摘要：针对湿法炼锌系统中镁离子累积导致生产效率下降的技术难题，汉中锌业公司开发并工业化应用了CaO中和降镁工艺。该工艺通过控制中和终点pH值为6～7，促使溶液中Zn2+水解生成Zn(OH)2沉淀；经压滤分离后，含Zn(OH)2压滤渣采用沉铁压滤液浆化，返回沉铁工序替代焙砂参与成矾反应以实现锌回收，而Mg2+则留存于压滤液中外排至废水处理系统，成功达成镁离子的系统开路。工业应用结果表明，系统Mg2+浓度从31.39g/l降至23.37g/l，降幅达25.55%；吨锌直流电耗降低140kW·h，日均产能提升18%。该工艺与现有生产流程实现有机融合，且成本低廉，但应用中存在钙盐积累、管道结垢及渣量增加等问题。未来，可通过进一步优化工艺参数，有望提升该技术的综合效能。

　　关键词：CaO中和；镁离子开路；资源回收；能耗优化

　　至设备损坏；五是Mg2+浓度升高会稀释Zn2+浓度，需增加溶液循环量，加重生产线运行负荷。因此，降低系统内Mg2+含量是保障生产稳定、提升效益的关键，技术攻关需求迫切。

　　为解决该难题，汉中锌业试验研究小组于2014年9月启动CaO中和降镁工艺试验。小型试验获阶段性成功并优化工艺参数后，研究转入工业试验阶段。依托车间闲置设施优化改造，该工艺成功与现有主体冶炼工艺融合，实现工业化稳定运行。此举措不仅高效达成降镁目标，构建了Mg2+高效开路通道，从根本上解决了Mg2+富集难题，也为国内同类型锌冶炼企业工艺升级、提质增效提供了可行的实践经验与技术参考。

　　基于上述背景与实践基础，本文围绕CaO中和降镁工艺系统探讨，将从国内外降镁工艺研究现状、工艺原理、工业化应用实践及研究总结与未来展望四方面详细阐述。

　　湿法炼锌是锌冶炼主流工艺，笔者所在汉中锌业亦采用该工艺。受企业自身用水水体硬度偏高及高镁原料持续投入影响，生产系统内Mg2+持续富集，且因缺乏高效脱除技术，其含量长期居高不下。公司某电锌车间2014年10月至2015年10月监测数据显示，电解液中Mg2+含量长期波动在33g/l左右，远高于行业平均水平。

　　相关资料表明，电解液中Mg2+含量超20g/l时，会显著增大体系黏度、比重及电阻，引发多重生产问题：一是电积工序中，槽电压升高增加电耗，局部电阻异常易致短路，还会加剧阴极析氢副反应降低电流效率；二是液固分离工序难度加大，分离效率下降；三是净化工序中高浓度镁盐抑制锌粉活性，增加锌粉消耗与生产成本；四是溶液输送中，Mg2+易在管道、设备壁形成结晶，引发堵塞甚

　　1国内外降镁工艺技术研究现状

　　1.1国外工艺技术

　　针对高含镁锌精矿，在焙烧工序前采用酸洗脱镁预处理工艺。利用稀酸溶液与锌精矿混合反应，使矿中镁组分转化为可溶性硫酸镁进入液相，经固液过滤分离实现镁的脱除，该工艺适用于锌精矿中镁含量高于0.60%的工况。但此工艺存在明显局限性，不仅会造成锌精矿中有价金属的额外损耗，还会加剧矿中氧化锌、碳酸锌等锌组分的酸溶流失，大幅提升后续锌资源的回收难度与生产成本。

　　1.2国内工艺技术

　　1.2.1冷冻结晶除镁技术昆明理工大学研发的冷冻结晶法专利当时处于前期研发阶段，该技术无需化学试剂，清洁高效，结晶母液可回系统，镁经离心脱水和真空干燥可直接资源化利用或经火法或者湿法处理可分离回收锌镁硫，该工艺对设备、温控、场地及运营维护要求较高。

　　1.2.2锌焙砂除镁法

　　采用粒径为22μm的锌焙砂作为中和剂，在特定工艺条件下对开路溶液进行过量中和处理。该工艺利用锌焙砂沉淀溶液中锌离子，同时使镁离子留存于溶液中随尾液外排，从而达到锌回收与镁开路分离的目的。但该工艺存在以下不足：一是锌焙砂需过量投加，增加后续渣处理负荷；二是反应条件敏感性强，对工艺控制精度要求高，操作性不佳。

