提高鋅氧壓浸出二段底流硫浮選品質(zhì)及效率的探索試驗

景孝德

(西部礦業(yè)股份有限公司鋅業(yè)分公司， 青海 西寧 811600)

常規(guī)濕法或火法煉鋅工藝中，硫精礦中的硫通過產(chǎn)生SO2，再以硫酸的形式產(chǎn)出，此方法存在很多缺點，如占地面積大，工藝流程長，環(huán)保壓力大，產(chǎn)出的硫酸不易存放、價格低廉、運輸不便等。而目前作為中國乃至世界上煉鋅主流方向的全濕法煉鋅工藝——氧壓浸出技術(shù)，很好地解決了這些問題，硫精礦中的硫元素通過氧壓浸出技術(shù)最終以硫磺的形式產(chǎn)出。某公司投建氧壓浸出煉鋅工藝后，初期在硫回收系統(tǒng)存在很多問題，特別是在浮選系統(tǒng)，通過不斷技術(shù)改造后，硫浮選品質(zhì)和效率、硫磺產(chǎn)率有了很大程度的提高。精選含硫由最初的40%～50%提高到80%以上，掃選含硫由最初的40%～50%降到20%以下，硫磺產(chǎn)量也由最初的日產(chǎn)幾噸大幅度提高到目前的65 t，且仍有很大提升空間。

1 硫回收工藝流程簡介

氧壓浸出二段濃密機排出的二段底流輸送至浸出渣冷卻器，冷卻后加入浸出渣攪拌槽，再輸送至浮選槽。

浮選由一段粗選、一段掃選和一段精選組成。經(jīng)粗選后產(chǎn)出的粗硫精礦溢流入精選槽，粗選尾礦流入掃選槽。精選產(chǎn)出的硫精礦流入硫精礦儲槽，再由泵送往硫精礦帶式過濾機，精選槽的尾礦回流至粗選槽。掃選槽的溢流回流至粗選槽，掃選尾礦流入尾礦渣中間槽，再泵入浮選尾礦濃密機。

進入濃密機的礦漿即為尾礦渣，為了降低渣中可溶鋅，尾礦渣采用二段過濾，一段過濾為帶式過濾，一段過濾的濾渣經(jīng)漿化后，泵送至廂式壓濾機進行二段過濾，二段過濾后，尾礦渣用皮帶輸送機運至渣場，最終作為棄渣堆存。

精選產(chǎn)出的硫精礦經(jīng)帶式過濾機過濾后，由皮帶輸送機加入粗硫池，池內(nèi)物料溫度保持在145 ℃左右，在此溫度下，單質(zhì)硫融化，少量的浸出渣則仍保持為固體，用泵抽取池內(nèi)的物料送至硫磺過濾機進行熱過濾，過濾后得到的濾渣即為硫渣，其主要成分為單質(zhì)硫和含鋅的化合物，可以作為副產(chǎn)品外售回收其中的有價金屬。經(jīng)硫磺過濾機過濾后得到的液體精硫流入精硫池，此時池內(nèi)液體硫磺純度達99.8%，用泵抽取池內(nèi)熔融精硫送至硫磺造粒機進行冷卻造粒，經(jīng)包裝后得到產(chǎn)品硫磺外售。硫回收工藝流程詳見圖1。

圖1 硫回收工藝流程圖

2 硫回收浮選系統(tǒng)存在的主要問題

硫回收系統(tǒng)主要承擔(dān)三大任務(wù)：浮選二段底流中的硫元素產(chǎn)硫磺，開路尾礦渣以及對渣進行水洗回收水溶鋅。某公司在此之前三大任務(wù)均未能達標(biāo)，特別是在主系統(tǒng)滿負荷生產(chǎn)的情況下存在很多問題。

