【文章內(nèi)容簡介】 鋅的方法是濕法，世界上 85%以上的鋅由濕法煉鋅生產(chǎn)出來的，現(xiàn)代濕法煉鋅工藝主要由焙燒、浸出、凈化、電積、熔鑄等五個(gè)工序構(gòu)成。濕法煉鋅將鋅焙砂或其他氧化鋅物料和硫化鋅精礦中的鋅溶解在水溶液中，從中提取金屬鋅或鋅化合的過程，為現(xiàn)代煉鋅的主要方法。由鋅浸出、硫酸鋅溶液凈化、鋅電解沉積三大環(huán)節(jié)組成。工藝流程濕法煉鋅流程大體可分為傳統(tǒng)的濕法煉鋅流程、熱酸浸出煉鋅流程和硫化鋅精礦直接浸出煉鋅流程等三類。上世紀(jì) 90 年代以來，我國濕法煉鋅技術(shù)水平有了比較明顯的提高。白銀公司建設(shè)的 109 平米焙燒爐、黃鉀鐵礬法處理、銻鹽除鈷等技術(shù)日趨成熟，國內(nèi)很多企業(yè)都紛紛效仿，目前這種冶煉工藝已經(jīng)在全國推廣。株洲冶煉集團(tuán)的濕法工藝經(jīng)過幾十年的完善，在國內(nèi)濕法冶煉技術(shù)上也獨(dú)樹一幟。需要特別提到的是云南氧化鋅礦資源非常豐富，目前黃木冶煉廠和祥云飛龍公司在處理低品位氧化礦方面取得突破，并形成新的生產(chǎn)能力，祥云飛龍實(shí)業(yè)公司已經(jīng)申請多項(xiàng)技術(shù)專利，并正在擴(kuò)建產(chǎn)能。鋅電積車間一括電解沉積、電解液冷卻、極板制造和電解槽清理等設(shè)施。從 20 世紀(jì)初采用濕法煉鋅以來，電積在工藝上無多大變化，只在電解槽材質(zhì)、電解液冷卻方式、冷卻設(shè)備、熔鑄設(shè)備和操作制度上有不同程度的改進(jìn)，并向大型化、機(jī)械化和自動(dòng)化方向發(fā)展。世界上鋅的全部消費(fèi)中大約有一半用于鍍鋅，約 10％用于黃銅和青銅，不到 10％用于鋅基合金，約 ％用于化學(xué)制品。通過在熔融金屬槽中熱浸鍍需要保護(hù)的材料和制品，鋅可用于防蝕。對金屬制品，可分批鍍鋅；對軋制鋼帶卷，可連續(xù)鍍鋅。近年來，鋼帶熱浸鍍鋅量有顯著增長。電鍍鋅也有使用，但該法一般用于較薄的鍍層和不同的表面光潔度。使用含鋅粉的涂料是涂層的另一種方法；對于與水連續(xù)接觸的物體，如用于船舶、橋梁和近海油氣井架的大的鋼構(gòu)件，只須和大的鋅塊連接，便可得到保護(hù)，不過鋅塊要定期更換。壓鑄是鋅的另一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域，它用于汽車、建筑、部分電氣設(shè)備、家用電器、玩具等的零部件生產(chǎn)。鋅也常和鋁制成合金，以獲得強(qiáng)度高、延展性好的鑄件。在制成薄板時(shí)（一般是用連鑄連軋法生產(chǎn)薄板），鋅還常和少量銅和鈦制成合金，以獲得必需的抗蠕變性能。國際鉛鋅研究組預(yù)測， 2004 年全球鋅消費(fèi)量會(huì)比 2003 年的 985 萬 t 增長 %，2005 年將再增長 %，預(yù)計(jì) 2005 年中國將占世界鋅消費(fèi)總量的四分之一，它的消費(fèi)增長的部分原因是鍍鋅鋼用量的增長。相比之下，美國可能只占全球鋅需求的十分之一。根據(jù)金融危機(jī)前 CRU 等機(jī)構(gòu)做的預(yù)測，到 2020 年，世界鋅需求將增加。日本金屬經(jīng)濟(jì)研究協(xié)會(huì)預(yù)測，到 2014 年，世界鋅的需求將達(dá)到 1300 萬噸，之后需求將停滯。這個(gè)預(yù)測是根據(jù)‘中國在 2014 年鋅需求將達(dá)到頂峰，而亞洲其他的發(fā)展中國家和新興工業(yè)國的鋅需求也將增加’的預(yù)測做出的?？