【正文】 濕法煉鋅中、高級工技術培訓3　濕法煉鋅的浸出過程3．1　鋅焙燒礦的浸出目的與浸出工藝流程3．1．1　鋅焙燒礦浸出的目的濕法煉鋅浸出過程，是以稀硫酸溶液（主要是鋅電解過程產生的廢電解液）作溶劑，將含鋅原料中的有價金屬溶解進入溶液的過程。其原料中除鋅外，一般還含有鐵、銅、鎘、鈷、鎳、砷、銻及稀有金屬等元素。在浸出過程中，除鋅進入溶液外，金屬雜質也不同程度地溶解而隨鋅一起進入溶液。這些雜質會對鋅電積過程產生不良影響，因此在送電積以前必須把有害雜質盡可能除去。在浸出過程中應盡量利用水解沉淀方法將部分雜質（如鐵、砷、銻等）除去，以減輕溶液凈化的負擔。浸出過程的目的是將原料中的鋅盡可能完全溶解進入溶液中，并在浸出終了階段采取措施，除去部分鐵、硅、砷、銻、鍺等有害雜質，同時得到沉降速度快、過濾性能好、易于液固分離的浸出礦漿。浸出使用的鋅原料主要有硫化鋅精礦（如在氧壓浸出時）或硫化鋅精礦經過焙燒產出的焙燒礦、氧化鋅粉與含鋅煙塵以及氧化鋅礦等。其中焙燒礦是濕法煉鋅浸出過程的主要原料，它是由ZnO和其他金屬氧化物、脈石等組成的細顆粒物料。焙燒礦的化學成分和物相組成對浸出過程所產生溶液的質量及金屬回收率均有很大影響。3．1．2　焙燒礦浸出的工藝流程浸出過程在整個濕法煉鋅的生產過程中起著重要的作用。生產實踐表明，濕法煉鋅的各項技術經濟指標，在很大程度上決定于浸出所選擇的工藝流程和操作過程中所控制的技術條件。因此，對浸出工藝流程的選擇非常重要。為了達到上述目的，大多數(shù)濕法煉鋅廠都采用連續(xù)多段浸出流程，即第一段為中性浸出，第二段為酸性或熱酸浸出。通常將鋅焙燒礦采用第一段中性浸出、第二段酸性浸出、酸浸渣用火法處理的工藝流程稱為常規(guī)浸出流程，其典型工藝原則流程見圖3－1。圖3－1　濕法煉鋅常規(guī)浸出流程常規(guī)浸出流程是將鋅焙燒礦與廢電解液混合經濕法球磨之后，加入中性浸出槽中，控制浸出過程終點溶液的PH值為5．0～5．2。在此階段，焙燒礦中的ZnO只有一部分溶解，甚至有的工廠中性浸出階段鋅的浸出率只有20%左右。此時有大量過剩的鋅焙砂存在，以保證浸出過程迅速達到終點。這樣，即使那些在酸性浸出過程中溶解了的雜質（主要是Fe、AS、Sb）也將發(fā)生中和沉淀反應，不至于進入溶液中。因此中性浸出的目的，除了使部分鋅溶解外，另一個重要目的是保證鋅與其他雜質很好地分離。由于在中性浸出過程中加入了大量過剩的焙砂礦，許多鋅沒有溶解而進入渣中，故中性浸出的濃縮底流還必須再進行酸性浸出。酸性浸出的目的是盡量保證焙砂中的鋅更完全地溶解，同時也要避免大量雜質溶解。所以終點酸度一般控制在1～5g／L。雖然經過了上述兩次浸出過程，所得的浸出渣含鋅仍有20%左右。這是由于鋅焙砂中有部分鋅以鐵酸鋅（ZnFe2O4）的形態(tài)存在，且即使焙砂中殘硫小于或等于1%，也還有少量的鋅以ZnS形態(tài)存在。這些形態(tài)的鋅在上述兩次浸出條件下是不溶解的，與其他不溶解的雜質一道進入渣中。這種含鋅高的浸出渣不能廢棄，一般用火法冶金將鋅還原揮發(fā)出來與其他組分分離，然后將收集到的粗ZnO粉進一步用濕法處理。由于常規(guī)浸出流程復雜，且生產率低，回收率低，生產成本高，隨著20世紀60年代后期各種除鐵方法的研制成功，鋅焙燒礦熱酸浸出法在20世紀70年代后得到廣泛應用。現(xiàn)代廣泛采用的熱酸浸出流程見圖3－2。圖3－2　現(xiàn)代廣泛采用的熱酸浸出流程熱酸浸出工藝流程是在常規(guī)浸出的基礎上，用高溫（＞90℃）高酸（浸出終點殘酸一般大于30g／L）浸出代替了其中的酸性浸出，以濕法沉鐵過程代替浸出渣的火法煙化處理。