摘要：在金屬冶煉中，濕法冶金有重要作用，現(xiàn)代濕法冶金幾乎涵蓋了除鋼鐵以外的所有金屬的提煉，有著非常廣泛的適用性，而以此為基礎(chǔ)發(fā)展起來的加壓濕法冶金在技術(shù)先進(jìn)性和處理效果等方面更是取得了突破性進(jìn)展。文章結(jié)合加壓濕法冶金技術(shù)的發(fā)展情況，對(duì)其在鋅冶煉方面的應(yīng)用進(jìn)行了分析和討論。

關(guān)鍵詞：加壓濕法冶金技術(shù),鋅冶煉,金屬冶煉,氧壓直接酸浸,加壓浸出技術(shù) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TF802 文章編號(hào)：1009-2374（2017）10-0231-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.10.116

鋅作為僅次于鐵、鋁和銅的金屬元素，在現(xiàn)代工業(yè)中有著非常重要的作用，我國(guó)的鋅資源儲(chǔ)量豐富，位于世界第一。同時(shí)作為世界最大的鋅生產(chǎn)國(guó)，我國(guó)的鋅產(chǎn)量連續(xù)多年位居世界第一。近年來，我國(guó)的鋅冶金技術(shù)得到了飛速發(fā)展，已經(jīng)逐漸達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，將加壓濕法冶金技術(shù)應(yīng)用于鋅冶煉中，能夠取得良好的效果。

1 加壓濕法冶金的發(fā)展簡(jiǎn)述

所謂加壓濕法冶金，主要是在加壓的條件下開展?jié)穹ㄒ苯鸬倪^程。通過加壓，溶液的溫度沸點(diǎn)更高，可以對(duì)冶金過程進(jìn)行強(qiáng)化，改變反應(yīng)熱力學(xué)的條件，使得部分化學(xué)反應(yīng)能夠更好地進(jìn)行，也可以提升冶金的效率。加壓濕法冶金產(chǎn)生于1887年，由拜耳提出，當(dāng)時(shí)主要是通過在加壓釜內(nèi)通過加壓的方式，利用氫氧化鈉浸出鋁土礦，得到鋁酸鈉溶液，然后分離得到氧化鋁。到20世紀(jì)40年代，加壓濕法冶金技術(shù)在有色金屬冶煉方面取得了巨大的進(jìn)步，相關(guān)研究表明，在氧化環(huán)境下，含有銅和鎳的硫化礦不需要經(jīng)由預(yù)先的氧化焙燒就能夠直接浸出，結(jié)合加壓酸浸和加壓氨浸的方式，可以保證良好的生產(chǎn)效果。

20世紀(jì)70年代，加壓酸浸技術(shù)在鋅精礦的處理方面取得了突破性進(jìn)展，結(jié)合加壓酸浸-電積工藝可以將精礦中存在的硫轉(zhuǎn)化為元素硫，實(shí)現(xiàn)了硫酸生產(chǎn)與鋅生產(chǎn)的相互分離。到80年代，以加壓預(yù)氧化處理來代替焙燒處理，為氰化浸出提供了便利，也使得加壓浸出技術(shù)得到了更進(jìn)一步的發(fā)展。

從國(guó)內(nèi)的發(fā)展情況分析，我國(guó)在加壓濕法冶金技術(shù)的研究方面同樣做出了卓越的貢獻(xiàn)，自20世紀(jì)80年代開始，我國(guó)一直都在進(jìn)行鋅精礦加壓浸出的相關(guān)研究，不過研究?jī)H停留在普通研究所的層面，因此相關(guān)成果并沒有能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。雖然有關(guān)企業(yè)與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的研究院所進(jìn)行了協(xié)商，希望可以引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，但是考慮到費(fèi)用過高，并沒有能夠達(dá)成協(xié)議。在此之后，云南冶金集團(tuán)通過不斷的研究，于20世紀(jì)末在鋅精礦氧壓浸出技術(shù)的研究方面取得了進(jìn)展，并且在2004年建成了一座萬噸級(jí)一段法加壓酸浸示范性工廠。2008年，處理高鐵鋅精礦的2萬噸二段法氧壓酸浸正式投產(chǎn)，使得加壓濕法冶金技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。

