锌冶炼先进工艺技术及应用

锌冶炼先进工艺技术及应用

金有峰 沈启元

青海西豫有色金属有限公司

摘要：锌的冶炼方法有火法和湿法两类。火法炼锌是最古老的炼锌工艺，但是，自1916年世界上第一座湿法炼锌厂在美国建成投产以来，湿法炼锌迅速发展，现在85%以上的锌都是湿法工艺生产出来的。目前现有的湿法炼锌工艺正逐步回归常规浸出流程，朝着设备大型化、浸出渣无害化的方向发展，侧吹浸没燃烧熔池熔炼等渣处理技术发展迅速；热酸浸出－赤铁矿除铁工艺具有较大发展潜力，已经实现工业化；全湿法加压富氧浸出工艺生产成本仍然高于常规湿法工艺，其适合于硫酸需求量小、运输成本高的企业；新型高效火法炼锌工艺可以有效利用熔渣显热、降低能耗及碳排放，同时工艺集中程度高，缩短了工艺流程，无论在原生矿冶炼方面还是在含锌二次物料的处理回收方面已经成为未来的发展趋势。

关键词：锌冶炼；工艺技术；应用

引言

加快锌产业转型升级，推动锌行业高质量发展，促进锌行业技术进步与工艺创新已经迫在眉睫。本文对我国锌冶炼状况进行系统概述，着重对近十年的工业技术创新与应用实践成果进行阐述，并对锌冶炼工业技术创新方向和趋势进行了展望。

1我国锌冶炼工艺概述

锌冶炼主要分为火法和湿法两种工艺。火法工艺历史悠久，我国古代便通过将炉甘石（菱锌矿）与炭一起混装在封闭的泥罐中的方法制取单体金属锌。近代以来，多以竖罐蒸馏法炼锌。至现代，竖罐蒸馏炼锌法已趋淘汰，我国仅保留了葫芦岛锌厂等少数竖罐炼锌生产线，其工艺也被进行了大规模改进与创新，如开发了高温沸腾焙烧炉、自热焦结炉、大型蒸馏炉等新技术；电炉炼锌技术受限于电炉规模在我国应用较少；帝国熔炼法（ISP）又称密闭鼓风炉炼锌法，在我国曾是主要的火法炼锌技术，但由于环保能耗等问题也在逐步被淘汰，目前仅存４条ISP生产线。目前火法炼锌占我国锌总产能不足20%。我国锌产能以湿法炼锌工艺为主，占总产量的80%以上。精矿焙烧→焙砂浸出→浸液净化→净液电积→铸锭为湿法炼锌主要工艺。根据浸出方法的不同分为传统低温浸出和热酸浸出，其中热酸浸出根据不同的除铁方式又分为黄钾铁矾工艺、针铁矿工艺、赤铁矿工艺、喷淋除铁工艺等。目前，湿法炼锌工艺还有全湿法炼锌工艺，包括常压富氧直接浸出工艺、加压富氧直接浸出工艺、氧化矿直接浸出－萃取工艺等。

2锌冶炼技术现状分析

目前，主流锌冶炼工艺是常规法及氧压浸出两种湿法炼锌工艺，上述两种工艺各有优势与不足：常规湿法炼锌工艺流程为：硫化锌精矿经过沸腾焙烧，焙烧矿中性浸出—酸性浸出，中性浸出的上清液经过净化除杂后送电积产出合格的电锌。铁酸锌中锌铁未被浸出进入溶液，酸性浸出的渣含锌20%左右，锌的直收率仅80%~85%左右。浸出渣渣率50%~55%，送火法处理，回收其中的锌及其它伴生元素，产生的次氧化锌脱除氟、氯送氧化锌浸出系统。酸性浸出液返回焙砂中性浸出系统，氧化锌浸出铅渣待回收铅。此法在国内外有数十年的工业生产历史，技术成熟、可靠易掌握。氧压浸出全湿法炼锌工艺流程为：硫化矿直接浸出，浸出液送中和除铁及净化除杂后送电积产出合格的电锌，浸出渣送硫回收产出硫磺、硫渣及铅渣。该技术硫化锌冶炼过程中不需要焙烧，负二价的硫转化成单质硫而不是SO₂，通过浮选熔硫产出硫磺，便于储存运输。核心技术不仅解决了SO₂环境污染问题，且解决了酸不平衡导致的环保问题，固废产出量减少50%，环保好。通过常规法、氧压浸出法炼锌工艺比较，两种常用湿法锌冶炼工艺具有如下特点：（1）常规法由于浸出率低，渣率大，渣含锌高，即使浸出渣经过回转窑挥发回收后，锌直收率仍较低，一般最多达95%，并且需要的燃煤或还原剂量随渣量及金属量增多而增大，能耗高。碳排放量大。（2）氧压浸出法综合回收有价金属好，金属浸出率高，锌可达98%以上，因此浮选尾渣量较少且含锌低，相对锌直收率较高。（3）氧压浸出法铜回收率达到80%以上，远高于常规法的35%，银和铅的富集度高，有利于其回收，各有价金属的综合回收经济效益由于常规法。（4）常规法被烧过程产出大量含硫烟气，通过制酸及尾气处理后仍有含硫尾气排放。（5）氧压浸出法硫以硫磺产品得到回收，主流程生产过程中没有含硫尾气排放，清洁环保。（6）常规法更易组织生产操作及维护，应用范围广泛，建设投资略低于氧压浸出工艺，对于不需回收稀贵重金属的原料，且在硫酸销售畅通地区有一定的市场优势。

