氧压浸出锌冶炼硫回收浮选工艺探讨

2021-01-05胡立

中国金属通报 2020年17期

胡立

（深圳市中金岭南有色金属股份有限公司丹霞冶炼厂，广东韶关 512300）

随着人们对生产环境的重视及环保意识的提高，绿色、环保的生产理念越来越深入人心，人们对于化工生产工艺的应用提出了较高要求，在生产实践中选择效率高、效益优及环境友好的化工工艺成为现代工业生产主要要求之一，而随着科技的进步及材料的配套研发，也为新工艺的应用提供很好的硬件支撑。就锌氧压浸出工艺而言，其属于全湿法炼锌工艺流程，在锌冶炼过程中通过采用密闭的加压釜，直接在釜内加入稀硫酸、氧气及锌精矿，在合适的温度、氧压和反应时间等条件下，该工艺会直接产生硫酸锌溶液，此时矿物中的硫、铅等物质会继续残留在残渣中。硫酸锌溶液通过净化后送电解工序进行锌电积及熔铸得到产品锌锭，浸出渣进行冷却、浮选、过滤、熔硫热滤进行硫元素的回收；由于此工艺不经过焙烧产出二氧化硫，不仅减少二氧化硫的污染和制酸工艺的繁琐，而且产出的产品为片状固体单质硫磺，利于储存及销售，大幅度提升了生产效率及工艺的安全、环保性。

1 氧压浸出锌冶炼硫回收浮选工艺概况

氧压浸出工艺过程主要是备料、浸出、闪蒸、调质冷却及硫回收等工序，在经过锌氧压浸出后，浸出渣中会聚集较多的硫磺单质。在硫回收浮选工艺中，这些浸出渣主要充当工艺原料，通过风冷设施对浸出渣进行冷却后，在浸出渣泵的作用下，浸出渣会被输送到浮选槽中。氧浸渣首先进入粗浮选槽，从粗浮选槽出来的粗硫精矿溢流入精浮选槽；粗浮选尾矿流回尾选槽即扫选槽。精浮选槽浮选出来的精硫精矿流入硫精矿贮槽，再由泵送至硫精矿带式过滤机或真空带式过滤机进行过滤；精浮选槽浮选出来的尾矿流至粗浮选槽。针对精选槽、扫选槽流程的产物，进行精选底流、扫选泡沫层操作，随后，剩余物质再次进入粗选系统进行循环[1]。尾选槽浮选出来的氧化尾渣即铅银渣自流至浮选尾矿贮槽再泵入浮选尾矿浓密机进行液固分离；尾选槽浮选出来的粗硫精矿溢流至粗浮选槽。浮选尾矿浓密池溢流出来的上清液返回系统使用，浓密底流泵入厢式压滤机进行过虑、洗涤后得铅银渣进行外售。

从浮选结果来看，氧压浸出锌冶炼硫回收浮选工艺下的产品包含两种形态，即硫精矿和尾矿渣。就硫精矿而言，可采用带式过滤机对其进行除水处理，随后在干燥机的作用下实现二次脱水。当硫精矿处于干燥状态时，通过皮带传输机将其输送到旋流器中，随机进行加热融化处理。将融化后的硫精矿储存在粗硫池，同时在硫精矿泵的作用下，将已经熔融的硫精矿输送到热过滤机，实现循环过滤处理。采用精硫池存储完成过滤的硫磺，并通过硫磺造粒机完成精硫磺制粒处理，最终将成品硫磺打包，然后存储于硫磺仓库。氧压浸出锌冶炼硫回收浮选工艺流程如图1所示。

图1 氧压浸出锌冶炼硫回收浮选工艺流程

2 硫回收浮选工艺过程分析

2.1 硫回收浮选工艺原理分析

浮选过程矿物的浮沉是一个复杂的问题，必须对空气（气相）、水或水溶液（液相）、矿物（固相）的组成及它们之间的各种关系进行深入的研究。在这里，我们把气泡和水的交界面叫气——液界面，气泡和矿物的交界面叫气——固界面，矿物和水的交界面叫固—液界面。浮选中的气相（空气）含有78%的氮气、21%的氧气等，氧气对矿物和药剂是氧化剂，因为新鲜的硫化矿表面其实是亲水的，吸附氧气初步氧化后，疏水性增大，但是如果长期与氧气接触，其表面硫化物氧化成硫酸盐或氧化物，则亲水性增大，可浮性下降。浮选中的液相指水溶液，包括水、少量的矿物盐类和浮选药剂，水分子有极性，水中矿物盐类含量视不同水质而变化。

