加压湿法冶金技术在锌冶炼上的应用和发展

摘要：在金属冶炼中，湿法冶金有重要作用，现代湿法冶金几乎涵盖了除钢铁以外的所有金属的提炼，有着非常广泛的适用性，而以此为基础发展起来的加压湿法冶金在技术先进性和处理效果等方面更是取得了突破性进展。文章结合加压湿法冶金技术的发展情况，对其在锌冶炼方面的应用进行了分析和讨论。

关键词：加压湿法冶金技术；锌冶炼；金属冶炼；氧压直接酸浸；加压浸出技术 文献标识码：A

中图分类号：TF802 文章编号：1009-2374（2017）10-0231-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.10.116

锌作为仅次于铁、铝和铜的金属元素，在现代工业中有着非常重要的作用，我国的锌资源储量丰富，位于世界第一。同时作为世界最大的锌生产国，我国的锌产量连续多年位居世界第一。近年来，我国的锌冶金技术得到了飞速发展，已经逐渐达到了国际先进水平，将加压湿法冶金技术应用于锌冶炼中，能够取得良好的效果。

1 加压湿法冶金的发展简述

所谓加压湿法冶金，主要是在加压的条件下开展湿法冶金的过程。通过加压，溶液的温度沸点更高，可以对冶金过程进行强化，改变反应热力学的条件，使得部分化学反应能够更好地进行，也可以提升冶金的效率。加压湿法冶金产生于1887年，由拜耳提出，当时主要是通过在加压釜内通过加压的方式，利用氢氧化钠浸出铝土矿，得到铝酸钠溶液，然后分离得到氧化铝。到20世纪40年代，加压湿法冶金技术在有色金属冶炼方面取得了巨大的进步，相关研究表明，在氧化环境下，含有铜和镍的硫化矿不需要经由预先的氧化焙烧就能够直接浸出，结合加压酸浸和加压氨浸的方式，可以保证良好的生产效果。

20世纪70年代，加压酸浸技术在锌精矿的处理方面取得了突破性进展，结合加压酸浸-电积工艺可以将精矿中存在的硫转化为元素硫，实现了硫酸生产与锌生产的相互分离。到80年代，以加压预氧化处理来代替焙烧处理，为氰化浸出提供了便利，也使得加压浸出技术得到了更进一步的发展。

从国内的发展情况分析，我国在加压湿法冶金技术的研究方面同样做出了卓越的贡献，自20世纪80年代开始，我国一直都在进行锌精矿加压浸出的相关研究，不过研究仅停留在普通研究所的层面，因此相关成果并没有能够实现工业应用。虽然有关企业与国外发达国家的研究院所进行了协商，希望可以引进先进技术，但是考虑到费用过高，并没有能够达成协议。在此之后，云南冶金集团通过不断的研究，于20世纪末在锌精矿氧压浸出技术的研究方面取得了进展，并且在2004年建成了一座万吨级一段法加压酸浸示范性工厂。2008年，处理高铁锌精矿的2万吨二段法氧压酸浸正式投产，使得加压湿法冶金技术的应用范围不断扩大。

作为一门比较新颖的技术，加压湿法冶金的出现时间并不长，但是由于加压浸出的特点，对冶金过程进行了强化，精简了工艺流程，金属的回收率更高，回收速度更快，而且成本较小，不会出现污染问题，因此具有良好的发展前景。不过也应该认识到，加压湿法冶金受本身发展时间的制约，也存在着许多不完善的地方，需要技术人员的持续研究和改进。

2 锌精矿直接氧压酸浸方案

2.1 锌冶炼技术的发展

从产生至今，锌冶炼工艺大致可以分为火法和湿法两种，前者常见于20世纪前，而后者产生于1916年，由于明显的优势，逐渐取代了火法冶炼，成为锌冶炼的主要方法，产量占据了世界总产量的80%以上；基本上，新建和扩建的锌冶炼企业采用的都是湿法冶炼工艺。传统的湿法炼锌正式应用在工业生产中是在20世纪初，而在不断的发展过程中，工艺技术的进步非常明显。60年代，高温高酸浸出技术以及全新的除铁方法的出现，对浸出残渣进行了有效处理，在提升锌回收率的同时，减少了对于环境的污染，也推动了工艺技術的成熟。在科学技术飞速发展的带动下，传统的湿法炼锌技术正在朝着操作机械化、生产连续化、设备大型化以及管理自动化的方向发展。但是不可否认，传统湿法炼锌工艺也存在着一定的缺陷，即必须保证锌的生产与硫酸的生产同时进行，在这种情况下，不仅对于原料的成分有着非常严格的要求，而且存在着能耗巨大、工艺流程繁琐以及成本投入大等问题，不易推广和普及。在这种情况下，在传统湿法炼锌工艺的基础上进行创新，也就成为了相关研究人员重点关注的问题。

20世纪70年代，加拿大舍利特·高尔登公司根据相应的研究实验提出，在氧化气氛下，结合加压酸浸的方式，可以在不需要焙烧的情况下直接实现锌精矿的浸出，经整理后形成了加压浸出-净化-除杂-电积工艺，相比较传统湿法炼锌工艺，成本更加低廉。1981年，全球首座加压浸出工厂投运，经过数十年的发展，使得锌加压冶金技术得到了持续完善。

