底吹爐處理鋅浸出渣工藝設想

1、底吹爐處理鋅浸出渣工藝設想河南豫光金鉛股份有限公司 河南濟源 454650摘要目前主流的濕法煉鋅工藝對產(chǎn)出的浸出渣采用回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)法處理存在成本高、焦耗大、有價金屬回收率低等諸多缺點，有待開發(fā)新的工藝裝備及工藝進行更新?lián)Q代。本文論述采用底吹熔池熔煉工藝處理濕法煉鋅浸出渣工藝過程及其原理，并對關鍵工藝要點展開討論，并與常規(guī)回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)法處理工藝進行比較，確定了采用底吹熔池熔煉工藝處理浸出渣的可行性。關鍵詞濕法煉鋅；浸出渣；回轉(zhuǎn)窯；底吹爐；熔池熔煉；工藝設想Technology idea on treatment of leaching residue of zinc hydrometallurgy

2、by bottom-blown furnace abstract:Current mainstream hydrometallurgy of zinc leaching residue by rotary kiln volatilization method has many disadvantages such as high treatment cost, high coke consumption and low metal recovery, pending the development of new technology and equipment for the replacem

3、ent. This article discusses the idea of treatment processes and principles by using a bottom blowing bath smelting process to treat the hydrometallurgical zinc leaching residue, and discuss the key process elements, and compared with conventional treatment by rotary kiln volatilization process, iden

4、tified the use of bottom blowing feasibility of bath smelting process for leaching residue treatment.Keywords: hydrometallurgy of zinc; leaching residue; rotary kiln; bottom-blown furnace; bath smelting; process idea0、前言鋅冶煉的方法有火法煉鋅和濕法煉鋅兩種，其中濕法煉鋅在世界范圍內(nèi)已占鋅冶煉總量的80%以上。近年來我國新增鋅冶煉產(chǎn)能也是以濕法煉鋅為主。濕法煉鋅已成為世界鋅冶煉生

5、產(chǎn)的發(fā)展方向。而濕法煉鋅生產(chǎn)中所得到的大量浸出渣中含有較多的鋅及其它有價金屬。為了充分利用資源，提高金屬回收率和其它有價金屬的綜合回收利用，必須對浸出渣進行處理。浸出渣處理的方法很多，目前采用最為廣泛的是回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)法，該法處理存在成本高、焦耗大、有價金屬回收率低等諸多缺點，有待開發(fā)新的工藝裝備及工藝進行更新?lián)Q代。1、鋅浸出渣來源及成份1.1鋅浸出渣來源某電鋅生產(chǎn)廠設計產(chǎn)能20萬t/a，采用典型的“焙燒浸出電積鑄型”濕法煉鋅工藝生產(chǎn)。在這種常規(guī)濕法煉鋅流程中，焙砂中幾乎全部的鉛、金、銀、銦、鍺、鎵，60%的銅、30%的鎘、15%的鋅都進入浸出渣中。鋅精礦的鋅品位處于47.5%49%之間，按每生產(chǎn)

6、1t電鋅可以產(chǎn)出1.01.05t浸出渣，電鋅產(chǎn)能20萬t/a規(guī)模，則每年產(chǎn)出浸出渣約為2021萬t。1.2浸出渣的成份及屬性鋅浸出渣的化學組成和鋅物相組成分別見表1和表2。從分析結果可知，鋅浸出渣中鋅的含量較高，并含有Pb、Cu、Fe、Au、Ag等有價金屬與貴金屬。表1 鋅浸出渣的化學成份Tab.1 Chemical composition of leaching residue of zinc成份ZnPbCuSFeSiO2CaOAu（g/t）Ag（g/t）水份含量%2022240.81.2562123812350.10.81003001618表2 鋅浸出渣中的鋅物相組成Tab. 2 The

7、thing is composed of Zn each other in leaching residue of zinc成份ZnOFe2O3ZnSZnSO4ZnOZnOSiO2含量（%）42.4017.378.4731.760.251.3浸出渣處理現(xiàn)狀浸出渣處理的方法很多，根據(jù)渣的組分及冶煉的具體條件選擇不同而不同。據(jù)資料顯示有鼓風爐熔煉和煙化爐熔煉法、硫酸化焙燒法，氯化硫化焙燒法、黃鉀鐵礬法和回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)法等。目前國內(nèi)煉鋅企業(yè)廣泛采用回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)法。1.3.1浸出渣的回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)法處理工藝原理回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)法處理浸出渣是配入浸出渣數(shù)量4050%的焦粉，與浸出渣一起投入有一定傾斜度的回轉(zhuǎn)窯，當窯體轉(zhuǎn)

