張國林,趙元秀
(西部礦業(yè)股份有限公司,青海 西寧 810000)
作為一種強化浸出工藝,氧壓浸出工藝鋅浸出率和回收率很高,其綜合回收效果好,可以提高鎘、銦等稀有金屬回收率。氧壓浸出工藝可以根據(jù)鋅精礦原料的特性,工藝過程和工藝參數(shù)的合理配比,加強有價金屬的回收和綜合利用。
在環(huán)境影響方面,相比于常規(guī)方法和高溫高酸法需要沸騰焙燒硫化鋅精礦,生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量SO2煙氣,需要進一步處理酸性廢水的不利局面,氧壓浸出工藝有以下三個有利因素:一是可以生產(chǎn)出單質(zhì)硫,產(chǎn)品硫磺從體積上比硫酸或SO2氣體小,從根本上消除冶煉煙氣的產(chǎn)生。由于是濕處理系統(tǒng)粗精選,避免了生產(chǎn)過程中的粉塵,同時便于運輸。二是氧壓浸出法更容易控制和實現(xiàn)系統(tǒng)的溶液平衡,廢水的產(chǎn)生和排放量很少,正常生產(chǎn)情況下不會排出污水。三是氧壓浸出工藝所產(chǎn)的鐵渣含鐵很高,可以作為鋼鐵生產(chǎn)的原料。另外,在能源消耗方面,常規(guī)法的能耗高的原因是浸出渣的揮發(fā)窯處理需要大量的焦炭,并且焦炭的利用率較低。盡管富氧高壓浸出消耗更多的蒸汽和足量的氧氣,但由于富氧高壓氧氣浸出不需要浸出殘渣揮發(fā),最終能耗較低。
2014年,西部礦業(yè)鋅業(yè)分公司在甘河建成年產(chǎn)l0萬t電鋅的氧壓浸出廠,隨后關(guān)停了9萬噸常規(guī)法生產(chǎn)鋅的產(chǎn)能。氧壓浸出工藝采用3臺φ4.2×33.6米氧壓釜,工藝條件為壓力0.9MPa~1.2MPa,溫度140℃~155℃,氧氣為自備的工業(yè)純氧。
氧壓浸出的工藝流程是硫化鋅精礦氧壓浸出,整個流程分為一段氧壓浸出和二段氧壓浸出。一段氧壓浸出為氧氣加壓浸出硫精礦,二段氧壓浸出為前段浸出的進一步浸出。氧壓浸出工藝過程分物料磨礦、原因浸出、閃蒸調(diào)節(jié)、硫回收等工序。
物料磨礦:該工序是通過2臺并聯(lián)的濕式球磨使鋅精礦粒度達到98%,球磨礦漿經(jīng)分級使礦漿含固量為65%~68%。在礦漿中加入分散劑,其作用是防止熔融硫磺包裹硫化鋅物料,阻礙其進一步浸出。
氧壓浸出:將球磨后的礦漿及廢電解液加人壓力釜,通入氧氣,蒸汽,控制溫度110℃~155℃,氧壓700kPa~1200kPa,反應時間大于lh,硫化鋅中的硫被氧化成單質(zhì)硫,鋅變成可溶性硫酸鋅。鋅的浸出率可達到95%~98%。
閃蒸及調(diào)節(jié):將高壓釜浸出后的漿料排出到閃蒸罐,然后排入調(diào)節(jié)罐內(nèi),保溫使得保持高壓釜產(chǎn)生的元素硫處于熔融狀態(tài),漿料排入閃蒸罐,控制溫度120℃,。礦漿再排入調(diào)節(jié)槽自然冷卻,控制溫度在100℃,元素硫成固態(tài)凝結(jié)。經(jīng)過調(diào)節(jié)槽,將礦漿送至濃密機進行濃縮,濃縮上清液送去中和凈化、電積熔鑄,濃密機底流流至硫磺回收工序。