最近十数年，芬兰奥托昆普公司开发出了一种新的锌精矿常压富氧浸出技术，可以在0.1MPa压力、90℃～100℃的条件下，结合充足的氧气供给，利用废电解液来实现锌精矿的连续浸出，从理论上分析，这种方法与氧压浸出没有不同，利用铁离子对氧的传递来加速硫化锌精矿的浸出反应，使得硫化物中的硫被还原为元素硫，在实现硫酸生产与锌生产相互分离的同时，也可以使得锌的浸出率达到98%以上。事实上，无论是氧压浸出还是常压富氧浸出，都能够直接对硫化锌精矿进行处理，而不需要经过焙烧脱硫，不会产生相应的环境污染。相比较而言，氧压浸出的温度在压力更大，反应速度也更快，常压富氧浸出的反应时间较长，不过由于能够在常压下工作，温度相对较低，控制的难度更小，安全性也更高。从目前的发展情况分析，常压富氧浸出工艺已经在世界范围内实现了工业化生产，在锌冶炼中发挥着非常重要的作用。

2.2 氧压直接酸浸

传统湿法炼锌实际上是在火法冶炼的基础上发展起来的，将火法和湿法冶炼工艺融合在一起，分为焙烧、浸出、净化、电解以及制酸五个基本流程，主要原理是利用稀硫酸可以溶解氧化锌和硫酸锌中的锌元素，不过在处理过程中，为了减少大气污染问题，需要预先做好焙烧脱硫工作，而且必须配备相应的制酸系统、烟气处理系统等，生产工艺繁琐而且成本较高。

20世纪70年代以后，加压湿法冶金技术在锌精矿的处理中取得了比较显著的进展，与传统的湿法炼锌工艺相比，经济效益更好。加压湿法冶金的主要优势，是将矿物原料中的硫转化为了单质硫，实现了锌生产与硫酸生产的分离。在加压浸出的条件下，相应的化学反应式为：

不过，在氧离子无法有效传递的情况下，上述反应非常缓慢，为了提高效率，可以在其中加入铁离子：

在结合加压浸出的方式进行锌精矿的冶炼时，磁黄铁矿和铁闪锌矿中的铁会被溶解，作为氧离子传递的介质。

氧压浸出工艺包括一段和二段，一段氧压浸出主要是利用废弃的电解液来浸出锌精矿，初始酸浓度为150g/L，锌的浸出率能够达到98%以上，在反应结束后，残余溶液的酸浓度仍然能够达到40g/L，需要做好中和处理。一般情况下，可以利用残酸浸出氧化锌，在中和的同时提升锌的产量，常见于传统湿法炼锌企业的扩建。二段氧压浸出中的第一段采用的是低酸浸出，酸的浓度为70～80g/L，残酸为5～10g/L，锌的浸出率能够达到70%～75%。反应得到的浸出残渣会进入到二段氧压浸出中，将酸的浓度提高到了150g/L。粗硫在经过相应的处理后，可以形成单质硫，浸出液在经过酸度调整后，又可以作为第一段的浸出剂，在这个环节，锌的浸出率能够达到98%以上。

2.3 加压浸出技术的发展

2.3.1 高硅氧化锌加压浸出技术的研究和发展。高硅氧化锌采用常规的选矿方法难以可靠分离，火法炼锌技术虽然可用，但是存在着能耗大污染重的问题，湿法工艺也因此受到了广泛的关注。针对碱性浸出和常压酸浸工艺中存在的缺陷，在长期的研究中，提出了一种加压浸出高硅氧化锌技术，在最优工艺条件下，锌的浸出率可以达到98.5%。2007年，在该技术的基础上进一步开发出了连续加压酸浸处理高硅氧化锌工艺，并且实现了工业化生产。经检验，该工艺的流程简单、反应迅速、过程易控，而且能够实现锌硅的完全分离，浸出液含硅低，不需要额外进行处理，具有良好的推广前景。

2.3.2 硫化铅锌混合矿综合回收工艺的研究。对于一些较为复杂的硫化铅锌矿，由于选矿流程长，回收率低等因素的影响，只能产出铅锌混合矿。直到20世纪中期，英国相关研究人员提出了ISP法，可以在对硫化铅锌混合矿进行处理的同时，实现铅锌的生产。不过这种工艺需要用到大量的焦炭，能耗巨大且污染严重，并没有得到大幅度推广。在不断的发展中，氧压浸出工艺得到了应用，可以从铅锌混合矿中直接浸出锌，通过浮选法回收硫，铅银富集到一种渣中，进入火法炼铅系统进行冶炼回收，有着良好的应用效果。

3 结语

总而言之，锌作为一种重要的工业原料，在我国国民经济发展中发挥着不容忽视的作用，锌的生產是基础性工业的一部分，应该得到足够的重视，通过持续的技术改进和创新，在保障锌产量的同时，实现节能减排、科学发展。

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作者简介：刘旭升（1975-），男，广西平南人，南丹县南方有色金属有限责任公司工程师，研究方向：铅锌冶金新工艺新技术。

（责任编辑：秦逊玉）