作為一門比較新穎的技術(shù)，加壓濕法冶金的出現(xiàn)時(shí)間并不長(zhǎng)，但是由于加壓浸出的特點(diǎn)，對(duì)冶金過程進(jìn)行了強(qiáng)化，精簡(jiǎn)了工藝流程，金屬的回收率更高，回收速度更快，而且成本較小，不會(huì)出現(xiàn)污染問題，因此具有良好的發(fā)展前景。不過也應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，加壓濕法冶金受本身發(fā)展時(shí)間的制約，也存在著許多不完善的地方，需要技術(shù)人員的持續(xù)研究和改進(jìn)。

2 鋅精礦直接氧壓酸浸方案

2.1 鋅冶煉技術(shù)的發(fā)展

從產(chǎn)生至今，鋅冶煉工藝大致可以分為火法和濕法兩種，前者常見于20世紀(jì)前，而后者產(chǎn)生于1916年，由于明顯的優(yōu)勢(shì)，逐漸取代了火法冶煉，成為鋅冶煉的主要方法，產(chǎn)量占據(jù)了世界總產(chǎn)量的80%以上,基本上，新建和擴(kuò)建的鋅冶煉企業(yè)采用的都是濕法冶煉工藝。傳統(tǒng)的濕法煉鋅正式應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中是在20世紀(jì)初，而在不斷的發(fā)展過程中，工藝技術(shù)的進(jìn)步非常明顯。60年代，高溫高酸浸出技術(shù)以及全新的除鐵方法的出現(xiàn)，對(duì)浸出殘?jiān)M(jìn)行了有效處理，在提升鋅回收率的同時(shí)，減少了對(duì)于環(huán)境的污染，也推動(dòng)了工藝技術(shù)的成熟。在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的帶動(dòng)下，傳統(tǒng)的濕法煉鋅技術(shù)正在朝著操作機(jī)械化、生產(chǎn)連續(xù)化、設(shè)備大型化以及管理自動(dòng)化的方向發(fā)展。但是不可否認(rèn)，傳統(tǒng)濕法煉鋅工藝也存在著一定的缺陷，即必須保證鋅的生產(chǎn)與硫酸的生產(chǎn)同時(shí)進(jìn)行，在這種情況下，不僅對(duì)于原料的成分有著非常嚴(yán)格的要求，而且存在著能耗巨大、工藝流程繁瑣以及成本投入大等問題，不易推廣和普及。在這種情況下，在傳統(tǒng)濕法煉鋅工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，也就成為了相關(guān)研究人員重點(diǎn)關(guān)注的問題。

20世紀(jì)70年代，加拿大舍利特·高爾登公司根據(jù)相應(yīng)的研究實(shí)驗(yàn)提出，在氧化氣氛下，結(jié)合加壓酸浸的方式，可以在不需要焙燒的情況下直接實(shí)現(xiàn)鋅精礦的浸出，經(jīng)整理后形成了加壓浸出-凈化-除雜-電積工藝，相比較傳統(tǒng)濕法煉鋅工藝，成本更加低廉。1981年，全球首座加壓浸出工廠投運(yùn)，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，使得鋅加壓冶金技術(shù)得到了持續(xù)完善。

