3.3 锌冶炼

3.3.2  本条对锌冶炼工艺流程的选择作出规定。

    1  锌冶炼的原料主要是硫化锌精矿、硫化铅锌混合精矿及其他含锌原料。原料的组成是决定采用何种冶炼工艺的关键因素，锌的生产方法有火法炼锌和湿法炼锌，铅锌混合精矿(锌加铅含量合计大于50％，锌铅比为2：1)应采用火法冶炼工艺，硫化锌精矿应采用湿法冶炼工艺。

    2  火法炼锌有蒸馏法炼锌和鼓风炉炼锌，而蒸馏法炼锌又分为平罐蒸馏、竖罐蒸馏、电阻炉蒸馏和矿热电炉蒸馏，由于蒸馏法炼锌工艺落后、污染严重、能耗高、产能低，现在已被淘汰。鼓风炉炼锌又称帝国熔炼法(Imperial Smelting Process)，简称ISP法，20世纪50年代英国第一台ISP炉投产运转以来，经过半个世纪的生产总结与创新研究，取得了很大成绩与发展，鼓风炉炼锌是目前世界上最主要的、几乎是唯一的火法炼锌方法，ISP法适于处理难选的混合铅锌硫化精矿，该法在世界产锌总量中占12％左右，我国相继在韶关冶炼厂和葫芦岛锌厂共建成投产了5套ISP炼锌装置。

    3  湿法炼锌是锌冶炼的主流工艺，其产量占世界锌总产量的80％以上。湿法炼锌的原料主要为硫化锌精矿，经焙烧后产出的焙烧料，进一步进行浸出、净液、电解沉积而产出产品阴极锌片。可供选择的工艺流程如下：

        1)常规(传统)法。由于常规法采用的浸出温度和浸出终点酸度都较低，不足以使焙烧料中呈铁酸锌形态的锌溶解，因此产出的锌浸出渣含锌在20％左右，大多采用火法处理，不属于湿法炼锌的范畴，故称为无浸出渣处理的湿法炼锌工艺。该方法优点为：火法处理产出的窑渣或炉渣在自然环境中较为稳定，便于堆存，对环保有利。且铟、锗等稀散金属富集在烟尘中，有利于综合回收。缺点为：燃料还原剂和耐火材料消耗大、作业环境差、劳动条件恶劣。

        2)热酸处理浸出渣的全湿法工艺流程又称为有浸出渣处理的湿法炼锌工艺。其特点是强化了浸出过程，热酸浸出的温度为85℃～95℃，浸出终酸为60g/L～100g/L硫酸，可使铁酸锌分解，明显提高了锌、铜、钴等有价金属的浸出率，降低了产出酸浸渣率，仅为焙烧料的8％～12％。热酸处理所得浸出液中含有大量铁，根据除铁方法的不同，热酸处理浸出渣的全湿法工艺流程有如下几种：

    热酸浸出-黄钾铁矾法。铁呈黄钾铁矾复盐结晶形态除去。其优点为：沉铁时析出酸很少，因此中和剂耗量少，流程简单易于掌握。缺点为：需要沉矾剂，钠离子、钾离子或氨离子等稀散金属有部分进入矾渣中，不利于综合回收。

    热酸浸出-针铁矿法。铁呈α-针铁矿结晶形态除去。其优点为：渣含铁量高，渣量较小，约为黄钾铁矾法的60％，不需消耗碱试剂，对回收稀散金属有利。其缺点为：工艺流程较复杂，需增加一道还原工序，还需要还原剂，过程中酸不能平衡，需设置专门的中和设施。

    高压浸出-赤铁矿法。铁渣呈α-赤铁矿形态除去。其优点为：渣含铁高，渣量最小，约为黄钾铁矾法的50％。渣经焙烧脱硫后，有可能作为炼铁原料，实现“无废渣”冶炼，原料的综合利用好，金属回收率高。其缺点为：工艺较复杂，要求耐高温、高压的防腐材料，投资费用高。

    热酸浸出-喷淋除铁法。铁渣主要为含结晶水三氧化二铁。其优点为：工艺流程简单，操作方便，对原料适应性强，不需碱试剂，不需还原，不需高温、高压等过程。其缺点为：锌回收率较低，渣含锌较高。