傊蓄A(yù)測都認(rèn)為 2014 年后亞洲鋅的需求不會(huì)出現(xiàn)大幅度的下降或增加。但是許多分析家認(rèn)為，2009 年～2010 年世界鋅礦山產(chǎn)量和金屬產(chǎn)量將減產(chǎn) 10%～15%，鋅礦山關(guān)閉的數(shù)量也將增加，2011 年鋅價(jià)格將超過 2000 美元/噸。因此可以認(rèn)為，到 2016 年世界鋅礦山產(chǎn)量和金屬產(chǎn)量將恢復(fù)到 2007 年的水平。但是，由于印度和中國基礎(chǔ)設(shè)施投資和汽車產(chǎn)量將持續(xù)增加，因此預(yù)計(jì)到 2020 年前，亞洲的鋅礦石產(chǎn)量和鋅金屬產(chǎn)量將會(huì)保持持續(xù)增長勢頭。盡管今后幾年中國鋅業(yè)的發(fā)展趨勢將與世界鋅業(yè)的發(fā)展趨勢大致相同，但中國鋅業(yè)的發(fā)展將決定著世界鋅業(yè)的未來。盡管根據(jù)預(yù)測的需求，亞洲有必要新建一個(gè)鋅金屬冶煉廠，但對冶煉廠的投產(chǎn)時(shí)間和生產(chǎn)能力需要進(jìn)行認(rèn)真的研究。如果亞洲新興工業(yè)國中現(xiàn)有冶煉廠增加產(chǎn)量，加上一、兩個(gè) 10 萬噸～20 萬噸級(jí)的新冶煉廠投產(chǎn)，那么基本可以滿足亞洲 2020 年前不斷增長的鋅需求。但是，受世界金融危機(jī)影響，無法看清未來亞洲經(jīng)濟(jì)恢復(fù)和發(fā)展的前景，因此很難對需求的增長做出準(zhǔn)確的預(yù)測。對于亞洲的礦山生產(chǎn)來說，現(xiàn)有冶煉廠的生產(chǎn)能力已經(jīng)完全能夠滿足新投產(chǎn)礦山礦石的加工需求。大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)是緩解資源約束矛盾的根本出路。我國鉛鋅礦產(chǎn)資源有以下主要特點(diǎn)：（1）礦產(chǎn)地分布廣泛，但儲(chǔ)量主要相對集中幾個(gè)省區(qū)。目前，已有27 個(gè)省區(qū)發(fā)現(xiàn)并勘查了鉛鋅資源，但從富集程度和保有儲(chǔ)量來看，主要集中在云南、內(nèi)蒙古、甘肅、廣東、湖南和廣西，這6 個(gè)省區(qū)的鉛鋅合計(jì)儲(chǔ)量占全國鉛鋅合計(jì)儲(chǔ)量的64%。從三大經(jīng)濟(jì)地區(qū)分布來看，主要集中于中西部地區(qū)，%，%。（2）成礦區(qū)域和成礦期也較相對集中。從目前已勘探的超大型、大中型礦床分布來看，主要集中在滇西、川滇、西秦嶺祁連山、內(nèi)蒙古狼山和大興安嶺、南嶺等五大成礦集中區(qū)。成礦期主要集中在燕山期和多期復(fù)合成礦期。（3）大中型礦床占有儲(chǔ)量多，礦石類型復(fù)雜。在全國700 多處礦產(chǎn)地中，大中型礦床的鉛、%%。礦石類型多樣，主要礦石類型有硫化鉛礦、硫化鋅礦、氧化鉛礦、氧化鋅礦、硫化鉛鋅礦、氧化鉛鋅礦以及混合鉛鋅礦等。以鋅為主的鉛鋅礦床和銅鋅礦床較多，而鉛為主的鉛鋅礦床不多，單鉛礦床更少。（4）鉛鋅礦床物質(zhì)成分復(fù)雜，共伴生組分多，綜合利用價(jià)值大。大多數(shù)礦床普遍共伴生Cu、Fe、S、Ag、Au、Sn、Sb、Mo、W、Hg、Co、Cd、In、Ga、Ge、Se、Tl、Sc 等元素。有些礦床開采的礦石，伴生元素達(dá)50 多種。