最近十?dāng)?shù)年，芬蘭奧托昆普公司開發(fā)出了一種新的鋅精礦常壓富氧浸出技術(shù)，可以在0.1MPa壓力、90℃～100℃的條件下，結(jié)合充足的氧氣供給，利用廢電解液來實(shí)現(xiàn)鋅精礦的連續(xù)浸出，從理論上分析，這種方法與氧壓浸出沒有不同，利用鐵離子對(duì)氧的傳遞來加速硫化鋅精礦的浸出反應(yīng)，使得硫化物中的硫被還原為元素硫，在實(shí)現(xiàn)硫酸生產(chǎn)與鋅生產(chǎn)相互分離的同時(shí)，也可以使得鋅的浸出率達(dá)到98%以上。事實(shí)上，無論是氧壓浸出還是常壓富氧浸出，都能夠直接對(duì)硫化鋅精礦進(jìn)行處理，而不需要經(jīng)過焙燒脫硫，不會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的環(huán)境污染。相比較而言，氧壓浸出的溫度在壓力更大，反應(yīng)速度也更快，常壓富氧浸出的反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，不過由于能夠在常壓下工作，溫度相對(duì)較低，控制的難度更小，安全性也更高。從目前的發(fā)展情況分析，常壓富氧浸出工藝已經(jīng)在世界范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，在鋅冶煉中發(fā)揮著非常重要的作用。

2.2 氧壓直接酸浸

傳統(tǒng)濕法煉鋅實(shí)際上是在火法冶煉的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，將火法和濕法冶煉工藝融合在一起，分為焙燒、浸出、凈化、電解以及制酸五個(gè)基本流程，主要原理是利用稀硫酸可以溶解氧化鋅和硫酸鋅中的鋅元素，不過在處理過程中，為了減少大氣污染問題，需要預(yù)先做好焙燒脫硫工作，而且必須配備相應(yīng)的制酸系統(tǒng)、煙氣處理系統(tǒng)等，生產(chǎn)工藝繁瑣而且成本較高。

20世紀(jì)70年代以后，加壓濕法冶金技術(shù)在鋅精礦的處理中取得了比較顯著的進(jìn)展，與傳統(tǒng)的濕法煉鋅工藝相比，經(jīng)濟(jì)效益更好。加壓濕法冶金的主要優(yōu)勢(shì)，是將礦物原料中的硫轉(zhuǎn)化為了單質(zhì)硫，實(shí)現(xiàn)了鋅生產(chǎn)與硫酸生產(chǎn)的分離。在加壓浸出的條件下，相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)式為：

不過，在氧離子無法有效傳遞的情況下，上述反應(yīng)非常緩慢，為了提高效率，可以在其中加入鐵離子：

在結(jié)合加壓浸出的方式進(jìn)行鋅精礦的冶煉時(shí)，磁黃鐵礦和鐵閃鋅礦中的鐵會(huì)被溶解，作為氧離子傳遞的介質(zhì)。

氧壓浸出工藝包括一段和二段，一段氧壓浸出主要是利用廢棄的電解液來浸出鋅精礦，初始酸濃度為150g/L，鋅的浸出率能夠達(dá)到98%以上，在反應(yīng)結(jié)束后，殘余溶液的酸濃度仍然能夠達(dá)到40g/L，需要做好中和處理。一般情況下，可以利用殘酸浸出氧化鋅，在中和的同時(shí)提升鋅的產(chǎn)量，常見于傳統(tǒng)濕法煉鋅企業(yè)的擴(kuò)建。二段氧壓浸出中的第一段采用的是低酸浸出，酸的濃度為70～80g/L，殘酸為5～10g/L，鋅的浸出率能夠達(dá)到70%～75%。反應(yīng)得到的浸出殘?jiān)鼤?huì)進(jìn)入到二段氧壓浸出中，將酸的濃度提高到了150g/L。粗硫在經(jīng)過相應(yīng)的處理后，可以形成單質(zhì)硫，浸出液在經(jīng)過酸度調(diào)整后，又可以作為第一段的浸出劑，在這個(gè)環(huán)節(jié)，鋅的浸出率能夠達(dá)到98%以上。