熱酸3　濕法煉鋅的浸出過程35浸出的高溫高酸條件，可將常規(guī)浸出流程中未被溶解進入浸出渣中的鐵酸鋅和ZnS等溶解，從而提高了鋅的浸出率，浸出渣量也大大減少，使焙燒礦中的鉛和貴金屬在渣中的富集程度得到了提高，有利于這些金屬下一步的回收。3．2　影響浸出反應速度的因素鋅焙燒礦用稀硫酸溶液浸出，是一個多相反應（液－固）過程。一般認為物質的擴散速度是液－固多相反應速度的決定因素；而擴散速度又與擴散系數(shù)、擴散層厚度等一系列因素有關。（1）浸出溫度對浸出速度的影響浸出溫度對浸出速度的影響是多方面的。因為擴散系數(shù)與浸出溫度成正比，提高浸出溫度就能增大擴散系數(shù)，從而加快浸出速度；隨著浸出溫度的升高，固體顆粒中可溶物質在溶液中的溶解度增大，也可使浸出速度加快；此外提高浸出溫度可以降低浸出液的粘度，利于物質的擴散而提高浸出速度。一些試驗說明，鋅焙燒礦浸出溫度由40℃升高到80℃，溶解的鋅量可增多7．5%。常規(guī)濕法煉鋅的浸出溫度為60～80℃。（2）礦漿的攪拌強度對浸出速度的影響擴散速度與擴散層的厚度成反比，即擴散層厚度減薄，就能加快浸出速度。擴散層的厚度與礦漿的攪拌強度成反比，即提高礦漿攪拌強度，可以使擴散層的厚度減薄，從而加快浸出速度。應當指出，雖然加大礦漿的攪拌強度，能使擴散層減薄，但不能用無限加大礦漿攪拌強度來完全消除擴散層。這是因為，當增大攪拌強度而使整個流體達到極大的湍流時固體表面層的液體相對運動仍處于層流狀態(tài)；擴散層飽和溶液與固體顆粒之間存在著一定的附著力，強烈攪拌，也不能完全消除這種附著力，因而也就不能完全消除擴散層。所以過分地加大攪拌強度，只能無謂地增加能耗。（3）酸濃度對浸出速度的影響浸出液中硫酸的濃度愈大，浸出速度愈大，金屬回收率愈高。但在常規(guī)浸出流程中硫酸濃度不能過高，因為這會引起鐵等雜質大量進入浸出液，進而會給礦漿的澄清與過濾帶來困難，降低ZnSO4溶液質量，影響濕法煉鋅的技術經濟指標；此外，還會腐蝕設備，引起結晶析出，堵塞管道。（4）焙燒礦本身性質對浸出速度的影響焙燒礦中的鋅含量愈高，可溶鋅量愈高，浸出速度愈大，浸出率愈高。焙燒礦中SiO2的可溶率愈高，則浸出速度愈低。焙燒礦粒的表面積愈大（包括粒度小、孔隙度大、表面粗糙等），浸出速度愈快。但是粒度也不能過細，因為這會導致浸出后液固分離困難，且也不利于浸出。一般粒度以0．15～0．2mm為宜。為了使焙燒礦與浸出液（電解廢液和酸性浸出液）良好接觸，先要進行漿化，然后進行球磨與分級。實際上，浸出過程在此開始，且大部分的鋅在這一階段就已溶解。（5）礦漿的粘度對浸出速度的影響擴散系數(shù)與礦漿的粘度成反比。這主要是因為粘度的增加會妨礙反應物和生成物分子或離子的擴散。影響礦漿粘度的因素除溫度、焙砂的化學組成和粒度外，還有浸出時礦漿的液固比。礦漿液固比愈大，其粘度就愈小。綜上所述，影響浸出速度的因素很多，而且它們之間，又互相聯(lián)系、互相制約，不能只強調某一因素而忽視另一因素。要獲得適當?shù)慕鏊俣?，必須從生產實際出發(fā)，全面分析各種影響因素，并經過反復試驗，從技術上和經濟上進行比較，然后選擇最佳的控制條件。3．2．4　常規(guī)法浸出的一般操作及技術條件的控制（1）常規(guī)法浸出流程濕法煉鋅常規(guī)浸出工藝指的是采用一段中性浸出、一段酸性浸出，浸出渣經過一個火法冶金過程使鋅還原揮發(fā)出來，變成氧化鋅再進行濕法處理，其原則工藝流程見圖3－1。