8、動時，爐料隨之翻動，在11001300高溫下爐料中的金屬氧化物與還原劑充分接觸，被還原成金屬蒸氣進入氣相，在氣相中又被氧化為氧化物，隨煙氣進入收塵設備中被捕集下來，所得的含有Pb、Zn、Ga、Ge、Cd、In等有價金屬氧化物的氧化鋅煙塵即為處理浸出渣的主產(chǎn)品。同時，未隨煙氣帶走的其它成份形成高溫窯渣產(chǎn)出。1.3.2回轉(zhuǎn)窯處理法主要缺點A、回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)法處理浸出渣只能揮發(fā)回收Zn、Pb、Cd和部分的In，有價金屬Ga、Cu、Ag、Au以及大部分的Ge都殘留在窯渣中。因此窯渣仍含有大量的Cu、Au、Ag、Ga、Ge等稀貴元素。而窯渣的產(chǎn)出率為浸出渣的6468%，根據(jù)生產(chǎn)實際統(tǒng)計，每生產(chǎn)1t電鋅約產(chǎn)出

9、窯渣0.8t，因此窯渣數(shù)量巨大。所以說回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)出數(shù)量巨大而含有豐富有價金屬的窯渣是該工藝存在的一大弊端。B、揮發(fā)窯法處理浸出渣的工藝過程中，大量配入的焦粉在揮發(fā)窯內(nèi)的燃燒屬于一種不完全燃燒，資料顯示，窯渣含碳占到1825%之多。昂貴的冶金焦的大量投用與不充分利用是揮發(fā)窯法處理浸出渣成本居高不下的重要原因之一。C、揮發(fā)窯砌體壽命短、維修工作量大、維修費用高。由于回轉(zhuǎn)窯是一種在高溫下連續(xù)運轉(zhuǎn)的設備，隨著窯體的旋轉(zhuǎn)，爐料與內(nèi)襯不斷地發(fā)生摩擦而損傷窯襯，使窯襯壽命明顯縮短。據(jù)生產(chǎn)實踐，回轉(zhuǎn)窯窯襯的使用壽命一般為60120d，內(nèi)襯磚壽命短是揮發(fā)窯處理浸出渣成本偏高的原因之一。另外窯體較長，受熱、受力不均

10、勻造成的爐體機械傳動裝置等的檢修維修費用較高。2、底吹爐處理浸出渣的工藝設想2.1底吹爐結構 處理濕法煉鋅浸出渣所用的底吹爐結構如圖2所示。爐體是由鋼板卷制的圓筒形轉(zhuǎn)爐，爐子圓筒底部配置有底吹氣體噴槍，圓筒上部居中位置配置加料口，筒體上部一端配置出煙口。筒體的兩端分別配置出渣口和虹吸锍放出口。輔助裝置包括爐子的支撐與傳動裝置、煙氣余熱回收裝置與配套的制酸系統(tǒng)、上料裝置、氣體輸送管路系統(tǒng)與操作控制系統(tǒng)等。1傳動裝置 2虹吸冰銅口 3燃燒器 4進料口 5出煙口 6出渣口 7底吹氧槍 8基礎圖2 底吹爐結構簡圖Fig2 the structure of bottom-blown furnace2.2

11、底吹爐處理浸出渣工藝原理 采用底吹熔池熔煉工藝處理浸出渣采用底吹爐做為主要工藝裝備，鋅浸出渣配入一定量的焦沫和造渣用的石英、石子，補入造锍劑鉛精礦等加入底吹爐中，通過設置在爐子底部的氣體噴槍通入爐中天然氣與氧氣，通過天然氣在熔池內(nèi)的燃燒供熱。保證爐內(nèi)熔池的上表面有一定厚度的焦炭層，保持爐內(nèi)的還原性氣氛?？刂茽t溫在11001250,浸出渣中的金屬氧化物在還原性氣氛熔池內(nèi)被還原，還原出的金屬蒸氣進入氣相，在氣相中又被氧化成氧化物，隨著出爐煙氣在收塵系統(tǒng)中被捕集，所得的含有Pb、Zn、Ga、Ge、Cd、In等有價金屬氧化物的氧化鋅煙塵即為本工藝的主產(chǎn)品。入爐物料中部分Pb、Zn、Fe、S等成份在還原