    3)硫化锌精矿的直接浸出(加压氧浸或富氧直接浸出)。其优点为：可取消焙烧、制酸系统，不产生二氧化硫废气，对环境有利，产出元素硫便于运输和贮存，对原料适应性强。其缺点为：对工艺、材料、设备、仪表控制要求较高，需具有较高的技术、操作水平。目前在我国尚属起步阶段。

3.3.3  综合能耗指标的确定主要根据国内锌冶炼企业产品能耗情况的调查以及参照现行国家标准《锌冶炼企业单位产品能源消耗限额》GB 21249的三级能耗指标。

    现行国家标准《锌冶炼企业产品能耗消耗限额》GB 21249-2007的有关指标摘录于表8。

表8  锌冶炼企业单位产品能耗限额

    表中“先进值”是世界先进水平，“新建准入值”是根据国家发展和改革委员会2007年第13号公告《锌冶炼行业准入条件》规定的新建企业必须达到的能耗指标。本规范综合能耗指标的确定是以“先进值”作为一级能耗指标的参考值，以“新建准入值”作为三级能耗指标的参考值。

    鉴于湿法炼锌可分支出不同的工艺流程，故本规范分别列出浸出、净化、电积各工序单位综合能耗指标。

3.3.4  本条对火法炼锌应采取的节能措施作出规定。

    1  目前普遍使用带式烧结机进行鼓风返烟烧结，产出的热烧结块配合热焦炭、热风入鼓风炉是ISP法的突出特点。铅锌混合精矿的烧结焙烧是强氧化过程，需要大量空气参与反应，采用富氧鼓风烧结有利于节能和环保。富氧浓度宜控制在23％～24％。

    2  充分利用低热值煤气，由鼓风炉排出的炉气经洗涤后，含尘为20mg/m3～100mg/m³，热值为26.3MJ/m3～29.3MJ/m³，煤气的主要成分是一氧化碳22％～25％，二氧化碳10％～12％，氢1％、氮64％。煤气被用于热风炉和焦炭预热器等热容量较大且连续使用的地方及其他用途，热风温度可提高到1150℃～1160℃，焦炭预热至800℃，可有效地降低能耗。以韶关冶炼厂为例，利用总量达100km³/h，全年可节能6.5万吨标准煤。

    3  空气湿度随地区和季节而变化，在高湿度季节其空气含水量更多，湿空气中的水在炉内蒸发要消耗热能，若对空气(鼓风)预先进行脱湿，可以减少焦炭消耗。根据日本八户炼锌厂的经验，采用含浸氯化锂的活性炭作脱湿剂，每从空气中脱去1t水，可以节省焦炭约900kg。

    4  在鼓风炉风口喷入粉焦，目的在于降低优质块焦的用量，此项技术的采用在日本八户炼锌厂已有过多年历史，现已被广泛采用。

    5  1971年大塔盘首次出现在日本八户炼锌厂，锌精炼过程是冶炼厂能量消耗的重要组成部分，一般精炼的能耗占锌单位产品能耗的35％～40％。为了得到较高的热效率和生产率，日本八户炼锌厂设计了大塔盘，尺寸为1372mm(长)×762mm(宽)，塔盘寿命达31个月，燃料消耗降低了9.5％。韶关冶炼厂设计采用大塔盘1370mm(长)×760mm(宽)取代了小塔盘1260mm(长)×620mm(宽)，炉子的热稳定性好，使用寿命延长，一个系统年节能1.18万吨标准煤，并提高产率25％以上。

    6  为了分离铅和锌，要将循环铅液的温度从530℃～570℃降到430℃～440℃，通常用水冷却，要消耗大量水及水循环系统耗能，而铅液循环量是锌产出量的400倍以上，若充分利用潜热价值将会带来可观的节能效率。日本八户炼锌厂已成功开发了利用冷凝器循环铅液的潜热技术，在冷却器流槽上设置余热锅炉用于余热发电。这项节能技术已引起世界同行业的关注，我国至今还未应用，应肯定这项技术的前景，预计我国5套ISP工厂如果照此利用，可节能标准煤140kt/a。