濕法沖礦工藝流程的特點是：在焙燒爐的排料口下面設置一溜槽，從爐內排出的熱料直接落入溜槽內，并被連續(xù)流經溜槽的稀硫酸溶液（含30～50g／LH2SO4，俗稱氧化液），帶到礦漿分級器，分級溢流進中性浸出，分級底液經球磨后進酸性浸出。其優(yōu)點主要有：①省去了熱焙砂的冷卻設備；②可以利用熱焙砂的顯熱加熱浸出溶液，減輕浸出槽的加熱負荷。株洲冶煉廠新建的濕法煉鋅系統(tǒng)未采用沖礦工藝，焙砂經冷卻、球磨后送浸出系統(tǒng)，多余焙砂送焙砂儲倉儲存。其優(yōu)點是：①焙砂經干式球磨后，粒度較細，能取得較好的浸出效果，浸出渣含鋅比沖礦浸出工藝低1．0%～1．5%；②由于設置了焙砂儲倉，浸出部分不會因焙燒系統(tǒng)發(fā)生故障停產而受到影響。（2）浸出過程的技術條件控制為確保浸出礦漿的質量和提高鋅的浸出率，一般來說，浸出過程技術條件控制主要有三個方面：中性浸出終點控制、浸出過程平衡控制和浸出技術條件控制。中性浸出控制終點PH為4．8～5．4，使三價鐵呈Fe（OH）3水解沉淀，并與砷、銻、鍺等雜質一起凝聚沉降，從而達到礦漿沉降速度快、溶液凈化程度高的目的。過去浸出終點PH值控制是通過操作人員用試紙或PH計測定，然后調整浸出過程的加酸量來達到控制終點PH值的目的。隨著自動化水平的提高，浸出過程終點PH的控制可以通過PH自動控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。浸出過程的各個浸出槽出口的PH值設定后，自動控制系統(tǒng)可根據(jù)設定的PH值信號自動調整酸的加入量，使浸出終點達到設定的PH值。濕法煉鋅的溶液是閉路循環(huán)，故保持系統(tǒng)中溶液的體積、投入的金屬量及礦漿澄清濃縮后的濃泥體積一定，即通常說的保持液體體積平衡、金屬含量平衡和渣平衡是浸出過程的基本內容。濕法煉鋅溶液的總體積，一方面因水分蒸發(fā)、渣帶走水以及跑、冒、滴、漏損失等原因會隨過程進行不斷減少，另一方面又由于貧鎘液、洗渣、洗濾布、洗設備等收集的低酸、低鋅廢水，給系統(tǒng)帶進許多新水，二者必須保持平衡，即保持系統(tǒng)中溶液體積不變，否則有可能因帶入的水過多，系統(tǒng)的溶液量增加，致使溶液無法周轉，打亂生產過程，導致生產技術條件失控。如果帶入的水不足，則系統(tǒng)溶液體積減少，同樣會使正常溶液周轉受到影響，影響正常生產技術條件控制。同時溶液體積減少相當于系統(tǒng)溶液濃縮，將導致溶液含鋅量升高，如果偏離允許范圍，將直接影響浸出以及后續(xù)凈化及電解工序。實踐中，夏天氣溫高，溶液體積容易減?。欢煺舭l(fā)量少，且蒸汽直接加熱的冷凝水增加等原因，溶液的體積容易膨脹。故為了保持溶液體積平衡，必須嚴格控制各種洗水量，因時、因地保持水量平衡。浸出過程的金屬量平衡是指浸出過程投入的焙砂經浸出后進入溶液的金屬量與鋅電解過程析出的金屬量保持平衡。如投入的金屬量與析出的鋅量不平衡，將導致電解產出的廢液量不平衡，影響正常生產。渣平衡是指焙砂經兩段浸出后所產出的渣量，與從系統(tǒng)通過過濾設備排出的渣量的平衡。如果浸出產出的渣不能及時從系統(tǒng)中排走，濃縮槽中濃泥體積增大，不僅影響上清液的質量，也直接影響到下一工序生產的進行，無法保持浸出過程連續(xù)穩(wěn)定進行。濃泥體積的變化往往是造成上述惡性循環(huán)的起因，如酸性濃泥體積大，澄清困難，使酸性上清液含固體量升高，當返回一次中性浸出時，又增加了一次浸出礦漿的固體量，從而減少了一次浸出礦漿的液固比，使一次浸出礦漿澄清困難，結果是中性上清液中懸浮物大量增加，凈液工序的壓濾負擔加重，甚至無法完成凈液作業(yè)。