硫浮选是利用硫精矿中元素硫的疏水性及铅、银、铁和汞等混合物的亲水性进行分离，在压缩空气的鼓入过程中，因硫具有疏水性，其可浮性较好；而铅银混合物具有亲水性，因此其可浮性差，最终实现硫与其他杂质的分离目的。现代锌氧压浸出工业生产中，为了减少硫包裹锌精矿，需加入一定的分散剂来提高锌浸出率，这样能减少硫磺单质对未反应完全的硫化物包裹，提升后期硫单质回收的效率与质量[2]。

2.2 浸出渣物料的成分分析

浸出渣物料成分分析包含了浸出渣物料物象分析和物料成分化验两个层面[3]。

就对浸出渣物料进行物相分析而言，在氧压浸工艺后，浸出渣物料固相包含金属矿物质、非金属矿物质和硫磺单质三种固相形式。其中，金属矿物质包含钠黄铁矾、铅铁矾、菱铅矾、硫酸铅等物质，而在非金属矿物质中，其不仅包含云母、石英、高岭土等物质，而且涉及重晶石、方解石两种成分。此外，浸出渣物料包含了水和硫酸盐溶液两种液相。

对浸出渣物料成分进行化验，所得结果如表2所示。

强化原料物料的成分管理，能进一步提升化工工艺应用精度。结合本研究物料成分化验数据可知，在浸出渣物料成中，含量最多的物质为硫单质，在金属矿物质中，成分含量从高到低依次为Fe、Zn、Pb，而就非金属物质而言，SiO2的含量最高，约为7.42%。

3 氧压浸出锌冶炼硫回收浮选工艺的主要影响因素

3.1 物料粒度因素

物料粒度是影响浮选生产最直接的因素。当粒度过小时，物料的比表面积会相对增大，此时在不同矿物质凝聚过程中，粒度较细的物质容易附着在粗粒物质的表面，制约了浮选工艺I的正常进行。而当粒度过大时，物料在伴随气泡上浮过程中，极易发生破碎现象，破碎后的物质会再次在物料中沉积，影响了浮选的效率。

3.2 矿浆浓度因素

作为可控性加强的一个影响因素，矿浆浓度也会对氧压浸出锌冶炼硫回收浮选工艺造成一定影响。从浮选过程来看，硫磺单质在物料中的分散度具有差异性，受其影响，其在气泡上的附着率也有一定差异。当浓度过大时，携带硫磺单之上浮的气泡会发生破灭；而当浓度过小时，硫磺单质的整体附着效率会有所降低，同时流动性会有所增大，此时浮选的时间会有所延长。研究表明：在氧压浸出锌冶炼硫回收浮选过程中，浮选含硫量会随着浓度的增加而出现先上升后下降的变化趋势（见图3）。

由图3可知，当矿浆浓度低于1.4kg/L时，浮选含硫量会持续上升，而当矿浆浓度超过1.4kg/L时，其浮选含硫量会逐渐下降。基于此，在氧压浸出锌冶炼硫回收浮选工艺应用中，应尽可能地将矿浆浓度调整在1.4kg/L左右。需注意的是，针对矿浆浓度的调整，还应注重物料成分、浮选搅拌、浮选槽配置等要素的系统把控。

3.3 鼓风量和搅拌强度因素

鼓风量和搅拌强度对于浮选工艺的应用具有较大影响。从作用过程来看，这两个因素主要影响着气泡的形成速率及泡沫的上升速率。在这两个因素控制中，应注重矿粒强度、矿浆密度、假定罩盖系数、矿粒密度等要素的系统把控。然后在考虑最小气泡大小的基础上，对搅拌强度和鼓风量进行优化调整。

3.4 浮选温度和PH因素

要进一步提升氧压浸出锌冶炼硫回收浮选工艺应用效率，在实际浮选中，还应注重浮选温度和PH两个因子的系统管控。在氧压浸出工艺中，浸出渣的温度相对较高，对此应在冷却器的支撑下，对其进行降温处理。要求降温后浸出渣温度、进入浮选槽后温度应分别保持在65℃和60℃左右。在实际浮选过程中，由于未曾使用捕收剂、起泡剂、抑制剂等添加剂，故而不考虑温度与添加剂的关系。需注意的是，在不同温度下，矿物质的表面能会发生变化，如对于氧化矿而言，温度的变化可提供水解成难溶性物质的条件，基于这一特征，有必要在浮选过程中进行温度控制。就pH值影响效果来看，不论溶液是酸性还是碱性，氧化矿的分解过程都会受到影响，这是因为PH会对矿物质电位产生作用，因此还应在矿物质成分分析的同时，进行pH值的有效调整。