12、性氣氛下形成低品位銅锍，部分未揮發(fā)的有價金屬與貴金屬富集于銅锍中產(chǎn)出，銅锍轉(zhuǎn)運至銅鉛混合渣料系統(tǒng)繼續(xù)處理，進一步回收其中的有價金屬與貴金屬。爐料中其余的雜質(zhì)成份形成爐渣產(chǎn)出。工藝路線如圖1所示。圖1 底吹爐處理浸出渣工藝流程圖Fig.1 the flowchart on treatment of zinc leaching residue by bottom-blown furnace2.3底吹爐內(nèi)主要金屬組份的行為在1250左右時，浸出渣中鐵酸鋅（ZnOFe2O3）、硅酸鋅（ZnOSiO2）、硫酸鋅（ZnSO4）和硫化鋅（ZnS）通過C或CO還原為Zn單質(zhì)進入煙氣，在煙氣通道中遇混風進入的空

13、氣氧化為ZnO進入煙塵回收，硫酸鉛（PbSO4）和硫化鉛（PbS）經(jīng)反應后分別以Pb單質(zhì)、PbO和PbS的形式進入煙氣，少量的單質(zhì)Pb、PbS等在煙氣通道中與混風進入的空氣氧化為PbO，并與煙氣中原有的PbO一起富集于煙塵中，最終產(chǎn)出以ZnO和PbO為主的煙塵進一步回收有價金屬Pb和Zn。 由本文表2所示，鋅在浸出渣中以鐵酸鋅（ZnOFe2O3）、硫化鋅（ZnS）、硫酸鋅（ZnSO4）、氧化鋅（ZnO）及硅酸鋅（ZnOSiO2）等形式存在。鉛主要以硫酸鉛（ZnSO4）及硫化鉛（ZnS）的形式存在。（1）鐵酸鋅（ZnOFe2O3）由于鋅精礦中含有較多的鐵，沸騰焙燒時生成鐵酸鋅（ZnOFe2O3）

14、，在常規(guī)浸出條件下鐵酸鋅幾乎不溶解而殘留于渣中，鐵酸鋅中的鋅約占渣含鋅總量的5060%，底吹爐中鐵酸鋅發(fā)生如下反應：底吹爐熔池溫度保持在1000以上，上述反應進行得很快，且有部分氧化鐵被還原為金屬鐵，促進氧化鋅的還原：另外，部分FeO還會與造锍劑PbS發(fā)生反應，轉(zhuǎn)化為FeS入锍：（2）硫化鋅（ZnS）硫化鋅在沸騰焙燒過程中未被氧化，且不溶于稀酸而殘留在浸出渣中，硫化鋅在渣中約占渣中含鋅總量的25%30%，這部分硫化鋅在底吹爐熔池中主要反應是一部分隨著底吹強制送入的氣相成份接觸，部分被氧化，再還原揮發(fā)。一部分與熔池內(nèi)還原產(chǎn)出的金屬鐵及熔池內(nèi)的氧化鈣成份作用產(chǎn)生鋅蒸氣。還有部分硫化鋅會以锍的形式產(chǎn)

15、出。（3）硫酸鋅（ZnSO4） 硫酸鋅是被溶解的物質(zhì)，在過濾時未被洗凈而進入渣中，底吹爐熔池高溫狀態(tài)下，硫酸鋅快速分解。分解產(chǎn)生的ZnO在高溫熔池內(nèi)會被還原揮發(fā)。部分ZnSO4被還原成ZnS富集于锍中。（4）氧化鋅（ZnO） 以游離態(tài)存在于鋅浸出渣中的氧化鋅數(shù)量較少。其主要來源是在浸出時來不及溶于稀酸而殘留在浸出渣中，與ZnSO4分解產(chǎn)出的ZnO一起在還原性氣氛熔池內(nèi)被還原揮發(fā)。（5）硅酸鋅（ZnOSiO2）沸騰焙燒過程中形成的硅酸鋅能溶解于硫酸溶液中，只有少量形成膠體物質(zhì)而殘留在浸出渣中，高溫熔池中，其反應如下：熔池中CaO存在的情況下可加速ZnOSiO2的還原：（6）硫酸鉛（PbSO4）鉛