    7  烟化炉是处理ISP炉渣以回收其中铅、锌、锗等有价金属的设备，以前是全水套烟化炉，现在设计为“烟化炉-余热锅炉”一体化装置，可产出中压蒸汽和低压蒸汽，烟气余热回收率达到70％以上，以韶关冶炼厂一个系统为例，余热利用产出中压蒸汽按6t/h计，回收的能量约为1.35万吨标准煤/年。

3.3.5  本条对湿法炼锌应采取的节能措施作出规定。

    1  大型焙烧炉在锌精矿流态化焙烧过程中会产出的高温烟气蕴含大量热能，回收烟气中的余热是重要的节能措施。设置余热锅炉产出的中压蒸汽可供发电或生产、生活用汽。根据国家发展和改革委员会2007年第13号公告《锌冶炼行业准入条件》，焙烧炉烟气必须有余热回收节能设施。故本款为强制性条款，必须严格执行。

    2  本款对浸出及溶液净化作出规定。

        1)焙砂浸出、溶液净化主要能耗为蒸汽，其次为水、电，降低蒸汽、水、电的消耗为关键。节能主要措施为：浸出、净化工序宜采用连续化生产，搅拌宜采用机械搅拌，取代以往的巴秋卡空气搅拌槽，以降低动力能耗。浸出、净化设备宜采用大型化，其有效容积大于或等于100m3，浓密机应采用直径大于或等于21m3的大型高效浓密机。

        2)溶液或料浆的加热宜采用大型高效换热器连续加热。取代以往的直接蒸汽间断加热，以降低蒸汽耗量。换热器产出的冷凝水应充分利用，可作为浆化、洗涤滤渣或滤布等，换热器宜采用螺旋板式以提高传热效率，传热面积应大于或等于60m²，同时应加强散热设备的保温措施，尽量减少热损失。

        3)料浆的过滤宜选用高效节能的大型过滤设备，对一般无有害气体物料的过滤尽可能采用大型厢式压滤机，为降低渣的含液量，可选用带隔膜的厢式压滤机。生产实践证明，厢式压滤机运行所需的能耗最小，劳动人员虽稍有增加，但可采用自动化程序控制的产品，能大大减轻操作人员的劳动强度。本项规定不推荐水平带式过滤机，因该设备能耗很高，占地面积大，所得滤渣含液量较高，虽然滤渣可逆流洗涤，渣含锌或其他有价金属含量可降低，但对湿法炼锌而言，仍然得不偿失。如过滤物料含有毒元素则可采用管式过滤器。厢式压滤机面积宜大于或等于100m2/台。

        4)对料液的输送应选用高效节能的新型泵与电动机，对溶液可选用超高分子聚乙烯制作的工程塑料泵，对矿浆宜选用合金泵。对大型输送泵宜采用变频调速电机，以利于生产运行并降低电耗。

        5)净化后液需进行冷却使钙、镁结晶析出除去，溶液冷却应选用高效节能冷却塔，冷却面积应大于50m2/台，不宜采用真空蒸发器，因真空蒸发的能耗高，造价高，对生产操作也不利，而空气冷却塔的能耗可大大降低，仅为真空蒸发器的15％左右，且造价也低，操作简单又方便。

        6)生产运行稳定是节能的重要保证，应提高过程自动检测监控水平，避免生产中的“跑冒滴漏”，加强能源等计量设备的选型和设计，提高计量的准确率。

        7)采用浆化洗涤，降低洗渣用水量；对车间地面宜采用拖把清扫，忌用水管冲洗；生产中产生的废水，尽可能返回生产系统使用，提高水的重复利用率。

    3  本款对锌电解沉积作出规定。

        1)电流效率是湿法炼锌工业生产重要的技术经济指标之一，我国锌电积电流效率一般在88％～89％，有的企业达90％。根据2000年世界各国炼锌厂的调查统计，波动在89％～92％之间，本规范规定电流效率不应低于90％，只要措施适当是可以达到的。

