彭造偉， 陳昭云， 廖園園

(1.西部礦業(yè)股份有限公司鋅業(yè)分公司, 青海 西寧 811605； 2.青海大學(xué)機械工程學(xué)院, 青海 西寧 810016)

目前國內(nèi)采用氧壓浸出濕法煉鋅技術(shù)的企業(yè)有：云南冶金集團(tuán)、中金嶺南有色金屬股份有限公司丹霞冶煉廠、西部礦業(yè)有限公司鋅業(yè)分公司、呼倫貝爾馳宏礦業(yè)有限公司200 kt/a鉛鋅冶煉項目等企業(yè)[1]，相較于傳統(tǒng)常規(guī)濕法冶金浸出技術(shù)，氧壓浸出對于低氧化礦、高含鐵礦、成分復(fù)雜的硫化鋅精礦都有很好的浸出效果，現(xiàn)已逐步替代常規(guī)傳統(tǒng)浸出工藝。

常規(guī)傳統(tǒng)濕法煉鋅采用焙燒-浸出-凈化-電積工藝流程，對原礦的各元素含量要求很高。在回收余熱及二氧化硫制酸過程中，對環(huán)境產(chǎn)生污染，能耗高、生產(chǎn)成本高，也間接導(dǎo)致部分冶煉企業(yè)環(huán)保投入很大，運營及維護(hù)成本的開支也很大。

氧壓浸出對于原礦的要求不高，可處理含鐵高的低品位鋅精礦、鉛鋅混合精礦及鋅冶煉廠產(chǎn)出的含鐵酸鋅和鐵氧體的殘渣等，因此成為目前的主流浸出方式。但是在氧壓浸出濕法煉鋅生產(chǎn)實踐中，前期遇到了很多現(xiàn)實問題，如燒板、含鋅物料消耗高、鋅錠品級率低等，本文針對這些問題，根據(jù)某公司的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，一一給出解決措施。

1 解決“燒板”問題

1.1 濕法煉鋅采用的工藝

該公司電鋅生產(chǎn)采用硫化鋅精礦直接加壓氧浸→浸出上清液中和沉銦及除鐵→硫酸鋅溶液三段連續(xù)凈化→大極板電積提鋅→陰極鋅熔鑄的工藝流程。

1.2 “燒板”原因

相較傳統(tǒng)極板面積為1.2 m2左右[2], 該公司采用3.2 m2的大極板，其電解槽槽體尺寸大于傳統(tǒng)電解槽槽體，電解液在電解槽中的流動規(guī)律、濃差極化、電解液的循環(huán)速度等一系列問題都比傳統(tǒng)電解槽復(fù)雜。經(jīng)過長時間的生產(chǎn)總結(jié)后發(fā)現(xiàn)，電解液的濃差極化和純凈度是導(dǎo)致電解過程燒板的主要原因。表1為初步設(shè)計時的指標(biāo)參數(shù)，表2為進(jìn)行優(yōu)化后達(dá)到的指標(biāo)。

表1 初步設(shè)計新液生產(chǎn)指標(biāo) g/L

注：*單位是mg/L。

1.3 控制措施

前期通過各種論證方法，將電解新液的質(zhì)量控制為：Zn 150～160 g/L；Mn 4～-5 g/L；Cd ≤0.4 mg/L；Co ≤1 mg/L;Cu ≤0.2 mg/L; Ni ≤1.2 mg/L; Sb ≤0.12 mg/L; F ≤30 mg/L;Cl ≤400 mg/L; Fe ≤10 mg/L; As ≤0.05 mg/L; Ge ≤0.03 mg/L。初步設(shè)計指標(biāo)是在傳統(tǒng)電解槽及常年氣溫變化平穩(wěn)地區(qū)的生產(chǎn)指標(biāo)基礎(chǔ)上設(shè)定的，

表2 優(yōu)化后新液生產(chǎn)指標(biāo) g/L

注：*單位是mg/L。

電積極板也是選用小極板(0.94 m×1.22 m)，小極板電解液總流量小，濃差極化影響低，液體在電解槽內(nèi)可流動性優(yōu)于大極板電解槽，因此初設(shè)指標(biāo)產(chǎn)出的陰極析出鋅片可以達(dá)到0#鋅錠的標(biāo)準(zhǔn)。而在高海拔低寒地區(qū)大極板電解槽電積過程中，該初設(shè)指標(biāo)未能達(dá)到產(chǎn)出0#鋅錠的標(biāo)準(zhǔn)。對此情況總結(jié)經(jīng)驗后，提出深度凈化來降低某些燒板元素的影響，從而保證“高原”穩(wěn)定生產(chǎn)0#鋅錠。

在后期生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)在其他指標(biāo)都穩(wěn)定的情況下，電積過程對鈷、鎳的“敏感度”極高，特別是鈷離子的影響最嚴(yán)重。鈷離子可在析出鋅表面形成“微電池”效應(yīng)，鋅的電位比鈷更負(fù)，在電解槽中會造成析出鋅片的反溶解，鈷也會再次溶入酸液中，在極板處反復(fù)對析出鋅進(jìn)行返溶[3]，尤其是電解液中含有雜質(zhì)鍺時，會加劇其“燒板”的程度。因此，深度凈化明顯降低了Co2+燒板的的無效電能消耗，大大提高了鋅錠質(zhì)量。