　　1.2.3其他工艺

　　硫酸锌溶液冷却结晶除镁、氟化物沉淀除镁等。冷却结晶法因结晶体中锌高镁低，故降镁效率低下且锌损失大。氟化物除镁虽然效率较高，但存在降镁后液体含氟高、氟化镁堆存处置困难等缺点。因此，上述两种工艺应用都受到一定限制。

　　1.3 CaO中和降镁工艺的特点

　　1.3.1应用原理

　　选择“两低一高”（低含酸、低含锌、高含镁）铁矾渣洗水，利用Zn2+、Mg2+完全沉淀pH的不同，进行中和水解工艺处理，将锌沉渣后回用系统，Mg2+随沉锌后滤液开路出系统，阻断镁在系统液体中的富集，达到降低系统含镁的目的。

　　1.3.2工艺适配

　　本研究充分考虑了与车间现有热酸浸出-黄钾铁矾法工艺的无缝衔接，通过在闲置设施基础上进行局部优化改造实现工业生产化，这是其他研究较少关注的立足于实际生产应用层面的创新。

　　1.3.3综合成效

　　通过本工艺技术，明显改善了新液质量，提升电解电效，降低析出锌直流电耗，并且二次回收了锌，仅有少量锌损失。

　　2 CaO中和降镁工艺研究及原理探究

　　2.1研究方法与内容本试验研究采用实验研究与实践数据分析相结合的方法，深入探究工艺机理。

　　2.1.1实验研究

　　基于CaO中和处理工艺小型试验的成功，开展工业化验证，通过控制反应pH值、温度、搅拌时间等变量，精准调控CaO与含Zn2+、Mg2+液体的中和过程，获取生产第一手数据。

　　2.1.2数据分析

　　统计分析实验数据，着重对比降镁工艺应用前后系统的含镁水平变化，同时考察沉锌渣在成矾过程中的实际应用情况。

　　2.2 Mg2+和Zn2+离子水解特性

　　在湿法炼锌工艺中，金属离子的水解特性对工艺控制至关重要。Zn2+与Mg2+的水解沉淀及再溶解特性存在显著差异。当Zn2+与Mg2+初始浓度均为1mol/l时，Zn2+于pH5.4开始沉淀，pH8沉淀完全，pH10.5起溶解；而Mg2+需在pH9.4才开始沉淀，pH12.4沉淀完全，pH14起溶解。二者在不同pH条件下的水解及再溶解行为差异，为CaO中和降镁工艺的开发提供了理论依据。

　　该工艺正是基于上述特性差异设计，向含Zn2+、Mg2+的溶液中加入Ca(OH)2溶液调节pH至6～7。在此pH范围内，既能确保Zn2+充分沉淀且不发生复溶，又能避免Mg2+产生沉淀，从而实现二者的高效分离。

　　2.3中和降镁原理

　　CaO中和降镁工艺中，CaO先与水反应生成Ca(OH)2溶液，利用Ca(OH)2溶液中和系统液体硫酸，达到调节系统液体pH目的。pH控制在6～7时，Zn2+与OH—反应生成Zn(OH)2沉淀，而Mg2+以离子态留存溶液中。中和液经压滤固液分离后，固相为含锌白灰渣，其主要成分为Zn(OH)2，返回湿法炼锌系统的沉铁工序作为中和剂参与成矾回收锌，实现锌资源闭路循环；液相为含镁压滤液，镁离子浓度可富集至5g/l~10g/l，输送至水处理岗位进行进一步处理达标后外排，实现Zn2+与Mg2+分离，达到镁开路。工艺实施过程中需注意防止pH超调风险，若pH超过9不仅会析出氢氧化镁降低镁开路效率，还会使氢氧化锌转化为可溶性锌酸盐造成锌的二次损失。