(1)二段底流直接通過濃密機底流泵送至硫回收，礦漿濃度不易控制，生產(chǎn)負荷高時，底流礦漿密度高達1.75 g/cm3，嚴(yán)重影響硫浮選效果。

(2)中和渣(含鐵渣)返回氧壓二段浸出，正常生產(chǎn)時每天產(chǎn)出50 t干渣，氧壓二段底流包括此部分不含單質(zhì)硫的浸出渣，致使浮選原礦品位降低，不利于浮選。

(3)二段底流液體含鋅約110 g/L，并含有其它離子，其液體密度1.35 g/cm3左右，作為浮選介質(zhì)時其黏度較高，尤其是含鐵達到30 g/L以上(較二段浸出液高)，其中90%以上為三價鐵。在浮選、帶式過濾過程中，隨著低酸液體的進入，溶液pH值逐步升高，并達到三價鐵的水解值。水解過程中產(chǎn)生的氫氧化鐵膠體增加了物料黏度，不利于浮選和帶式過濾機過濾。

(4)硫精礦過濾效果差，限制硫浮選的生產(chǎn)負荷，在二段底流渣量大、密度高的情況下，硫精礦帶式過濾機每小時處理礦漿8 m3左右，造成選出的硫精礦過濾不及時，迫使浮選以較小產(chǎn)率(刮量)生產(chǎn)。

(5)浮選后的尾礦產(chǎn)率大，礦漿濃度高，送入尾礦渣濃密機后沉降效果差，上清液嚴(yán)重跑渾，造成渣返回主系統(tǒng)，并不斷累積。

(6)無法實現(xiàn)帶式尾礦渣過濾機進行水洗的生產(chǎn)工藝，尾渣水溶鋅無法回收。按月產(chǎn)6 000 t尾渣干渣，含水溶鋅0.5%核算，在無法實現(xiàn)尾渣水洗的情況下，每月?lián)p失鋅金屬30 t。

以上述諸多因素嚴(yán)重制約硫磺的產(chǎn)量，硫精礦相對于二段底流產(chǎn)率遠未達到設(shè)計的產(chǎn)率50%，硫浮選跑尾使尾礦渣含硫高達40%以上，硫磺日生產(chǎn)能力不足30 t(跟某公司相同生產(chǎn)工藝、相同生產(chǎn)規(guī)模的丹霞冶煉廠硫磺日產(chǎn)量已穩(wěn)定在90 t/d)。

3 二段底流浮選工業(yè)試驗

針對某公司浮選系統(tǒng)存在的問題，進行了以下小型工業(yè)試驗。

3.1 硫浮選探索試驗

2018年8月9日下午至8月10日，某公司與長沙有色冶金設(shè)計研究院共同在實驗室對氧壓浸出二段底流進行了初步浮選探索試驗。試驗過程見表1。

根據(jù)試驗過程及觀察到的現(xiàn)象可以得出以下初步結(jié)論：

(1)單質(zhì)硫天然可浮性較好，在無藥劑添加的條件下，通過浮選可實現(xiàn)硫元素的有效回收。

(2)礦漿黏度對浮選影響較大，阻礙浮選過程中氣泡的形成與流動，容易夾帶雜質(zhì)上浮，影響浮選精礦品位與產(chǎn)率。

(3)浮選時間對浮選精礦品位與產(chǎn)率有影響，可以通過控制浮選時間對選礦指標(biāo)進行控制。

(4)礦漿壓濾后調(diào)漿改善礦漿黏度，有助于浮選過程。

(5)微細粒硫單質(zhì)仍然具有良好浮選行為，可獲得有效回收。

3.2 氧壓浸出二段底流壓濾后浮選及帶式過濾機過濾效果試驗

某公司于2018年8月24～27日，組織了為期4天的氧壓二段底流壓濾后浮選試驗。通過此次試驗可以得出二段底流經(jīng)壓濾漿化對硫浮選及帶式過濾機過濾效果都有著很大的改善。