16、在浸出渣中的賦存形態(tài)大部分以PbSO4形式存在，也有少量的硫化鉛、氧化鉛、硅酸鉛。硫酸鉛在熔池內(nèi)被還原成硫化鉛，氧化鉛被還原成金屬鉛，硫化鉛、氧化鉛和硫化鉛也可能進行相互反應形成金屬鉛。 反應所得的金屬鉛數(shù)量較少，在熔池下層不致于形成獨立的鉛層，除一部分進入锍內(nèi)隨锍產(chǎn)出以外，其余部分揮發(fā)進入煙塵。硫化鉛與其他金屬硫化物形成低熔點锍，熔池內(nèi)硅含量高時，PbO與SiO2形成低熔點硅酸鉛渣使鉛損失于渣中。3.討論3.1渣型3.1.1因為浸出渣中含F(xiàn)e較高，所以不宜選用FeO：SiO2=1：1的渣型。選這樣的渣型必須配入大量石英砂，增大了渣量。根據(jù)銅浮渣底吹爐半工業(yè)試驗中熔煉爐渣的情況，選FeO：Si

17、O2=1.4：1應該是可行的。3.1.2配入一定CaO有利于降低渣含鉛、鋅，但配入量太多也增大了渣量。所以渣中CaO可控制在7%左右，最大不宜超過10%。3.1.3浸出渣中一般含有5%左右的Al2O3，其作用相當于SiO2；還含有一定MgO，其作用相當于CaO，這些因素在配料時要考慮到。3.2造锍3.2.1回轉(zhuǎn)窯處理浸出渣過程中，揮發(fā)性較差的有價金屬元素，留在殘渣中散失。而根據(jù)銅、鎳、鉛、鋅、銻等有色冶金的長期實踐表明，入爐礦石原料中含有的微量或痕量貴金屬，在火法熔煉過程均可被捕集到锍或最終的金屬相中，金屬元素被锍或金屬相捕集的原理在于锍具有一定的金屬性，為了便于對浸出渣中有價金屬及貴金屬的有

18、效回收，底吹熔池熔煉處理浸出渣增加了造锍工藝。通過造锍使盡可能多的Cu、Au、Ag等富集到锍中。另外，通過造锍也可以使部分Fe、S、Pb富集到锍中加以綜合回收。 參考采用鼓風爐處理浸出渣的工業(yè)實踐，采用底吹熔池熔煉工藝處理浸出渣產(chǎn)出的锍的大致成份應為Cu 58%、S 2025%、Fe 4050%、Pb 812%、Au 0.51.5g/t、Ag 350700g/t，這種锍可以轉(zhuǎn)運至除銅渣處理系統(tǒng)進行聯(lián)合處理。3.2.2造锍措施3.2.2.1浸出渣中含F(xiàn)e較多，而Fe在浸出渣中賦存狀態(tài)多為氧化態(tài)形式的Fe2O3形式，加強爐內(nèi)還原性氣氛，配入浸出渣量1520%的焦碳做為還原劑，可以使部分Fe轉(zhuǎn)化為FeS形式入锍。3.2.2.2浸出渣中含S、Pb相對偏低，可考慮配入23%的鉛精礦以補S、補Pb。3.2.2.3為了避免锍的氧化，氧槍中入爐的天然氣與O2的比應控制在1：2，不宜通入過量O2。3.2.2.4由于部分鐵入锍，進入渣相的鐵量降低，渣型計算時應根據(jù)情況減少配入石英砂的數(shù)量。3.3加強揮發(fā)的措施3.3.1強還原氣氛可使Zn盡可能多地還原為單質(zhì)Zn從而氣化揮發(fā)。3.3.2氧槍中氧氣通道可通入富氧空氣而非純氧，從而使通過熔體的氣體量加大一些。可以把氧槍的中心管啟用。3.3.3溫度高有利于揮發(fā)，但高溫也加速爐襯的燒損，所以只能到1200，不適宜太高。4.結論根據(jù)理論分析，采用底吹熔池熔