3锌冶炼先进工艺技术应用及未来展望

3.1锌资源开发利用现状

锌作为最重要的有色金属之一，广泛应用于汽车、建筑、船舶、机械、轻工、电子、医药等行业。目前，锌在有色金属的消费中，仅次于铜和铝，位居第三。

3.2锌资源开发利用展望

曾经亚洲最大铅锌矿的兰坪铅锌矿，是我国目前最主要的氧硫混合矿产地。尽管历经几十年的开采开发，目前铅锌矿尚有1200万t，难处理的氧硫混合矿约有3200万t，Pb+Zn金属量近400万t，不管从经济价值出发，还是从保护环境出发，这些氧硫混合矿都必须予以利用和处理。另外，经过我国工程勘察地质专家的不懈努力，在我国境内发现了一个特大型锌矿—火烧云铅锌矿，该矿铅锌储量达到1820万t以上，是继兰坪后我国发现的又一个特大型铅锌矿，目前位居世界第六，亚洲第一。该矿锌以菱锌矿形态存在，根据原料成分，也无法直接应用上述沸腾焙烧-常规浸出、沸腾焙烧-热酸浸出、氧压浸出、常压富氧浸出等已经实现工业化生产的湿法炼锌工艺。此外，发达国家含锌二次资源回收利用率已达锌产量的30%左右，其中，美国电弧炉烟尘产生量最大，在美国国内，目前已有80多家电炉炼钢厂采用火法工艺集中处理废旧镀锌钢管，产出含锌、铅、镉的烟尘进一步富集分离，有效提高了含锌二次资源的利用率。德国、意大利、法国等国均有采用德国B.U.S公司的威尔茲法处理电弧炉烟尘，其处理量占欧洲含锌二次资源处理市场份额的60%以上。目前我国含锌二次资源还没有得到最大限度的回收利用，主要有电弧炉烟尘（镀锌钢废料）、压铸废料、废黄铜矿、镀锌废料、废旧锌锰电池等。

3.3锌冶炼工艺发展展望

尽管湿法炼锌占世界总锌产量的85%以上，但由于硫化锌精矿日益枯竭，未来锌冶炼必将转向以处理铅锌氧化矿、氧硫混合矿和含锌二次资源为主的时代。原料的变化，必然带来工艺的变化，从前面的分析来看，除开发新工艺外，当前主要湿法冶炼工艺均难以适应复杂原料的要求，目前工业上应用的火法工艺反而应该更值得青睐。特别是火法工艺中的电炉炼锌工艺和鼓风炉炼锌（ISP）工艺，由于其对原料适应性强，显示了其独特的优势。如兰坪铅锌混合矿，采用鼓风炉炼锌（ISP）工艺，是值得研究的方案；另外，对于火烧云铅锌矿，采用电炉工艺或鼓风炉工艺，也不失为一种可选的方案[17]。

结束语

综上所述，湿法冶金被冠之以“绿色冶金”桂冠的时代已经成为历史。由于矿产锌资源的日益枯竭，锌冶炼企业的原料，将逐步从硫化锌精矿转移到以氧化矿、氧硫料矿、含锌二次资源上来。通过对上述湿法工艺和火法工艺的介绍，火法工艺对于处理氧化矿、氧硫料矿、含锌二次资源具有更大的发展潜力。

参考文献

［1］何章辉．我国铅锌矿产资源的特征及选矿技术［J］．科技展望，2016，26(2):143．

［2］戴自希．世界铅锌资源的分布、类型和勘查准则［J］．世界有色金属，2005(3):15－23，6．

［3］雷力，周兴龙，文书明，等．我国铅锌矿产资源特点及开发利用现状［J］．矿业快报，2007，263(9):1－4．