3.2.1 試驗過程

此次試驗，將壓濾后的氧壓二段底流采用硫回收壓濾液和部分新水進行重新漿化，調(diào)整礦漿濃度(按1.4 g/cm3配制)后送浮選槽進行浮選。因現(xiàn)場設(shè)備設(shè)施有限(主要是壓濾機的壓渣處理量有限，未能全部壓濾二段底流)，未經(jīng)壓濾的二段底流全部進入硫回收濃密機，從而確保入浮選槽的物料均為壓濾漿化后的礦漿。

表1 硫浮選探索試驗

8月23日9∶00，浮選槽注滿上清液后，逐步啟動浮選攪拌，開始接收氧壓二段底流進行浮選，初步運行時浮選效果較好，硫精礦帶式過濾機過濾效果也較好。至15∶00帶式過濾機過濾困難，二段底流停止進浮選，送往濃密機沉降后進行壓渣。經(jīng)分析，浮選初始運行期間，因浮選槽內(nèi)注入的上清液稀釋了二段底流密度，造成浮選和帶式過濾效果較差。

8月24日中和工段做好壓濾氧壓二段底流的準(zhǔn)備，硫回收于12∶53接收經(jīng)壓濾以后的浮選礦漿。在此期間，浮選泡沫層、硫精礦品位、帶式過濾機過濾效果都較好。16∶30硫精礦帶式過濾機過濾流量可達25 m3/h，因中和工序壓濾后的二段底流渣供應(yīng)不足，18∶00浮選產(chǎn)出的硫精礦全部過濾完畢，帶式過濾機停機。

8月25日至8月26日同樣受中和工段壓濾后的礦漿流量不足，浮選小流量進料，浮選運行不穩(wěn)定，但帶式過濾機過濾效果良好。

為了驗證浮選大流量進料的浮選和硫精礦帶式過濾機過濾效果，8月27日浮選槽保持液位，待儲存足量的壓濾的二段底流礦漿后，15∶00以40 m3/h的礦漿流量入浮選槽進行試驗。因大量使用用浮選補充液保持浮選液位，浮選槽內(nèi)進入了大量含鐵較高的上清液，槽內(nèi)礦漿顏色偏紅導(dǎo)致帶式過濾機過濾效果較差。通過2 h的連續(xù)進料后，浮選槽內(nèi)的礦漿顏色逐漸趨于正常(灰色)，帶式過濾機可以19 m3/h的流量連續(xù)、穩(wěn)定地進行過濾。

3.2.2 試驗數(shù)據(jù)

3.2.2.1 浮選產(chǎn)物的化驗結(jié)果

二段底流、精選精礦、掃選尾礦化驗結(jié)果見表2。

表2 二段底流、精選精礦、掃選尾礦化驗結(jié)果 %

帶式過濾機過濾后的硫精礦化驗結(jié)果見表3。

表3 帶式過濾機過濾后的硫精礦化驗結(jié)果

3.2.2.2 溶液的化驗結(jié)果

帶式過濾機濾液和濃密機上清液化驗結(jié)果見表4。

3.2.3 試驗結(jié)論

通過上述數(shù)據(jù)，將二段底流通過壓濾漿化后進行浮選時可得出以下結(jié)論。

(1)礦漿在浮選槽中的可浮性較好，掃選尾礦含硫最低可降低到8.82%，但由于中和壓濾礦漿的處理量不足，造成浮選機開、停次數(shù)多，硫精礦出現(xiàn)跑尾。

(2)降低了入浮選礦漿液體中的Fe、Zn濃度，帶式過濾機的過濾效果得以提升，礦漿處理量由7～9 m3/h提高至19 m3/h，最高達到25 m3/h。

表4 帶式過濾機濾液和濃密機上清液化驗結(jié)果 g/L

注：氧壓二段底流液相中的鋅濃度基本穩(wěn)定在100～110 g/L。

(3)因試驗時間較短，整個硫回收系統(tǒng)的溶液鋅、鐵濃度下降不明顯。但通過過帶式過濾機濾液含鋅分析，硫回收溶液含鋅由84.16 g/L降至51.75 g/L，含鐵(總鐵)由30 g/L降至14 g/L。

