锌湿法冶炼渣处理工艺研究

目前，采用中浸、净化、电积、熔铸的湿法工艺获得的锌约占锌总产量的80%，各工艺的主要不同之处是中浸渣的处理方式。根据处理方式的区别，可分为还原挥发法、热酸浸出法、氧压浸出法三类，其中热酸浸出法又可分为黄钾铁钒法、针铁 矿法、赤铁矿法。 

无论采用何种湿法炼锌工艺，冶炼渣产量均为电锌产量的1.0~1.2倍，其种类主要有浸出渣、铁矾渣、硫渣、针铁矿渣等。根据《国家危险废物名录》 中 HW48（有色金属冶炼废物）的规定，上述渣都 属于危险废物，国家对危险废物的储存执行严格的标准（《危险废物储存污染控制标准》（GB 18597- 2001））。同时，《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》的第五十八条规定，“贮存危险废物必须 采取符合国家环境保护标准的防护措施，并不得超过一年 ；确需延长期限的，必须报经原批准经营许可证的环境保护行政主管部门批准”。因此，随着 环保的日益严苛，锌湿法冶炼渣的无害化处理及零 堆存成为必然。

2 国内火法处理工艺

2.1 回转窑工艺

回转窑工艺，即采用回转窑处理湿法炼锌渣挥发回收锌、铟、铅等有价元素。该工艺成熟，应用 广泛，但回转窑属于转动式冶炼设备，密封性较差， 烟气量大，带走热量多，SO2 浓度低，无法制酸。同时，物料为半熔融状态，挥发性差的金属回收率低，传质传热效果差，一半以上的焦粉没有参加反应直接随窑渣排出，导致煤耗高，处理每吨浸出渣要消耗约 0.5t 焦煤粉。 

2.2 基夫赛特工艺 

基夫赛特炼铅是苏联“全苏有色金属科学研究院”（现为哈萨克斯坦东方有色金属研究院）开发 的一种闪速熔炼技术。2009 年在国内首次引进该 技术于 2013 年投产成功。基夫赛特直接炼铅工艺 具有原料门槛低、元素回收率高、冶炼炉寿命长、高环保低能耗等显著优势。通过不断的研发，长沙有色冶金设计研究院有限公司又开发了“一种搭配处理锌冶炼渣料的直接炼铅方法”，该方法采用基夫赛特炉冶炼 Pb>25% 的低品位炉料，同时大量搭 配处理锌冶炼渣料，氧化脱硫和还原反应在一座炉内完成，直接产出高品位的粗铅产品，金属回收率高。 

2.3 奥斯麦特工艺 

奥斯麦特工艺属于顶部喷吹浸没熔池冶炼技 术。韩国高丽亚铅公司在 1995 年首次采用奥斯麦 特炉处理锌浸出渣和针铁矿渣，产出环保惰性炉渣。该公司配置 2 台奥斯麦特炉专门处理锌浸出渣，一 台作为熔炼炉，另一台作为烟化炉。从烟化炉出来 的渣用高压水喷嘴喷淋冷却，保证水淬渣的粒径， 水淬渣可外售至水泥厂配料。该技术金属回收率高、 自动化程度高，国内于 2013 年引进该技术，成功 投产。2019 年又在另一企业实现了奥斯麦特炉处 理铅精矿搭配氧压浸出渣的投料试生产。 

2.4 烟化吹炼工艺 

烟化炉挥发工艺是利用粉煤燃烧产生大量的热 和一氧化碳气体，使炉内保持较高的温度和一定的 还原气氛，将 ZnFe₂O₄、ZnSO₄ 等物料分解、熔化、 还原、挥发的过程。该工艺的实质是还原挥发过程， 与回转窑处理工艺原理基本相同，不同的是该工艺 在熔融状态下进行，而回转窑挥发法在半熔融状态 下进行。国内某企业采用 2 台烟化炉处理锌浸出渣， 从 2005 年投产至今运行良好。 

