常压富氧直接浸出炼锌

常压富氧直接浸出炼锌

若贵

(中国恩菲工程技术， 100038)

[摘要]硫化锌精矿常压富氧直接浸出是目前世界上锌冶炼的新工艺、新技术，它与传统炼辞比少了精矿焙烧和制酸系统，且锌总回收率高，操作环境优越，是进行环境综合治理、淘汰落后工艺、改善环境、节能减排、循环经济、提高经济效益的好途径。

[关键词]常压富氧直接浸出；氧压浸出；硫化锌精矿；针铁矿法沉铁；铟回收；DL反应器；高压釜；技术经济

[中图分类号]TF813.032.1 [文献标识码]B

[文章编号]1672-6103(2009)03-0012-04

1富氧直接浸出发展过程

硫化锌精矿富氧直接浸出技术被普遍认为是锌冶炼的又一次重大技术突破，号称第三代炼锌技术。富氧直接浸出工艺主要分为两大类；即富氧压力浸出（简称：氧压浸出）和常压富氧浸出。常压直接浸出工艺简称：DL。

氧压浸出历史较早，工艺也较为成熟，早在上世纪八十年代初，世界上第一个工业化的锌加压浸出装置在加拿大科明科公司特雷尔锌厂试车投产。后来为了增加产量，在特雷尔建成并投产了一个较大的新型高压釜。1983年位于加拿大安大略省提明斯市的基德·克里克冶炼厂投产了第二个氧压浸出车间。1991年第三个氧压浸出车间在德国鲁尔锌公司达特伦冶炼厂建成投产，该厂由于种种原因1994年就停止了氧压浸出车间的生产。尽管该技术推广不是很快，随后还是有两个厂采用该技术，总之加拿大科明科公司成功运用富氧压力直接浸出工艺，并取得较好的效果，对锌冶炼富氧直接浸出从理论和实践的结合上都作出极大的

贡献。但由于高压釜设备、仪表、控制等原因，使该技术难于推广。中国科学院化冶所等单位在吸取国外氧压浸出技术的基础上，也曾经花费很大精力开发高压釜，同时在永昌和西和两个锌冶炼厂进行了生产试验，其中冶金集团永昌冶炼厂已投入生产运行。

常压富氧直接浸出是OUTOTEC（原奥托昆普）公司近年来开发的新工艺，应该说常压浸出工艺是在氧压浸出基础上发展起来的新技术，它规避了氧压浸出高压釜设备制作要求高、操作控制难度大等问题，而且同样达到浸出回收率高的目的。

目前常压富氧浸出和氧压浸出两种工艺流程均有较为成功的锌冶炼厂在生产，且运行状态基本良好。表1、表2例出两种工艺锌冶炼生产厂。

表1工业化常压富氧直接浸出厂家

表2工业化氧压浸出技术厂家

2 富氧浸出机理:

目前我国以硫化锌精矿为原料的湿法炼锌工艺流程是:培烧-浸出一净化一电解；浸出系统采用黄钾铁矾法和常规浸出渣的高温还原挥发，炼锌流程实质上是湿法和火法的联合过程；只有硫化锌精矿的直接浸出工艺，才是真正全湿法炼锌工艺，完全解决二氧化硫空气污染和浸出渣有价金属高效回收等问题。富氧浸出工艺发展经历了不同阶段：

（1）OUTOTEC转化法工艺

即铁酸盐浸出和黄钾铁矾沉淀同时进行，使锌的平均浸出率达99%，总的回收率达97%以上。该工艺以单质硫的形式回收硫实现产品销售，为锌冶炼厂在扩产过程中规避了回收二氧化硫制酸建设成本高、老厂改造一般用地紧及环境治理等问题，同时也为传统湿法炼锌厂的浸出渣处理提供了一条较佳的途径。

