湿法处理火法中间物料可行性研究报告

PAGE1湿法处理火法中间物料可行性研究报告葫芦岛锌厂2000．10目录概述工艺流程选择及原理原理主要技术指标确定主要技术指标对比经济效益分析社会效益分析结论意见湿法处理火法中间物料可行性研究报告概述：葫芦岛锌厂是国家特大型企业，其主要产品有锌、铜和硫酸。在火法炼锌过程中副产的中间物料（如红、白镉尘、高温尘）中含有大量的有价金属（如锌、镉等）。所以必须对其加以回收。该厂现在采用的是硫酸化焙烧——浸出流程来处理火法中间物料，产品为硫酸锌和精镉。其工艺流程简介如下：红、白镉尘H2SO4高温尘酸化焙烧H2S、SO2等浸出排空上清液浸出渣净化过滤干燥上清液渣铅泥一次置换固化炼铅上清液海绵镉二次置换生产精镉上清液渣生产硫酸锌生产铊图1四冶炼厂现有工艺流程图该流程技术成熟，生产稳定，锌、镉浸出率较高，但存在一个致命的缺点，即酸化焙烧工序产出的烟气中含有大量的H2S、S、SO2和水蒸汽，环境污染严重。酸化焙烧工序就是将火法中间物料与浓硫酸按1：0.8的比例混合，经圆盘制粒后，在回转窑内进行硫酸化焙烧，使其中的有价金属变成硫酸盐。该过程的主要化学反应为：MeS+H2SO4=MeSO4+H2S↑(1—1)MeS+2H2SO4=MeSO4+0.5S2+SO2↑+2H2O↑(1—2)MeO+H2SO4=MeSO4+H2O↑（1—3）2H2SO4=2SO2↑+O2↑+2H2O↑（1—4）从反应方程式可以看出，该工艺烟气中含有大量的H2S、S、SO2和水蒸汽。目前每天处理16吨物料，直接排放的烟气量达到2000Nm3/h，其中S5Kg/h，SO2110Kg/h，H2S4.2Kg/h，尘10Kg/h，H2SO40.3Kg/h，水蒸汽10Kg/h等。这不仅造成严重的环境污染，恶化了工人的劳动条件及周围居民的生存环境，而且在排放中产生的硫磺堵塞管道，造成局部受阻，设备严重腐蚀等一系列问题。因此，对现有的工艺进行技术改造是势在必行的。二、工艺流程的选择及原理：2、1原料特点：红白镉尘是经过两次焙烧得到的烟尘。两次焙烧的目的都是尽量脱除矿物中的镉和铅，为火法炼锌提供合格的焙砂。铅、镉的硫化物在高温下有很大的挥发性。在995℃下，硫化铅和硫化镉已显著挥发，而硫化锌在1178℃下才开始挥发，这就表明，在物料焙烧时，铅、镉等硫化物优先挥发，在烟尘中得到富集。另外，当硫化锌的焙烧温度高于550℃且有三氧化二铁存在时，氧化锌和三氧化二铁形成铁酸锌。随着焙烧温度的提高，铁酸锌的形成会增加。因而，硫化锌精矿在1000℃的条件下进行焙烧时，铁酸锌的形成是不可避免的，而且有部分铁酸锌进入烟尘中。由以上分析可知，烟尘组成除了氧化锌外其余主要是挥发性较大的锌、镉、铅的硫化物以及铁酸锌。根据重量，按白镉尘：红镉尘=1：2的比例混合所得的混合尘进行X射线分析，结果如下：表1、红白镉尘X射线衍射分析结果试样名称物相组成红白镉尘ZnOPbSZnSCdSZnO.Fe2O3PbOPbSO4另外，对该混合尘的筛分分析结果表明，物料较细，—200目占95%以上。2、2工艺流程的选择由于火法中间物料较细，红白镉尘适合采用湿法工艺处理，如采用火法工艺处理，则必然造成物料的飞扬损失和环境污染。从原料的物相组成可以看出，红白镉尘成分复杂，既含有容易浸出的氧化锌，又含有较难浸出的铁酸锌和硫化物，原料物相组成的特点是还原性物质硫化物和氧化性物质铁酸锌共存，这种物相组成特点是采用自身氧化浸出技术可利用的条件。根据上述原料特点，兼顾现有工艺流程的具体情况，本研究现采用两段浸出的全湿法工艺来处理火法中间物料。