高溫還原揮發法處理氧化鉛鋅礦的試驗研究

孫明生

（1.巴彥淖爾紫金有色金屬有限公司，內蒙古 巴彥淖爾 015543；2.河套學院理學系，內蒙古 巴彥淖爾 015000）

氧化鉛鋅礦石的處理一直是一個難題。目前，氧化鉛鋅礦的處理方法主要是浮選法和冶金法。國內某企業的礦山廠地表砂礦和坑內脈礦為性質復雜、高度氧化的難選氧化鉛鋅礦石，以碳酸鹽和硅酸鹽為主，常規的選礦方法很難處理該類型礦石[1-5]。

根據該氧化鉛鋅礦含碳酸鹽較多的特點，本試驗采用高溫還原揮發法從該氧化鉛鋅礦中揮發、回收鉛和鋅，對礦石粒度、無煙煤用量、還原溫度、反應時間等因素進行考察，得到最佳工藝條件。

1 試驗部分

1.1　試驗原料

試驗原料為國內某企業寄來的氧化鉛鋅礦，礦樣中Pb、Zn含量分別為2.04%和30.35%，二氧化硅含量為7.09%，SiO2/（CaO+MgO）約為0.70，還含有少量的鋁和鐵，其余雜質含量均較低。主要成分如表1所示。

還原劑采用無煙煤，其主要成分如表2所示。

1.2　試驗方法

高溫還原揮發試驗在馬弗爐中進行。先將礦樣與無煙煤混合均勻，放入方形剛玉坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中加熱到一定溫度并保溫，還原揮發一定時間后，取出燒渣樣品自然冷卻，對渣中化學成分進行分析，計算主要元素的還原揮發率。

表1　氧化鉛鋅礦化學成分

表2　無煙煤工業成分分析

2　試驗原理

鉛鋅礦中的鉛和鋅主要以碳酸鹽形態存在，由于礦物中還含有一定量的硅，因此少量鉛和鋅以硅酸鹽形態存在，在還原揮發過程中主要發生如下反應：

礦物中含有氧化鈣，可促進硅酸鋅的還原：

鉛和鋅被還原后以氣體狀態揮發出來，在氧化性氣氛條件下生成氧化鋅和氧化鉛煙塵，收集回收后作為鉛鋅冶煉的原料。

3　結果與討論

3.1　礦石粒度對鉛鋅揮發率的影響

控制還原溫度為1 250℃，高溫還原時間為2 h，無煙煤量/礦量為15%條件下，分別考察礦石粒度為≤5 mm、≤3 mm、≤1 mm、≤0.2 mm、≤0.1 mm條件下對鉛鋅揮發率的影響。試驗結果如圖1所示。

圖1　礦石粒度對揮發率的影響

由試驗結果可以看出，隨著礦石粒度的減小，鉛鋅的揮發率均逐步升高，當礦石粒度小于0.2 mm時，鋅和鉛的揮發率均達到99%。為了提高鋅和鉛的回收率，可適當降低礦石粒度，但礦石粒度越小，磨礦成本越高，因此在生產中需要綜合考慮，本試驗中選最佳粒度為小于0.2 mm。

3.2　還原劑用量對鉛鋅揮發率的影響

采用無煙煤作為還原劑，其主要作用是提供還原氣氛，同時還起到疏松物料的作用，防止物料板結，影響揮發效果。礦石粒度≤0.2 mm，控制還原溫度為1 250℃，高溫還原時間為2 h，考察了還原劑量為礦量5%～30%范圍內對還原揮發效果的影響。試驗結果如圖2所示。

圖2　還原劑用量對鉛鋅揮發率的影響

試驗結果表明，還原劑量/礦石量超過10%后，鋅和鉛的揮發率均達到99%，說明該氧化鉛鋅礦還原揮發所需無煙煤用量較小。其主要原因可能是該氧化鉛鋅礦絕大部分為碳酸鹽礦物，反應過程中碳酸鹽所分解產生的CO2可以與加入的無煙煤反應，生成CO，形成了部分還原劑，使得還原反應所需C量減少，從而降低了還原劑用量。

3.3　還原溫度對鉛鋅揮發率的影響

礦石粒度≤0.2 mm，無煙煤/礦為10%，反應時間為2 h，在還原溫度為1 150℃、1 200℃、1 250℃、1 300℃條件下進行試驗，考察還原溫度對鋅和鉛的揮發率的影響。試驗結果如圖3所示。

圖3　還原溫度對鉛鋅揮發率的影響

從試驗結果可以看出，在試驗所選擇的溫度范圍內（1 150～1 300℃），Zn的揮發效果都較好，揮發率均超過99%，而鉛揮發率隨溫度升高上升明顯，在溫度1 150℃時揮發率只有87.22%，當溫度升高到1 250℃時揮發率達到99.64%，再提高溫度，雖然鉛的揮發率略有提高，但溫度越高，能耗越大，經濟效益下降，因此揮發溫度為1 250℃即可。

3.4　還原時間對鉛鋅揮發率的影響

礦石粒度≤0.2 mm，無煙煤量/礦量為10%，還原溫度升高到1 200℃后，考察高溫段反應時間對鉛鋅揮發率的影響。試驗結果如圖4所示。

從試驗結果可以看出，還原揮發時間為1 h，揮發率即可達到99%，表明該鉛鋅礦中的鋅較易揮發，反應很快。而反應時間對鉛揮發影響較明顯，隨著反應時間從1 h延長至2 h，鉛揮發率從84.75%上升至99.84%，繼續延長反應時間，鉛的揮發率增加不明顯。反應時間越長，能耗越高，因此將反應時間控制在1.75 h即可。

圖4　還原時間對鉛鋅揮發率的影響

4　結論

高溫還原揮發法適于處理該類型的氧化鉛鋅礦，鋅和鉛的揮發率均較高。通過條件試驗，筆者確定了該氧化鉛鋅礦還原揮發的最佳工藝條件，在無煙煤量/礦量為10%，還原溫度1 250℃，還原時間1.75 h條件下，鉛鋅揮發率分別達到99.8%和99.6%，揮發效果良好。在生產中，企業可采用回轉窯對該類型氧化鉛鋅礦進行處理，該工藝具有實用可行性。