2.5 侧吹熔炼工艺 

侧吹炉处理锌浸出渣是将锌浸出渣、还原剂和熔剂按比例进行计量配重，混合均匀后通过输送 设备连续地加入侧吹炉进行熔炼，熔炼温度控制在 1300~1400℃，熔炼产生的含银粗铅或含银冰铜沉入炉缸底部，通过炉缸下沿的排放口排出，熔炼产 生的炉渣进行烟化处理，炉渣中的锌、铟等有价金 属挥发进入烟气。在侧吹过程中，采用碎煤作为还 原剂和燃料，高温下的锌浸出渣处于熔融状态，鼓 入富氧空气使熔池形成强烈搅动，加速传质传热， 还原剂利用率高，产出的 SO2 烟气量相比于回转 窑大幅减少，SO2 可配入沸腾焙烧烟气制酸系统回 收。2019 年，国内某企业采用侧吹炉成功处理 锌浸出渣。

3 国外其它处理工艺

3.1 赤铁矿法工艺 

热酸浸出赤铁矿法由日本同和矿业公司发明， 于 1972 年在秋田锌业饭岛冶炼厂应用。该工艺主 要包括第一段 SO2 还原加压浸出和第二段氧压赤铁 矿法沉铁两个主要步骤。在赤铁矿法沉铁前采用碳 酸钙进行两次预中和，一次脱砷，二次脱铝、铟、 镓等，上述过程产出的渣主要成分见表 1。

 

赤铁矿渣中硫含量 4.57%，硫含量过高会直接 影响赤铁矿的销售。赤铁矿渣中 S 的主要来源有 3 种 ：碱式硫酸铁、铁矾以及不可逆吸附的硫酸根离 子，其中铁矾含硫量占赤铁矿渣中总含硫量 50% 以上。若将赤铁矿渣作为炼铁的原料，冶炼时部分 硫被还原进入生铁，含硫较高的钢在其热加工时 易产生“热脆”，因此入炉原料要求 S 含量 <0.5%。饭岛冶炼厂产出的赤铁矿渣因其含硫高，并未销往 炼铁厂，而是水泥厂。然而随着水泥生料中硫含量 增加，熟料中的硫含量也相应增加。含硫过高的原 料在水泥熟料煅烧过程中可能出现结皮堵塞，或在 回转窑内结圈等现象 ；同时，制备的水泥产品若含 硫量高，会降低水泥强度，增加凝结时间。因此， 赤铁矿渣需经过焙烧脱硫后，才能送往水泥厂。 

3.2 堆存工艺 

3.2.1 芬兰科科拉锌厂 

芬兰科科拉（Kokkola）锌厂采用“转化法”处理锌焙砂，即将高温高酸浸出和沉矾除铁作业在 同一过程中完成，加入沉矾剂，铁由一种固体化合 物铁酸锌转化为另一种固体化合物铁矾。含有黄钾 铁矾的浸出渣经过滤、洗涤、中和后送至渣池。渣 池底部被铁矾渣覆盖，其渗水率约 10-4.20cm/s，为 附近海底沙壤的 1/20，并且在渣池以下 6m 深处另 有类似泥土一样的致密沙层。渣池四周建有渗漏槽， 从渗漏槽和渣池收集的液体净化后再循环或者排 放，使渣池的液面降低，接近于海平面。堤坝高度 根据渣量逐步增加，渣层厚度达到 15m 后即用碎 石和植物覆盖渣池，新铁矾渣送至相邻的区域。渣 池的渗流要求为 0.3m3 / 天 /1m 坝长或 者 6m3 /h，虽 科科拉锌厂靠近一个重要的受保护地下水区域（约 1000m），但未观测到渣池与受保护区有渗流现象。 