　　3具体技术方案

　　3.1工艺流程

　　CaO在浆化池中与水发生反应，生成Ca(OH)2碱性溶液。将该Ca(OH)2碱性溶液精准投加至调值池，通过酸碱中和作用对铁矾渣洗渣水的pH值进行调节，使其稳定在6～7的范围内。在此pH条件下，洗渣水中的Zn2+发生水解反应，生成Zn(OH)2沉淀，而Mg2+则保持离子态留存于混合液体中。随后，将该混合液送入压滤单元进行固液分离，分离后富含Mg2+的压滤液外排至废水处理系统作进一步处理，而主要成分为Zn(OH)2的含锌压滤渣则进入沉铁压滤液浆化槽，经混合浆化处理后，后续通过泵送进入沉矾阶段。该含锌压滤渣在沉矾过程中可替代焙砂作为中和剂参与反应，最终实现锌资源的回收利用。

　　3.2工艺控制要点

　　3.2.1调值

　　调值池液体pH严格控制在6～7，温度维持50℃~60℃,搅拌调值50min，确保Zn2+充分沉淀。

　　3.2.2压滤

　　外排高含镁液控制要求，[Zn 10g/l；压滤渣含锌＞15%、含镁＜1-1.5%，重点兼顾降镁效率与锌损失控制。

　　3.2.3浆化

　　沉锌渣采用沉铁浓密机溢流液浆化，浆化过程要求pH控制在5~6，液体比重＞1.45，输送量匹配成矾所需Zn(OH)2用量，过程保持均衡稳定。

　　3.2.4 CaO质量

　　CaO含量不小于80%，粒度80目~120目（必要时使用球磨机或雷蒙磨粉机），提升溶解度和反应生成Ca(OH)2的效率。

　　3.3项目应用实践

　　3.3.1应用准备

　　首先，全面评估、清理闲置罐体及容器，确保内部洁净；检测密封性与耐腐蚀性，更换损坏密封件，对耐腐性不足的容器做防腐涂层处理。

　　其次，按工艺流程优化管道布局，缩短输送距离；输送石灰液的管道选用耐碱耐磨管材，转弯处采用大半径弯头，阀门处设置过滤装置，强化加固与防堵塞措施。

　　最后，检修更换搅拌设备桨叶，调试电机参数以匹配反应所需搅拌速度与扭矩；升级加热设备，采用高精度温度传感器与智能温控系统，提升控温精度和加热能力。

　　3.3.2应用过程数据监测

　　首先，定期采集电解、净化工序等关键节点液体样品，化验检测镁离子含量，做好详细记录。

　　其次，每半个月为一周期，记录含锌白灰渣使用前后的日均焙砂用量，登记采购来源、批次等信息，保障数据可追溯。

　　最后，沉铁渣每月至少采样三次，研磨样品后采用XRF技术测定锌含量，确保检测准确高效。

　　3.4应用效果分析

　　自该工艺启动至2016年8月底，共运行了10个月，累计处理沉铁洗水54098.9m3。处理过程中，严格执行前述工艺控制要点。随着降镁工作的推进，综合效果开始显现。

　　3.4.1降镁效果

　　通过数据统计分析，系统液体含镁从31.39g/l，降到23.36g/l，降幅25.58%。达到液体镁含量降低到25g/l以下的预期目标。

　　3.4.2焙砂用量与沉铁渣锌含量

　　通过统计数据分析，焙砂用量变化情况充分表明，使用沉锌渣能够显著减少焙砂用量，同等析出锌产量时，折算替代率30.06%，达到作为中和剂替代焙砂完成铁矾成矾的效果；应用前后产生的铁矾渣锌含量对比下降明显，渣含全锌下降幅度为16.51%，减少了金属损失。因此，从成矾的焙砂用量和铁矾渣含锌两方面指标表明，沉锌渣成矾回用效果良好。

　　3.4.3系统体积与指标效果

　　CaO中和降镁工艺投用前，生产系统液体中镁无有效开路途径，镁离子长期循环富集，导致新液质量不稳定、电解析出效率与锌片品质下滑，电解工序被迫加水稀释电解液，既破坏系统体积平衡，又加重设备负荷与管控风险。工艺投用后，车间日均开路高镁废液161.49m3，从源头切断镁离子富集路径，缓解液量调控压力，助力系统液量动态平衡，从根本上保障了湿法炼锌全流程连续稳定高效运行。