     提高锌电积电流效率应选择适宜的废电解液酸锌比，可适当提高废电解液硫酸浓度至160g/L～170g/L，降低锌浓度至45g/L～50g/L，即保持废电解液酸锌比在(3.2～3.6)：1之间，并应选择适宜的电流密度。高电流密度可提高生产效率，减少电解槽数量，缩小厂房面积，但电流密度过高会使槽电压升高，电能消耗增加。此外，随着电流密度的提高，氢的超电压增大，理论上对提高电流效率有利。但在实际生产中，电流密度升高过度，电流效率反而降低，这是因为当提高电流密度时，要求向电解槽中补加硫酸锌的速度加快、加大，同时要保证电解液的冷却，由于生产中满足不了上述要求，电流效率则会下降。近年来国内外对用电高峰和低谷时的电价制订了不同的价格，高峰和低谷时的电价相差很大，因此在生产运行时，白天(用电高峰)与夜间(用电低谷)的电流密度变化很大。国内新建锌电积车间白天电流密度宜采用350A/m²～400A/m²，夜间宜采用500A/m²～550A/m²，平均电流密度宜为430A/m2～450A/m2。

    电解槽设计安装时，应与支承梁绝缘。槽体与楼板之间应有100mm左右的空隙，新液溜槽和废电解液溜槽底部应采用胶板或耐酸瓷砖与支承构件绝缘，避免漏电并确保生产安全。

    应设置有效的极板短路检测装置，可采用红外线扫描等措施，及时反馈至仪表室并发出短路极板的声光信号。

        2)锌电解槽电压与电解槽的结构形式等有关，宜控制在3.3V～3.4V，槽电压的高低与电能消耗直接有关，要降低电能消耗，必须降低槽电压，降低槽电压宜采取以下措施：

    选择适宜的电解液温度，提高锌电解液温度，可提高电解液导电性，降低槽电压，但温度升高又会使氢的超电压降低，加剧杂质的危害及析出锌的反溶，因此需选择适宜的电解液温度，生产实践表明，电解液温度宜控制在38℃～42℃。

    选用接触良好、便于清垢的导电接触方式，尽可能降低导电头在接触点上的接触电压降。由于在生产中导电头数量巨大，对节约电能消耗意义重大，在设计操作中，务必使各接触点导电良好。

     应采用适宜的电解液循环量和循环方式，减少浓差极化及分层现象。电解液循环量过小，会造成浓度极化及分层现象；反之，循环量过大，使阳极泥泛起，影响析出阴极片的质量，并增大电解液输送泵的电耗。电解液循环量与电解槽规格、阴极板面积、电流强度有关，电解液循环方式一般采用上进下出较为适宜。

    电解槽的同极中心距宜尽可能缩短，缩短同极中心距可降低槽电压，减少电能消耗。根据数据测量，缩短同极距1cm，可节电60kW·h/t锌，但极距过小易产生短路。同极中心距与极板的规格有关，当采用1.6m2的阴极板时，同极中心距宜采用75mm，当采用3.2m2的阴极板时，同极中心距宜增至90mm。

    适度控制添加剂加入量。电解时，为了改善析出锌的表面结构，需加入骨胶，但根据实际经验，骨胶加入量过大，会使析出锌片发脆，同时电解液电阻升高，槽电压也随之升高，导致电能消耗增大，因此需适度控制骨胶的加入量，一般为0.3kg/t～0.5kg/t析出锌较为适宜。

    选用适宜的阳极材料和制作方法。国内外对锌电积的阳极材料进行了大量的研究和实验工作。如采用铅-银-钙三元合金阳极，可提高电流效率1％左右，降低槽电压20mV～30mV，降低电耗30kW·h/t锌～50kW·h/t锌，又如采用铅-钙-锶-银四元合金阳极，可提高电流效率0.5％左右，降低槽电压30mV～100mV，可节省电耗50kW·h/t锌～100kW·h/t锌，但由于制作时较难控制生产技术条件，又因其极板强度大、硬度高、使用过程中难以平整和校直等，因此未得到推广采用，目前仍以铅-银合金阳极为宜。制作方法有浇铸和轧制两种，各有所长，轧制阳极结构较浇铸阳极致密，使用寿命较浇铸阳极长，但制作过程较浇铸阳极复杂。

        3)高效节能的整流设备由电力专业配合选型。