锌冶炼先进工艺技术及应用实践

魏东杰

身份证号码：410181199211146554

摘要：当前，我国工业发展尤为迅速。我国铅锌矿资源分布广泛，锌产量已稳居世界第一。湿法电解锌冶炼是锌冶炼的主要方法之一，电解锌冶炼过程会产生大量冶炼废渣，这些废渣含有多种重金属，处理不当可能对环境造成污染。锌在我国有色金属消费中仅次于铜和铝，随着经济的进一步发展，对金属锌的强劲需求还将持续相当长的一段时间。当前，我国锌行业面临既要保证市场需求提高产能，又要节能减碳降低污染的双重压力。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。基于此，本文主要对锌冶炼先进工艺技术及应用实践进行论述，希望通过本文的分析研究，给行业内人士以借鉴和启发，具体如下。

关键词：锌冶炼；先进工艺；技术应用

引言

铅和锌都是极为重要的有色金属，广泛应用于汽车、建筑、船舶、机械、轻工、电子、医药等行业，在现代工业所消耗的有色金属中锌居第三位，铅居第四位。我国是铅锌生产大国也是消费大国，有许多铅锌冶炼企业，但工艺技术水平参差不齐，铅锌冶炼工艺逐渐向着低能耗、低污染、高生产效率的方向发展。铅锌冶炼工艺的核心设备是冶炼炉，优化冶炼炉有利于提高冶炼工艺的整体水平。但由于现场条件的制约，很难实地的对冶炼炉内部工况进行测量，所以数值模拟的方法显得尤为重要，通过对冶炼炉内工况、流场、温度场等进行研究，对于优化冶炼炉、提升冶金生产效率、提高能源利用效率具有重要意义。

1我国锌冶炼工艺概述

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锌冶炼先进工艺技术及应用

2.1锌冶炼工艺

锌冶炼工艺可分为火法冶炼和湿法冶炼，现在大部分使用的湿法冶炼，其产量占国内锌总产量的85%以上。火法炼锌工艺有平罐和竖罐炼锌、密闭鼓风炉炼锌和电热炉法炼锌。平罐炼锌法现已基本淘汰，竖罐炼锌也仅有少数中小炼锌企业采用。密闭鼓风炉炼锌法，简称为ISP法，是一种可以同时冶炼铅、锌的方法，具有原料适应性强、工艺流程简化、生产成本低等优点，但它同时也存在炉内易长炉结、炉顶以及耐火砖的使用寿命短、喷淋炉壳烧穿跑渣等问题。电炉炼锌工艺，是利用电能转化为热能进行还原挥发冶炼氧化锌物料，得到锌蒸汽经冷凝获得粗锌的一种火法炼锌方法。冷凝器是电炉炼锌的关键设备，冷凝系统的设计关乎生产的稳定性和安全性，可以通过数值模拟来模拟冷凝器流场，直流电炉有可能成为下一步电炉炼锌的主体设备，需要数值模拟技术来研究电炉内部的运行工况。

2.2重金属废水生物制剂深度处理及协同脱铊工艺

1）生物制剂深度处理及协同脱铊工艺可将铅锌冶炼重金属废水直接进行深度处理，并实现协同脱铊，出水重金属及铊含量均稳定达标，可满足《铅、锌工业污染物排放标准》（ＧＢ25466-2010）要求。较佳工艺条件为：一段系统稳定剂0.7mL／L、生物制剂0.7mL/L；二段处理系统稳定剂0.3mL/L、生物制剂0.3mL/L。2）实际生产中，重金属废水ｐＨ值的变化对重金属去除和药剂的投加量有很大影响，一段出水pH值应控制在9.0以上，若pH值小于9.0，需要及时投加石灰乳调整pH值在9.0以上。

2.3基于混合电位的锌冶炼除钴过程动力学建模方法

世界上80%的锌由焙烧—浸出—净化—电解工艺生产。浸出工艺产生的中性上清液中含有钴、镍、锑、镉、铜等杂质元素，这些杂质在电解过程中与锌共沉积，造成产品纯度下降，严重时会出现阴极“烧板”现象，因此，必须通过净化把这些杂质浓度降低至合理范围。为了不引入新的杂质，通常采用锌粉置换的方法净化除杂，在使用较少锌粉和较低的温度下，铜、镉、砷、锑等离子可以迅速沉积，但由于锌粉“钝化”和超电压现象存在，单独添加锌粉置换除钴十分困难。铜锑、铜砷等正电性金属盐类添加剂常被用于净化除钴过程，以抑制钝化和超电压现象，加速钴的沉积。在湿法炼锌过程中，锌矿焙烧并溶解后形成硫酸锌溶液，经净化后进入电解工序，电解得到纯锌产品。但焙烧溶解后的硫酸锌溶液中通常含有铜、钴、镍等杂质离子，其中钴离子最难去除，且对锌电解过程影响最大，过多的钴离子会造成锌电解过程电流效率急剧下降。因此，除钴过程是湿法炼锌净化工序中的核心环节。除钴过程由于超电压现象的存在，在不加任何催化剂的情况下，析氢反应会干扰钴离子与锌粉之间的电子传递，使杂质钴离子难以被去除。为此，一般会向钴溶液中加入具有正电性的金属盐类作为催化剂，铜离子是湿法炼锌中的主要杂质离子之一，也是除钴过程的天然催化剂，但是单独的铜离子催化作用有限，还需要与锑、砷盐等配合使用。在铜锑联合催化除钴中，铜和锑在钴沉积之前已经完全沉积并附着在锌粉表面，提供除钴电化学反应所需的电极基质，配合加速钴的沉积。另外，在无铜离子的情况下，锑也可以单独与钴发生共沉积，加速钴的沉积，但其效果没有与铜联合使用的效果明显。一般认为，在铜锑催化除钴中，除钴反应是发生在由锌−铜−锑构成的微电池表面的原电池反应。

结语

总而言之，目前，我国锌冶炼以传统湿法工艺为主，占总产量的80%以上，随着国家节能环保压力的增大与资源回收利用要求的提高，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势在必行。随着国家对固体废弃物管理与回收要求的进一步提高，高温高酸浸出工艺所产浸出渣（除赤铁矿工艺）被列为危险固废，现有的湿法炼锌工艺正逐步回归常规浸出流程。新型高效火法炼锌工艺整合了现有侧吹浸没燃烧熔池熔炼技术和电冶炼技术的优势，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。该工艺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均已成为未来的发展趋势。

参考文献

[1]王小强，俞兵，马绍斌.铅锌联合冶炼的优势与愿景[J].中国有色冶金，2019，48（2）：18-22.

[2]董晓伟，何醒民.卡尔多炉炼铅工艺的思考[J].铜业工程，2014（4）：35-38.

[3]俞兵，马绍斌，王小强.艾萨炉喷煤炼铅工艺及生产实践[J].中国有色冶金，2019，48（4）：33-37.

[4]马忠旭.炼铅奥斯麦特炉概述[J].中国金属通报，2018（9）：1-3.

[5]易操，朱荣，李智铮，等.液态高铅渣直接还原工艺数值模拟研究[J].有色金属（冶炼部分），2011（5）：16-19.