特別是近20 年來，通過綜合勘查和礦石物質(zhì)成分研究，證實(shí)許多鉛鋅礦床中含銀較高，成為鉛鋅銀礦床或銀鉛鋅礦床，其銀儲(chǔ)量占全國銀礦總儲(chǔ)量的60%以上，在選冶過程中綜合回收銀的產(chǎn)量，占全國銀產(chǎn)量的70%～80%，金的儲(chǔ)量和產(chǎn)量也相當(dāng)可觀?？梢钥闯鲑Y源“瓶頸”凸現(xiàn)成為影響經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康穩(wěn)定發(fā)展的最大障礙，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)是提高經(jīng)濟(jì)效益的重要措施。我國有色金屬工業(yè)的資源利用效率與能耗水平還相當(dāng)落后。%。大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，提高資源利用效率，增強(qiáng)國際競爭力，已經(jīng)成為我們面臨的一項(xiàng)重要而緊迫的任務(wù)。提高產(chǎn)業(yè)集中度我國冶煉企業(yè)產(chǎn)業(yè)集中度很低，眾多小廠的上馬，造成了，低水平重復(fù)建設(shè)，使得大量資金投入的同時(shí)，行業(yè)整體競爭力不高。同時(shí)，大型冶煉廠有能力采用先進(jìn)的技術(shù)，環(huán)保過關(guān)，資源利用率高，這都是有利于行業(yè)發(fā)展的，因此，我國鋅冶煉行業(yè)應(yīng)適度減少企業(yè)數(shù)量，擴(kuò)大企業(yè)規(guī)模，提高行業(yè)競爭力。鋅在自然界多以硫化物狀態(tài)存在，主要礦物是閃鋅礦（ZnS），但這種硫化礦的形成過程中有FeS 固溶體，稱為鐵閃鋅礦（nZnSmFeS）。含鐵高的閃鋅礦會(huì)使提取冶金過程復(fù)雜化。硫化礦的地表部位還常有一部分被氧化的氧化礦，如菱鋅礦（ZnCO3）、硅鋅礦（Zn2SiO4）、異極礦（H2Zn2SiO5）等。鋅資源的特點(diǎn)是鉛鋅共生。世界上極少發(fā)現(xiàn)單獨(dú)的鉛礦和鋅礦。閃鋅礦和方鉛礦（PbS）在天然礦床中常常緊密共生。由于各種多金屬礦物的成分不一，含鋅范圍約為8%～16%。含鋅的多金屬硫化礦一般采用優(yōu)先浮選法進(jìn)行選礦，已獲得各金屬的精礦。硫化鋅精礦是生產(chǎn)鋅的主要原料。煉鋅廠的硫化鋅精礦成分見表19[12]。由表中可以看出硫化鋅精礦的成分一般為：鋅45%～60%，鐵5%～15%，硫的含量變化不大，為30%～33%?？梢?，鋅精礦的主要組分為Zn，F(xiàn)e 和S，三者共占總重量的90%左右。從經(jīng)濟(jì)價(jià)值來考慮處理鋅精礦的目的，首先應(yīng)該回收鋅和硫，因?yàn)槎呒悠饋碚季V總量的80%左右。從冶煉過程和回收率來考慮，鐵是最主要的雜質(zhì)金屬，采用的冶金工藝流程要有利于原料的鋅鐵分離，相近的化學(xué)性質(zhì)決定了它們在冶金過程中的行為相似，應(yīng)使鐵全部進(jìn)入熔煉渣或濕法冶金浸出后的鐵渣中，且渣量要少，分離性能要好，從而減少隨渣帶走的金屬損失。硫化鋅精礦的粒度要細(xì)小，95%以上小于40μm，～2g/cm3。在選用精礦氧化焙燒脫硫設(shè)備時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分利用精礦粒度小、表面積大、活性高、硫化物也是一種“燃料”的特點(diǎn)，使硫化鋅能迅速氧化生成氧化鋅，又能充分利用精礦自身的熱量。