的硫化鉛鋅礦，由于選礦流程長，回收率低等因素的影響，只能產出鉛鋅混合礦。直到20世紀中期，英國相關研究人員提出了ISP法，可以在對硫化鉛鋅混合礦進行處理的同時，實現鉛鋅的生產。不過這種工藝需要用到大量的焦炭，能耗巨大且污染嚴重，并沒有得到大幅度推廣。在不斷的發(fā)展中，氧壓浸出工藝得到了應用，可以從鉛鋅混合礦中直接浸出鋅，通過浮選法回收硫，鉛銀富集到一種渣中，進入火法煉鉛系統(tǒng)進行冶煉回收，有著良好的應用效果。

3 結語

總而言之，鋅作為一種重要的工業(yè)原料，在我國國民經濟發(fā)展中發(fā)揮著不容忽視的作用，鋅的生產是基礎性工業(yè)的一部分，應該得到足夠的重視，通過持續(xù)的技術改進和創(chuàng)新，在保障鋅產量的同時，實現節(jié)能減排、科學發(fā)展。

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作者簡介：劉旭升（1975-），男，廣西平南人，南丹縣南方有色金屬有限責任公司工程師，研究方向：鉛鋅冶金新工藝新技術。

（責任編輯：秦遜玉）