通過4天的試驗，從浮選、硫精礦過濾來看都取得了不錯的效果。浮選礦漿密度控制在1.4 g/cm3，浮選溶液離子濃度大幅下降，使礦漿在浮選槽中的可浮性變好，掃選尾礦含硫最低可降低到8.82%，降低了礦漿溶液中的鐵，帶式過濾機的過濾效果大大提升。但由于中和礦漿供應(yīng)不足，浮選供料不連續(xù)，浮選機開停次數(shù)多，造成硫精礦的跑尾。另外將硫回收系統(tǒng)內(nèi)高離子濃度的溶液作為浮選補充液補入浮選槽后，浮選、過濾效果明顯變差。

因試驗時間較短整個硫回收系統(tǒng)的溶液鋅濃度沒能降下來，但通過過帶式過濾機濾液含鋅分析，經(jīng)漿化后帶式過濾機的濾液含鋅濃度由84.16 g/L降至51.75 g/L，含鐵(總鐵)由30 g/L降至14 g/L。

4 硫浮選技術(shù)改造方案

4.1 改造依據(jù)

二段浸出液密度高達1.35 g/cm3，對硫浮選工藝造成諸多影響，為解決硫浮選溶液含鋅高、含鐵高、含酸高、黏度大的問題，可采用將二段底流礦漿進行壓濾并漿化的工藝。一是避免了大量高離子濃度的二段浸出液進入浮選系統(tǒng)，二是可采用低離子濃度的硫回收系統(tǒng)溶液及補充部分新水的方式降低進入浮選系統(tǒng)溶液的離子濃度，并達到以下效果：

(1)提高系統(tǒng)的鋅直收率，回收渣中的水溶鋅，提高經(jīng)濟效益。

(2)降低硫回收系統(tǒng)溶液鋅、鐵等離子含量，從而降低浮選溶液黏度會為浮選提供更有利的條件。

(3)降低三價鐵對浮選產(chǎn)出的硫精礦礦漿過濾時的影響，為帶式過濾機的過濾創(chuàng)造有利條件。

(4)降低硫回收系統(tǒng)溶液含酸量、溫度，減少設(shè)備腐蝕。

4.2 改造后的工藝流程

將二段底流送往中和工段沉銦壓濾機進行壓濾，得到的濾液儲存于中和濾液儲槽，用于中和渣漿化和送往氧壓二段濃密機；二段底流濾渣用硫回收壓濾液(儲存在中和洗水槽)及新水漿化至1.4 g/cm3的密度后送往硫回收進行浮選。二段底流兩次壓濾硫浮選工藝流程詳見圖2。

圖2 二段底流兩次壓濾硫回收工藝流程

5 技改效果預(yù)期

通過提高硫浮選品質(zhì)及效率后，擬達到以下效果。

(1)降低尾渣損失的鋅金屬。目前硫回收壓濾液含鋅平均在60 g/L，按照240 t/d的尾渣干渣量計算，尾礦渣、硫精礦含水均為17%，日損失水鋅約2.9 t。若對二段底流進行壓濾、漿化水洗，可使硫回收系統(tǒng)內(nèi)溶液含鋅控制在40 g/L，尾礦渣、硫精礦含水均為17%，日損失水鋅約1.9 t，相較沒有水洗的情況每天可回收可溶金屬鋅1 t，每月可回收鋅金屬20 t。

(2)穩(wěn)定硫磺產(chǎn)量，降低尾渣含硫。根據(jù)試驗結(jié)果來看，經(jīng)壓濾后的氧壓二段底流采用新水漿化調(diào)整濃度后再入浮選槽，硫浮選和硫精礦帶式過濾機可以實現(xiàn)正常運行，預(yù)計帶式過濾機的處理量由

7～9 m3/h提升到19 m3/h，硫精礦的產(chǎn)量將從每天40 t提升至120 t，硫磺產(chǎn)量可達到60 t/d以上，尾渣含硫降至20%以內(nèi)。