2.3 加壓浸出技術(shù)的發(fā)展

2.3.1 高硅氧化鋅加壓浸出技術(shù)的研究和發(fā)展。高Bs769zE5tTqhz/IgCaAySaG8n9s8qyktnx+rflqF9D4=硅氧化鋅采用常規(guī)的選礦方法難以可靠分離，火法煉鋅技術(shù)雖然可用，但是存在著能耗大污染重的問題，濕法工藝也因此受到了廣泛的關(guān)注。針對(duì)堿性浸出和常壓酸浸工藝中存在的缺陷，在長(zhǎng)期的研究中，提出了一種加壓浸出高硅氧化鋅技術(shù)，在最優(yōu)工藝條件下，鋅的浸出率可以達(dá)到98.5%。2007年，在該技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步開發(fā)出了連續(xù)加壓酸浸處理高硅氧化鋅工藝，并且實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。經(jīng)檢驗(yàn)，該工藝的流程簡(jiǎn)單、反應(yīng)迅速、過程易控，而且能夠?qū)崿F(xiàn)鋅硅的完全分離，浸出液含硅低，不需要額外進(jìn)行處理，具有良好的推廣前景。

2.3.2 硫化鉛鋅混合礦綜合回收工藝的研究。對(duì)于一些較為復(fù)雜的硫化鉛鋅礦，由于選礦流程長(zhǎng)，回收率低等因素的影響，只能產(chǎn)出鉛鋅混合礦。直到20世紀(jì)中期，英國(guó)相關(guān)研究人員提出了ISP法，可以在對(duì)硫化鉛鋅混合礦進(jìn)行處理的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)鉛鋅的生產(chǎn)。不過這種工藝需要用到大量的焦炭，能耗巨大且污染嚴(yán)重，并沒有得到大幅度推廣。在不斷的發(fā)展中，氧壓浸出工藝得到了應(yīng)用，可以從鉛鋅混合礦中直接浸出鋅，通過浮選法回收硫，鉛銀富集到一種渣中，進(jìn)入火法煉鉛系統(tǒng)進(jìn)行冶煉回收，有著良好的應(yīng)用效果。

3 結(jié)語

總而言之，鋅作為一種重要的工業(yè)原料，在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著不容忽視的作用，鋅的生產(chǎn)是基礎(chǔ)性工業(yè)的一部分，應(yīng)該得到足夠的重視，通過持續(xù)的技術(shù)改進(jìn)和創(chuàng)新，在保障鋅產(chǎn)量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、科學(xué)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 李廣，李濤，吳家江.加壓濕法冶金技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2016，42（10）.

[2] 吳遠(yuǎn)桂，丁偉中，郭曙強(qiáng)，等.針鐵礦法除鐵及其在濕法冶金中的應(yīng)用[J].濕法冶金，2014，（2）.

[3] 張春生，劉剛.硫化鋅加壓浸出工藝在濕法冶金中的設(shè)計(jì)應(yīng)用[J].有色金屬設(shè)計(jì)，2009，36（4）.

[4] 王吉坤.加壓濕法冶金金屬在鋅冶煉上的應(yīng)用和發(fā)展[A].全國(guó)有色金屬工業(yè)低碳經(jīng)濟(jì)及冶煉廢氣減排學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C].2010.

[5] 謝鏘，王海北，張邦勝.輝鉬精礦加壓濕法冶金技術(shù)研究進(jìn)展[J].金屬礦山，2014，（1）.

[6] 孫鵬.用加壓氧化法從鉬精礦中浸出鉬的試驗(yàn)研究

[J].濕法冶金，2013，32（1）.

[7] 曾偉民，朱海珍，葉子婕，等.生物濕法冶金技術(shù)回收廢氣線路板中有價(jià)金屬的研究進(jìn)展[J].有色金屬科學(xué)與工程，2013，（1）.

[8] 李桂春，苑仁財(cái).廢印刷電路板機(jī)械回收及濕法冶金技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].濕法冶金，2011，30（4）.

作者簡(jiǎn)介：劉旭升（1975-），男，廣西平南人，南丹縣南方有色金屬有限責(zé)任公司工程師，研究方向：鉛鋅冶金新工藝新技術(shù)。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）