世界范圍內(nèi)鉛鋅資源是豐富的，全球大陸已知鉛鋅資源除南極洲外，其他五大洲的約50 余個(gè)國家均有分布。世界鉛鋅儲(chǔ)量和儲(chǔ)量基礎(chǔ)較多的國家有中國、澳大利亞、美國、加拿大、墨西哥、秘魯、哈薩克斯坦、南非、摩洛哥以及瑞典等[14，15]。澳大利亞、中國、美國、哈薩克斯坦四國的礦石儲(chǔ)量占世界鋅儲(chǔ)量的57%左右，%[14,16]。據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局資料顯示，2004 年世界鋅儲(chǔ)量22 000 萬噸，儲(chǔ)量基礎(chǔ)為46 000 萬噸(見表15)。由表中我們可以看出鋅儲(chǔ)量較多的國家依舊是中國、澳大利亞、美國、加拿大、哈薩克斯坦、秘魯和墨西哥等。國家儲(chǔ)量儲(chǔ)量基礎(chǔ)20012002200320042001200220032004中國34003300330033009300920092009200澳大利亞32003300330033008000900080008000美國25003000300030008000900090009000加拿大11001100110011003100310031003100哈薩克斯坦30003000300030003500350035003500秘魯8001600160016001300200020002000墨西哥600800800800800250025002500其他國家7400690059005900130001100087008700世界總計(jì)1900020000220002200044000450004600046000本設(shè)計(jì)的原料主要來自本地和進(jìn)口礦，其特點(diǎn)為：由于精礦絕大部分來自廣西本地精礦成分比較復(fù)雜；精礦中的Cu、Cd、In等有價(jià)金屬具有回收價(jià)值。設(shè)計(jì)的工藝流程，除考慮主要金屬鋅的回收利用外，還應(yīng)考慮Cu、Cd、In等有價(jià)金屬的綜合回收利用，以提高精礦的綜合利用率。原料中的In的含量較高，應(yīng)注意盡量多的回收，以增加產(chǎn)值。 濕法煉鋅工藝流程的選擇與論證 濕法煉鋅的概述濕法煉鋅（又稱電解法煉鋅）最早于1915 年在美國蒙大拿州的Anacong 鋅廠首先工業(yè)化應(yīng)用[19]，由于它具有生產(chǎn)規(guī)模大、能耗較低、勞動(dòng)條件較好、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)而得到迅速發(fā)展。自20 世紀(jì)80 年代以來，世界鋅產(chǎn)量的80%～85%以上是由濕法煉鋅生產(chǎn)的。濕法煉鋅處理硫化鋅精礦一般要預(yù)先進(jìn)行焙燒，使硫化鋅變成易于被稀硫酸溶解的氧化鋅。在浸出過酸鋅浸出液中的這些雜質(zhì)將嚴(yán)重影響下一步的電積過程，因此必須將這種溶液進(jìn)行凈化。凈化過程得到的雜質(zhì)金屬的濾渣送去回收有價(jià)金屬（鎘、鈷、銅等），凈化后的硫酸鋅溶液經(jīng)電解沉積后，陰極析出鋅最終熔化鑄錠，即產(chǎn)出電鋅。在濕法煉鋅中，焙燒、浸出、浸出液凈化和電解是生產(chǎn)上的主要工藝過程，其中浸出又是整個(gè)濕法流程中的最重要環(huán)節(jié)，濕法煉鋅廠的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)在很大程度上取決于所選擇的浸出工藝及操作條件。