2 提升鋅錠品級率

鋅錠的品級率是一個企業(yè)最直觀的利潤點，也是一家企業(yè)生產(chǎn)實力的體現(xiàn)。由于前期“探索階段”，出現(xiàn)過燒板及析出產(chǎn)量低、陰極析出鋅片含鉛高、綜合電耗高的情況，在合理控制深度凈化指標(biāo)后，發(fā)現(xiàn)出槽周期、電解液循環(huán)量、槽內(nèi)陽極泥清理周期也是制約鋅錠品級率的重要因素。

2.1 合理控制出槽周期

初步設(shè)計陰極鋅出槽周期為48 h，電流密度控制在350～450 A/m2的情況下，鋅片的產(chǎn)量不僅受電流密度的影響，同時析出周期對其影響也很重要[4]。在其余控制條件不變的情況下，合理控制出槽周期是確保產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，析出時間長有利于增加陰極析出金屬的重量，但同時也會加劇陰極板上的吸附力，還需在骨膠、瓜爾膠、明膠等致密劑的作用下，鋅才會析出結(jié)晶。另外，析出結(jié)晶中的枝晶和毛刺等易導(dǎo)致短路燒板，所以槽面管理也很重要。

析出時間長會造成陰極析出金屬脫離陰極板[5]，同時電積過程是在“低電壓高電流”的環(huán)境下進(jìn)行的，在長時間的生產(chǎn)過程中，會導(dǎo)致電解液中的鋅、酸等含量驟降不均勻，電解液在槽內(nèi)流動狀態(tài)會發(fā)生微妙的變化。這些情況除了會加劇電解槽電解液的濃差極化，也會造成陰、陽極板受電磁場的影響發(fā)生局部變形，輕則會導(dǎo)致電耗升高電解液蒸發(fā)，嚴(yán)重時會在電積過程將陰、陽極板擊穿。表3為不同生產(chǎn)條件對比，從表3中可以看出電流密度降低、電積出槽時間減少、下槽極板數(shù)增加，產(chǎn)量并沒有明顯下降，同時電流效率和0#鋅錠的品級率有了很大的提高。這就表明合適的電流密度和極板數(shù)量對于電積工藝的穩(wěn)定性來說尤其重要，合理總結(jié)出合適的參數(shù)值是確保產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的關(guān)鍵。

表3 不同生產(chǎn)條件對比

2.2 合理控制電解槽內(nèi)鋅酸比

電解液在直流電的作用下，鋅離子會在陰極板上析出。在電積過程中，電解液中的鋅離子會不斷析出，電解液中的硫酸根離子不斷富集。這也是電解廢液常常用作浸出液的主要原因。酸根離子的不斷富集有利于鋅精礦的浸出，當(dāng)電解液中的硫酸根離子大于195 g/L時電解液的黏性開始變大，同時也會導(dǎo)致析出鋅的反溶，從而降低鋅錠產(chǎn)量。表4為生產(chǎn)前、后期的電解槽內(nèi)電解液主要成份的含量。在電解過程中，電積系統(tǒng)中的酸鋅含量都有不同程度的變化，經(jīng)過長期的生產(chǎn)實踐，由于大極板的生產(chǎn)原因造成酸根富集速度過快，系統(tǒng)中的酸鋅平衡很容易被打破。為此，為保證酸鋅比控制在合理的范圍內(nèi)，采取石灰乳中和部分多余硫酸確保生產(chǎn)平穩(wěn)的進(jìn)行下去，保持電解廢液含酸量為150～180 g/L的水平。

表4 生產(chǎn)前期與后期電解液成分 g/L

3 提升直收率

3.1 中和渣全部返回系統(tǒng)

直收率的計算方法見式(1)[6]。

(1)

在濕法煉鋅過程中投入的主要含鋅物料為鋅精礦、鋅焙砂、鋅粉等，而產(chǎn)出的含鋅物料主要是鋅錠、中和渣、銅鎘渣、鎳鈷渣和尾礦渣等。配礦過程中將鋅精礦的含鋅量控制在48%左右，礦漿的液固比控制在5∶3，配礦含鐵量大約為12%左右。這樣導(dǎo)致工藝的直收率保持在85%～90%，后期為了提高直收率，節(jié)約原礦及減少有價金屬物料的損失，采取中和底流“回吃”，以及將凈化鎳鈷渣、銅鎘渣進(jìn)行酸洗，確保系統(tǒng)里的有價金屬“吃干榨盡”。這些做法不僅提高了鋅的回收率，同時也減少了有價金屬損失，減少了渣的重量，降低了生產(chǎn)成本，可謂一舉三得。表5為前期與后期改進(jìn)后的明顯變化，從表5中可以看到后期改進(jìn)后鋅冶煉的直收率可以達(dá)到94%左右。