3.2.2 加拿大电锌公司 

CEZinc（加拿大电锌公司）采用热酸浸出黄钠铁矾工艺生产，每年生产将近 17.5 万 t 黄钠铁矾 渣，黄钠铁矾渣通过稳定 / 固化工艺处理。处理后 的铁矾渣用卡车运送到堆场，并进一步处理，使渣 转变成为一种环保的惰性材料，可安全存放。这种 工艺的优点是 ：（1）不需要更多的存储池 ；（2）无 重金属泄漏。储存区可长期使用，当储存堆向前移 动后，后面的储存区域即可再植。该工艺 1999 年 在加拿大的 Valleyfield 工厂投产。 

3.2.3 挪威奥达锌厂 

挪威奥达（Odda）锌厂采用热酸浸出黄钾铁矾工艺生产，其早期产出的铁矾渣用管道直接排 放至大海，由于环保的要求越来越严苛，后期产出 的铁矾渣堆存于防渗处理的山洞。

4 能耗比较

综上所述，锌浸出渣处理方案较多，因其处 理量大，处理成本是大型工业化过程中关注的焦 点。以年产 10 万 t 锌的冶炼厂为例，工作制度为 330d×24h，将典型的回转窑和赤铁矿法工艺的能 耗折算为煤耗进行对比，计算的主要参数取值如 下 ：

 

4.1 赤铁矿法工艺 

日本秋田锌业采用 4 台立式反应釜（3 用 1 备）和 3 台卧式反应釜进行赤铁矿法沉铁，1 台立 式反应釜与 1 台卧式反应釜串联成一个单元，三 个单元再并联为一个除铁系统。含铁液在釜外预 热至 70℃，釜内控制温度为 190~195℃，压力为 1.5~1.7MPa。年产 10 万 t 锌的冶炼厂，赤铁矿法 除铁的处理量约为 120m3 /h，设定含铁液在 0.5h 内 由 70℃升温至 190℃，所需热量为 ：

 

       高压釜散热损失取所需热量的0.15倍，蒸汽耗量 ：

 

4.2 回转窑工艺 

4.2.1 回转窑煤耗 

计算依据 ：回转窑采用煤作为热源，浸出渣 含水 25%，环境温度 25℃，回转挥发窑反应温度 控制在 1250℃，干渣∶烟气 =100kg∶250Nm3 ，热 损失为总热量的 20%，煤过量系数 1.2 倍。以处理 100kg 浸出渣（干重）计算的煤耗见表 2。 

 

年产10万t锌的冶炼厂，产出中浸渣约10万t/a，则煤耗 m 煤 1=5.50 万 t/a。

4.2.2 余热回收产蒸汽量：工业上使用的回转窑，产生的高温烟气的热值占入炉热值的 30%~50%，甚至更多，有效利用这部分热值是提高燃料利用率、节约燃料的有效途 径。烟气余热利用的方法主要有余热锅炉回收、汽 化冷却和空气预热等。其中，采用余热锅炉对每小 时处理量为 100kg 干浸出渣的回转窑高温烟气进行 余热利用，不考虑排污和管道泄漏，产出饱和蒸汽 （223℃、2.45MPa）的产气量计算如下。 

 

        则年处理 10 万 t 浸出渣的冶炼厂，产蒸汽量 为 17.53t/h。 

4.2.3 综合煤耗 

通过余热回收利用，减少了燃煤锅炉的煤耗， 产蒸汽量为 17.53t/h 的锅炉，年产汽量为 ：

 

5 结 论

随着我国环保要求越来越严格，几乎所有的锌冶炼渣都被定义为危险固废，必须经过火法处理才能满足环保要求。将典型的回转窑工艺和赤铁矿法的能耗折算为煤耗进行对比，结果表明，年产 10 万 t 锌的冶炼厂，回转窑工艺和赤铁矿法的煤耗分 别为 3.23 万 t/a 和 6.87 万 t/a，赤铁矿法处理的能 耗为回转窑工艺的 2 倍以上。

刘自亮，王宇佳，张岭 

（长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南 长沙  410001