　　降镁工作开展以来，车间电流效率从85%提升至90%以上，析出锌直流电耗从3141.44kWh/t降到3001.40kWh/t，锌直流电耗下降140.04kWh/t；析出锌日均产量从317.56t增加到375.05t，增幅18.10%；提升0#锌品级率从99.5%升至99.8%。

　　3.5经济效益核算

　　3.5.1电费节约

　　根据统计，实验小组开展降镁期间日均产量为375.05t（2015年10月至2016年8月），吨析出锌直流电耗下降140.04kW·h，每度电按照0.48元计算，每日可节省电费支出25210.56元。

　　3.5.2降镁综合成本

　　降镁综合成本为106.64元/m3，日均处理量161.5m3，每日处理成本17222.36元。

　　3.5.3直接效益

　　每日仅在直流电单耗方面节约支出7988.20元。以每月30天计，每月节约支出239646元。

　　数据表明，CaO中和降镁工艺在降低生产成本方面成效显著，为企业带来了可观的经济利益。随着工艺的持续优化和生产规模的扩大，其经济效益有望进一步提升。

　　4总结及展望

　　4.1目前存在的实际问题

　　4.1.1沉铁渣渣量增加

　　在CaO中和降镁工艺实施过程中，CaO溶解环节存在显著技术痛点。由于CaO溶解于水为放热反应，而现有生产系统的过程控制条件有限，难以采取降温等措施调控反应温度、搅拌强度等关键参数，导致CaO溶解不彻底。大量未完全溶解的CaO颗粒会随溶液循环进入后续工序，并最终混入铁矾渣中。既降低CaO的有效利用率，又增加料的消耗与生产成本。

　　4.1.2硫酸消耗增加

　　因CaO消耗系统硫酸，为维持系统酸平衡，硫酸消耗有增加。

　　4.1.3输液管线结晶

　　生产系统液体钙离子含量升高管道结晶速度加快，输液管道清理周期缩短。

　　4.2研究成果总结
       通过对车间闲置设施设备的优化改造，实现CaO中和降镁工艺与现有湿法工艺无缝衔接。严格控制反应条件（pH6~7、温度50℃~60℃、搅拌中和50min），保障工艺稳定高效运行10个月，期间累计处理铁矾渣洗水54098.9m3，外排镁量528.08t；系统溶液含镁量由31.39g/l，降至23.36g/l，降幅25.58%，有效缓解高镁杂质对车间生产的不利影响。对比工艺运行前后的生产数据，析出锌直流电耗降低140.04kWh/t；经核算，月均节约直流电费756316.8元，扣除月均新增直接成本516670.8元后，月均净创效239646元，工艺的经济效益显著。

　　4.3对行业的启示

　　CaO中和降镁工艺的成功应用，为湿法炼锌行业镁富集难题的解决提供了技术借鉴。工艺选型层面，该工艺依托与中和水解pH值的差异实现离子选择性分离，可与黄钾铁矾法工艺高效适配；相较于硫化锌精矿酸洗除镁法，该工艺有流程短、锌回收率高的优势，且以铁矾渣洗水为处理对象，具有渣量小、操作性强、运行成本低廉等特点，具有实用价值。工艺衔接层面，通过对车间闲置槽罐等设施的优化改造，大幅降低工艺改造成本，实现与现有生产流程的无缝对接。生产效益层面，该工艺的应用有效缓解了系统溶液体积控制压力，提升了新液净化质量，改善了电解析出工况，推动电解电效稳步提升，最终实现产能扩大与析出锌直流电耗降低的双重效益。

　　4.4展望

　　基于CaO中和降镁工艺在湿法炼锌领域的应用现状与技术潜力，后续研究可围绕效率提升、锌损控制、资源化利用三大核心方向深化探索，推动工艺向低成本、绿色化升级。一是优化CaO溶解条件，提高溶解效率，降低CaO的使用成本；二是拓展镁资源高值化路径，探索镁含量较高时还可通过蒸发结晶、碳化等工艺回收硫酸镁或氢氧化镁副产品以提升经济效益，实现固废价值转化；三是融合自动化与智能化技术，构建原料含镁量动态配料模型，结合流程模拟精简工序、降低能耗；四是开展工艺耦合研究，与其他脱镁技术联用形成协同效应，强化深度脱镁效果，提升湿法炼锌工艺综合效益。