硫回收:將濃密機底流進行浮選回收硫精礦,浮選尾渣礦經(jīng)水洗后送渣場堆存。含單質(zhì)硫的精礦送人粗硫池熔融,再通過加熱過濾,從硫化物中分離出熔融元素硫,然后將熔融硫送人精硫池產(chǎn)出含硫大于99%的產(chǎn)品硫磺。
從高壓釜排除的物料經(jīng)排料管、角閥,在進入閃蒸槽前經(jīng)過緩沖器喉管。西礦公司采用三臺氧壓釜,每臺氧壓釜兩條排料管,對應配有6臺緩沖器喉管。結(jié)構(gòu)如圖1所示。介質(zhì)的工況最為復雜,溫度和壓力高,溫度為110℃~130℃,壓力在450kPa~1100kPa之間,含硫酸1%~7%,還有65%的含固量。
處于減壓、降溫、抗沖刷關(guān)鍵部位的喉管的磨損腐蝕最為嚴重,很大程度上制約了生產(chǎn)連續(xù)正常進行。曾經(jīng)使用和正在使用的喉管材質(zhì)和使用壽命如表1所示。
表1 不同材質(zhì)喉管使用壽命
(1)按904L材質(zhì)在稀硫酸中的腐蝕研究,溫度提高到100℃后,在硫酸濃度為10%時,腐蝕速度大于5mm/a,說明904L不銹鋼也較難勝任此類工況,要求盡量減少進入高壓釜礦漿內(nèi)的F-、Cl-量,以延長閃蒸喉管的使用壽命。
(2)碳鋼或錳鋼基體內(nèi)襯Ti材結(jié)構(gòu)的喉管,由于碳鋼在高溫硫酸中極易腐蝕,Ti材和904L不銹鋼的焊接性能限制,以及Ti材抗沖刷性能不足,喉管使用壽命并未得到顯著延長。
(3)904L不銹鋼基體內(nèi)襯剛玉的喉管,最明顯的不足時在工況不穩(wěn)定的時候,溫度急劇變化時,剛玉極易脆裂,加之機械加工精度使剛玉和鋼體之間的配合控制不理想,法蘭密封面質(zhì)量難以把握。另外,剛玉和不銹鋼基體之間的粘合劑的選用,也沒有得到良好的解決。嚴重影響了喉管的使用壽命。
(4)2205不銹鋼基體內(nèi)襯碳化硅的喉管,是在有了2205雙相不銹鋼制造廠家可選的時候,開始采用的。碳化硅的制品具有的高硬度、高耐腐蝕性以及較高的高溫強度,但是機械加工精度使碳化硅和不銹鋼基體之間的配合控制不理想,法蘭密封面質(zhì)量難以控制。另外,碳化硅和不銹鋼基體之間的粘合劑的選用,同樣沒有得到良好的解決。致使沒能決定性的提高喉管的使用壽命。用于生產(chǎn)2205雙相不銹鋼管道的鋼坯國內(nèi)尚不能進行大規(guī)模的生產(chǎn),原材料成本更貴,且交貨周期更長,影響到2205不銹鋼用于這樣的過程。鋅氧壓浸出工藝在國內(nèi)尚屬于一種全新的濕法煉鋅工藝,國內(nèi)對其高溫、高腐蝕、高磨損的漿料所能適應的管道選擇尚處于摸索階段,各種材料還需要經(jīng)驗需求通過生產(chǎn)實踐進行測試。
鋅氧氣壓力浸出工藝在國內(nèi)外開始廣泛應用,該工藝綜合回收率高,原料適應性強,節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢明顯,因此得了到國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整政策的支持。可與預見,鋅氧壓浸出工藝將取代傳統(tǒng)的鋅冶煉工藝。隨著管道、閥門及其材料適應性和經(jīng)濟性的逐步提高,氧壓浸出煉鋅工藝將迎來更廣闊的前景。