表5 前期與后期改進(jìn)后直收率的對比

3.2 其他措施

1) 提高氧壓浸出率，降低尾渣含鋅。在其他生產(chǎn)條件不變的情況下，鋅精礦采取“兩段立磨”，將鋅精礦的粒度從-0.074 mm細(xì)磨至-0.045 mm占98%左右的水平，這樣做增加了原礦反應(yīng)的比表面積，氧壓浸出率由原來96%提升至98%。

2) 通過啟動綜合回收項目，內(nèi)部“消化”酸洗渣，與前期對比，每月可多回收50 t鋅。

3) 對生產(chǎn)過程中的渣料進(jìn)行有效“回用”，降低鋅的損失。

4) 加強生產(chǎn)現(xiàn)場“跑冒滴漏”治理。

4 降低直流電耗

直流電的無效電耗損失發(fā)生在整流變設(shè)備自損、極板接觸間隙控制、“燒板”析出鋅返溶等方面。對于這些情況，在極板上加裝橡膠條、嚴(yán)格控制槽溫、減少濃差極化程度等手段可有效降低極板變形而引起的無效電耗損失,可采取新液深度凈化的工藝減少燒板的機率。合理加入添加劑的量可減少電解槽的枝晶，加強導(dǎo)電排及導(dǎo)電棒的洗刷清理工作可減少無端放電及導(dǎo)電電阻對電能的消耗。

調(diào)節(jié)電解液含鋅量，調(diào)整合理的工藝參數(shù)可降低直流電消耗。電流密度從早期的450 A/m2降至380 A/m2，陰極板從早期的106片/槽追加至110片/槽，其中電解液含鋅從前期的55～60 g/L降至55 g/L以下。從表3中可以看，改變后的產(chǎn)量和前期一樣，同時電流效率反而提高了很多，通過這些做法穩(wěn)定了產(chǎn)量，也得到了表面光滑平整的析出鋅片。

縮短陽極泥清理周期有利于降低電耗。隨著陽極泥厚度的增加槽內(nèi)的電阻會升高，槽周期(T)對槽電壓的影響表達(dá)式見式(2)[7]。

V=3.341+0.059 2T

(2)

從式2可知，掏槽周期越長，槽電壓就越高。日本飯島冶煉廠將凊槽周期從44 d減少到20 d，實現(xiàn)噸鋅節(jié)約電耗126 kW·h，水口山四廠將陽極泥清理周期從45 d改為20 d，噸鋅節(jié)約電耗11 kW·h[8]。因此，合理縮短凊槽周期是有利于降低電能消耗的有力措施，該公司初期設(shè)定掏槽周期30天，后期減少至22天。

5 提高氧壓浸出率

前期由于配礦含鋅低，鋅精礦的粒度為-0.074 mm，含水量8%～10%，精礦在運輸及堆存時出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象。前期的原礦漿化差，浸出率最低時達(dá)到86%。后期生產(chǎn)時，在其他生產(chǎn)條件不變的情況下，鋅精礦采取“兩段立磨”，將鋅精礦的粒度從-0.074 mm磨至-0.045 mm占98%左右的水平, 增加了原礦反應(yīng)的比表面積，氧壓浸出率由原來96%提升至98%左右，從而降低了尾礦渣含鋅量，優(yōu)化了直收率。

6 減少鋅錠雜質(zhì)含量

電解槽內(nèi)的陽極泥沉積在底部，清理周期設(shè)置過長，陽極泥會堵塞導(dǎo)液管的正常送液。同時電解液本身流動的過程中會將沉淀槽底的陽極泥重新漂浮到電解液中，在電磁場的作用下很容易吸附在陰極表面影響析出鋅結(jié)晶生長，同時底部的陽極泥很容易粘在極板上。陽極泥的主要成分為：鋅、鉛、錳、銅等，這些元素都會間接導(dǎo)致鋅錠品質(zhì)降低。

鋅錠中鉛含量升高的原因：①電解的出槽周期延長電解槽鉛含量升高；②電解液的含酸過高，如電解液的酸濃度超過195 g/L，鋅錠鉛超標(biāo)的幾率大幅增加；③熔鑄碎鋅的配入不均勻也會導(dǎo)致鋅錠中鉛含量升高；④循環(huán)液中不溶解鉛懸浮物[9],長期生產(chǎn)過程中累積在電解液中，在電解過程會在陰極析出造成鋅片含鉛高。

7 結(jié)語

上述內(nèi)容是企業(yè)生產(chǎn)實踐中遇到的實際問題，“燒板”、直收率、浸出率、出槽周期、鋅片含鉛超標(biāo)等都會影響生產(chǎn)成本，也會影響產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)實踐積累，合理的設(shè)定生產(chǎn)指標(biāo)，正確的設(shè)置生產(chǎn)周期，嚴(yán)格工藝管理，以降低能耗、減少產(chǎn)品質(zhì)量問題，提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。