工艺流程图如下：混合尘H2SO4中性浸出中浸液中浸渣H2SO4针铁矿除铁高温高酸浸出除铁后液铁渣酸浸液酸浸渣部分返回除镉后生产硫酸锌铁渣处理水洗渣洗液干燥铅泥2、3反应原理：流程中的中性浸出目的主要是使物料中的氧化锌溶解：ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O(1)中浸后液采用针铁矿矿法除铁：2FeSO4+ZnO+1/2O2+H2O=2ZnSO4+2FeOOH↓(2)除铁后液经净化后去生产硫酸锌。热酸浸出的主要目的是使中浸渣和预中和渣中的铁酸锌和硫化物溶解。该过程包括三个类型化学反应：铁酸锌和硫化物直接溶解：ZnFe2O4+4H2SO4=ZnSO4+Fe2(SO4)3+4H2O(3)MeS+H2SO4=MeSO4+H2S(4)H2S+1/2O2=S0+H2O(5)MeS+H2SO4+1/2O2=MeSO4+S0+H2O(6)加入的铁渣溶解2FeOOH+3H2SO4=Fe2(SO4)3+4H2O(7)2Fe(OH)3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+6H2O(8)（3）：（7）：（8）三个反应产生的硫酸高铁使硫化物氧化溶解。MeS+Fe2(SO4)3=MeSO+2FeSO4+S0(9)式中Me代表Zn、Cd、Pb。如果镉尘中的铁不够按反应（9）MeS氧化的需要，则在第二段热酸浸出过程中加入一定量的二氧化锰作为补充氧化剂，在水溶液中用MnO2氧化MeS的过程为固——固反应，速度缓慢，但可通过反应（9）产生的Fe2+的催化作用使其加速：MnO2+4H++2Fe2+=Mn2++2Fe3++2H2O(10)2Fe3++MeS=Me2++2Fe2++S0(11)三、主要技术指标的确定：参照国内外工厂采用高温、高酸两段浸出的实际运行参数，先初步确定试验的主要技术指标，在试验过程中再修改，最终找出适合湿法处理火法中间物料的技术指标。中性浸出：温度80～85℃始酸100g/l时间2小时液:固4:1热酸浸出：温度90～95℃始酸180g/l时间3小时液:固4:1水洗：温度70℃液:固4:1时间1小时渣含锌<7%渣含镉<1.5%Zn+Cd浸出率>92%渣率<35%四、技术指标对比：4、1渣含锌是一个非常重要的技术指标。原工艺的渣含锌在7%～8%范围内，新工艺渣含锌在5%左右，平均比原工艺降低两个百分点，按年处理8000吨料计算，每年可多回收锌量：8000×32%×2%=51吨，渣含镉与原流程基本相当。4、2浸出率是衡量浸出效果好坏的技术指标。原工艺锌、镉浸出率为90%，新工艺锌、镉浸出率为92%。4、3蒸汽单耗：原工艺蒸汽单耗为1.028t/t，新工艺为1.2t/t，这是因为新工艺在第二阶段浸出采用的是高温（90～95℃）高酸浸出，蒸汽耗量大。4、4煤气单耗：原工艺采用酸化窑进行焙烧，煤气单耗为0.3t/t，而新工艺由于砍掉了酸化窑，故煤气单耗为0。五、经济效益分析：本项目总投资为400万元，其中银行贷款200万元，自筹100万元，拨款100万元。5、1因将酸化窑工序彻底去掉，节省煤气单耗0.3t煤/吨料，可节约3×8000吨/年×300元/吨煤=72万元/年5、2新工艺采用高温浸出，需多耗蒸汽（1.2—1.028）×8000吨/年×50元/吨蒸汽=6.88万元/年5、3新工艺降低了渣含锌，每年可多回收锌52吨，按每吨10，000元计，可创效益52万元。总年创效：72+52—6.88=117.12万元投资回收期：400/117.12=3.42年六、社会效益分析：新工艺的投产运行将使有害烟气排放得到彻底根治，生产厂房中区的一大公害不再存在；工人劳动环境得到改善，减少了烟尘对设备的腐蚀，延长了设备寿命，减少了管路堵塞，降低了检修维护费用。七、结论意见：1、全湿法处理火法中间物料的流