浸出過程的好壞與選用的技術條件密切相關。實踐表明，只有正確選用操作技術條件，嚴格操作，精心控制，方能取得好的浸出效果。常規(guī)法浸出一般控制的浸出工藝條件如下：①中性浸出的技術條件浸出溫度　　　　　　　　　　　　　　　60～75℃浸出液固比（浸出液量與料量的質量比）10～151浸出始酸濃度30～40g／L浸出終點PH值4．8～5．4浸出時間1．5～2．5ｈ②酸性浸出的技術條件浸出溫度70～80℃浸出液固比（浸出液量與料量的質量比）7～91浸出始酸濃度25～45g／L浸出終點PH值2．5～3．5浸出時間2～3ｈ由于原料和酸同時加入，故按浸出礦漿最后從浸出槽出口終酸的PH值控制始酸。浸出過程的產物為礦漿，是硫酸鋅溶液和不溶殘渣的懸濁液，為了滿足下一工序的要求，礦漿必須進行液固分離。濕法煉鋅的浸出礦漿液固分離通常采用重力沉降濃縮和過濾兩種方法。一段中性浸出礦漿經中性濃縮液固分離后，中性上清液送凈化，中性濃縮底流送酸性浸出。　　二段酸性浸出礦漿經酸性濃縮液固分離后，酸性上清液返回中性浸出，酸性底流經過過濾、干燥后送回轉窯火法處理，使鋅還原揮發(fā)變成氧化鋅。（3）浸出的主要技術經濟指標①鋅浸出率　浸出率系焙燒礦經兩段浸出后，進入溶液中的鋅量與焙燒礦中總鋅量之比。當焙燒礦含鋅量為50%～55%、可溶鋅率為90%～92%時，鋅浸出率為80%～87%。在設計時，連續(xù)浸出可取80%～82%，間斷浸出可取86%～87%。②浸出渣率　浸出渣率系焙燒礦經浸出、過濾干燥后的干渣量與焙燒礦量的百分比。當焙燒礦含鋅為50%～55%時，其相應的浸出渣率為50%～55%。近幾年來各廠渣率一般約為52%。③渣含鋅　各廠渣含鋅波動于下列范圍：全鋅18%～22%；酸溶鋅2．5%～7%；水溶鋅0．5%～5．5%。（4）浸出礦漿的液固分離浸出所得礦漿須經液固分離，才能分別送往下一工序處理。一次浸出礦漿經濃縮，所得上清液送凈化，底流送二次浸出；二次浸出礦漿先經濃縮，所得上清液返回一次浸出，底液送去過濾。礦漿的濃縮在濃縮槽（亦稱濃密機）內進行。浸出礦漿的濃縮效率取決于固體粒子的沉降速度：在實際生產過程中情況比較復雜，因此影響濃縮的因素很多，主要有：①礦漿的PH值　礦漿的PH值一般控制在4．8～5．4之間，因為此條件最有利于細微膠質氫氧化鐵和硅膠粒子的凝聚長大，所以澄清速度較快，濃縮效果較好。②焙燒礦的粒度　固體粒子沉降速度與其粒度成正比，粒度越大，沉降越快，故濃縮效果越好。但粒度太大，易堵塞濃縮槽和損壞扒動設備；反之，粒度越小，沉降越慢，濃縮效率就越差。③固體與液體的密度差　固體與液體的密度差越大，固體粒子的沉降速度越快，濃縮效率越高。④礦漿的溫度　一般鋅焙燒礦中性浸出礦漿濃縮溫度以55～60℃為宜；酸性浸出礦漿濃縮溫度以60～70℃為宜。溫度升高，礦漿粘度減小，固體粒子的沉降速度加大。⑤礦漿的液固比　礦漿的液固比越大，則礦漿的粘度就越小，就越有利于固體的沉降，濃縮效果也越好。⑥溶液中膠體氫氧化鐵和二氧化硅的含量　當溶液中含氫氧化鐵和硅酸增多時，礦漿的粘度就升高，從而使固體物料的沉降困難，惡化濃縮過程，所以應嚴加控制。遇此情況可用提高礦漿溫度和增大液固比的辦法，降低其粘度，利于固體粒子的沉降。⑦浸出時間　當浸出時間較短時，則殘存的固體粒子較大，其沉降速度較快；相反，則固體粒子較細，甚至將已凝聚的大顆粒擊碎，而使?jié)饪s發(fā)生困難。⑧3＃凝聚劑的加入量　3＃凝聚劑一般只在中性濃縮槽中加入。其用量為20～30ppm。凝聚劑的加入可使微小的懸浮顆粒凝聚成較大的粒子，因而加快沉降速度，濃縮機能力提高1．5～