(2）热酸浸出一针铁矿法沉铁浸出（V.M法）

V.M法是70年代初首先在工业上开发利用的比利时Vieille Montagne公司

的简称，热酸浸出液含有Fe3+20-30g/L和H

2SO

4

50g/L。在这个方法中，加人过量

15-20%的锌精矿和90℃的情况下，Fe3+铁离子首先被快速还原成Fe2+的状态，即：

2Fe3++ZnS=Zn2++2Fe2++S0

其还原率达90%以上，随后在80〜90℃以及相应Fe2状态下中和到pH=2-3，用空气氧化沉淀铁，其反应式：

2Fe3++1/2O

2+H

2

O+2ZnO=2FeOOH+2Zn2+

(3)联合富氧浸出针铁矿沉淀法

随着制氧技术的发展和装置水平的提高，推动V.M法的发展，为提高生产效率，缩短反应时间，针铁矿沉淀过程中使用氧气代替空气。

⑷加压富氧浸出

采用高温(145-150℃)和高压（1100-1300kPa），在卧式高压釜或立式高压釜用废电解液、通入氧气，连续地浸出硫化锌精矿。

(5）常压富氧浸出

采用高温(95-100℃)和常压（100kPa）,在一组立式搅拌反应器用废电解液并通人氧气连续地浸出硫化锌精矿。

芬兰OUTOTEC公司开发的锌精矿常压富氧浸出技术，以铁作为硫化物反应的催化剂，硫化物中硫在反应中被还原成单质硫。锌的浸出率高达99%，产渣量少，而且常压富氧浸出技术可以直接用于处理锌浸出渣，大气污染几乎为零，同时取消了挥发窑，减少了流态化焙烧炉台数，相应的解决了焙烧炉及挥发窑的污染问题。因此选用芬兰OUTOTEC公司开发的常压富氧浸出技术，是株冶实现锌系统技术改造和锌浸出渣资源循环利用的理想选择之一。株冶不但采用OUTOTEC常压富氧浸出硫化锌精矿技术，而且还搭配处理浸出渣、铟回收、采用针铁矿沉铁等新工艺。

从物理化学的角度看，常压富氧浸出和氧压浸出没有本质区别，只是氧压浸出能够实现反应温度较高、气体分压较大的条件。常压富氧浸出是在溶液沸点以下进行，相对于氧压浸出反应时间较长。氧压浸出是在密闭反应容器进行，可使反应温度提高到溶液沸点以上，使氧气在浸出过程中具有较高的分压，让反应在短时间有效进行。

硫化锌氧压浸出工艺与常压富氧浸出均取决于下列反应：

ZnS+H

2SO

4

+0.5O

2

=ZnSO

4

+H

2

O+S0

如果不存在氧的载体，这个反应就会进行得很慢。溶解的铁是一种有效的氧载体。为加速浸出反应进行需要一定浓度的铁，它由铁沉淀物的适当循环来提供。硫化锌与溶解的硫酸铁反应，生成可溶的硫酸锌以及单质硫，而三价铁被还原成二价铁。在氧化条件下，二价铁离子被重新氧化成三价铁离子；根据Fe3+和Fe2+含量的分析可测定氧化程比，更准确地说，整个过程应该分解成两个反应：

ZnS+Fe

2(SO

4

)

3

ZnSO

4

+2FeSO

4

+S0

2FeSO

4+ H

2

SO

4

+0.5O

2

Fe

2

(SO

4

)

3

+H

2

O

在锌精矿常含有浸出需要的足够量的酸溶铁。磁黄铁矿(Fe

7S

8

)以及铁闪锌矿

[(Zn,Fe)S]中的铁的氧化反应历程与闪锌矿中的锌相类似。

黄铁矿的氧化程度与一些浸出条件有关。在高温、强氧化条件下，黄铁矿的氧化会产生硫酸根：

2FeS

2+7.5O

2

+H

2

O Fe

2

(SO

4

)

3

+ H

2

SO

4

2FeS

2+7.5O

2

+4H2O Fe

2

O

3

+4H

2

SO

4

如果氧气不充足，温度较低，酸浓度较高的话，黄铁矿的氧化可产生单质硫：

FeS

2+0.5O

2

+ H

2

SO

4

FeSO

4

+ H

2

O +S0

锌的氧压浸出也可以处理各种各样的物料，包括低品位、高铁硫化锌精矿、铅锌混合矿、铁酸锌渣或联合型锌厂产出的其他锌渣，均可以获得良好的效果。

3 常压与氧压两种直接浸出工艺技术的比较

常压富氧直接浸出工艺技术是在氧压浸出基础上发展起来的新技术，其基本反应过程仍基于把氧作为强氧化剂的机理，只是用核心设备的DL反应器取代高压釜反应器，目前已有ODDA和KOKOKOLA两个厂采用该技术进行技术改造，并取得了很好的效果。