鋅焙砂是硫化鋅精礦流態(tài)化焙燒的產(chǎn)物，也是浸出過程的主要原料，用于焙砂浸出的稀硫酸是來自鋅電解沉積車間的廢電解液。根據(jù)浸出作業(yè)所控制的最終溶液酸度，鋅焙砂浸出分為中性浸出、酸性浸出和高溫高酸浸出（又稱熱酸浸出）。為了提高鋅的浸出率和整個(gè)生產(chǎn)流程的鋅的回收率以及其他經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，酸性浸出和熱酸浸出帶來的生產(chǎn)問題集中在鐵鋅的分離的過程，因而濕法煉鋅方法又分為常規(guī)浸出法、熱酸浸出黃鉀鐵礬法、熱酸浸出針鐵礦法和熱酸浸出赤鐵礦法。在20 世紀(jì)80 年代，還發(fā)展了取消鋅精礦焙燒工藝的硫化鋅精礦氧壓浸出法。濕法煉鋅是煉鋅技術(shù)的發(fā)展方向，它將朝改善對環(huán)境的影響、提高金屬回收率和綜合利用水平、降低能耗、實(shí)現(xiàn)設(shè)備的大型化、機(jī)械化和自動(dòng)化的方向進(jìn)一步發(fā)展。濕法煉鋅的生產(chǎn)流程如下圖。圖21 濕法煉鋅工藝流程圖 車間配置及介紹工藝過程主要包括備料、干燥、沸騰焙燒車間、浸出、濃密、過濾車間凈液、銅鎘渣處理車間、電解、熔鑄車間。主要分為以下車間焙燒車間、浸出車間、凈化車間、電解車間、熔鑄車間。焙燒工藝包括爐料準(zhǔn)備及加料系統(tǒng)爐體系統(tǒng)收塵及氣體處理系統(tǒng)和排料系統(tǒng)四個(gè)部分。金山公司焙燒多采用的工藝方法是高溫氧化焙燒溫度1050℃~1150℃。焙燒原料有自產(chǎn)礦和進(jìn)口礦。自產(chǎn)礦含Zn 44%~45%，S 25%~26%，Pb 2%左右，F(xiàn)e 6%進(jìn)口礦約為1萬元一噸?；驹砹鲬B(tài)化焙燒爐工作的基本原理是利用流態(tài)化技術(shù)，使參與反應(yīng)或參與熱、質(zhì)傳遞的氣體和固體充分接觸，實(shí)現(xiàn)它們之間最快的傳質(zhì)，傳熱和動(dòng)量傳遞，已獲得最大的設(shè)備生產(chǎn)能力。對于金屬鋅的生產(chǎn)，由于ZnS不能被廉價(jià)的、工業(yè)上最廣泛應(yīng)用的碳質(zhì)還原劑還原，也不容易被廉價(jià)的、在浸出電積濕法煉鋅生產(chǎn)流程中可以再生的硫酸的水溶液（廢電解液）浸出，因此對硫化鋅精礦浸出是很必要的。在氧化鋅氣氛下，將ZnS轉(zhuǎn)化為ZnO，以便下一步被浸出。在焙燒過程中脫去的硫形成SO2進(jìn)入煙氣，用于生產(chǎn)硫酸。氧化物的焙燒過程稱為氧化焙燒。硫化鋅精礦的焙燒是典型的氧化焙燒過程。主要化學(xué)反應(yīng)沸騰焙燒爐是一種新型的燃燒設(shè)備，它基于化工冶金工業(yè)的氣固流態(tài)化技術(shù)而設(shè)計(jì)。硫化精礦的焙燒過程是在高溫下借助鼓入空氣中的氧進(jìn)行的。當(dāng)溫度升高到250℃著火溫度時(shí)，ZnS開始發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成ZnO和SO2煙氣，并放出大量熱，足以滿足正常的自熱焙燒反應(yīng)所需熱量。通常通過加入鋅精礦的多少來控制焙燒溫度，焙燒過程反應(yīng)如下:MeS+2O2＝MeSO4MeS+=MeO+SO2↑根據(jù)后一階段冶煉方式的不同，硫化鋅精礦的焙燒又可分為:硫酸化焙燒（820～900℃）和氧化焙燒（1000～1100℃）。濕法煉鋅一般采用硫酸化焙燒，要求盡可能完全地使金屬硫化物氧化，得到含少量硫酸鹽的氧化物焙砂，以減少浸