鋅冶煉鉛銀渣還原焙燒揮發(fā)鉛鋅試驗研究

李銀麗，李 敬，李彥龍，牛永勝，姚夏妍，陳一博，魯興武

(1.西北礦冶研究院，甘肅 白銀 730900； 2.白銀恒誠機械制造有限責(zé)任公司，甘肅 白銀 730900)

鉛銀渣是濕法煉鋅過程中高溫高酸浸出后產(chǎn)生的渣，其中含有鉛、鋅、鐵等有價金屬和金、銀等貴金屬，是重要的二次資源。目前，對鉛銀渣的處理主要有火法[1-2]、濕法[3-5]、火法-濕法聯(lián)合法[6-8]。火法主要是煙化法[9-10]，浸出渣與焦炭混合進行煙化處理，處理效率高，還能實現(xiàn)渣的無害化處理。對鉛銀渣進行焙燒使易揮發(fā)的鉛、鋅等元素進入煙塵再進行回收，或作為配料返爐熔煉，設(shè)備投資較高，二氧化硫煙氣濃度低不易處理；但火法處理效率高且低濃度煙氣和高濃度煙氣可以混合處理，因此火法處理鉛銀渣應(yīng)用的較多[11-14]。濕法處理主要是堿浸出[15]、氯鹽浸出[16-17]、微生物浸出[18]等，處理流程較為簡單，但渣中含鋅時處理條件較為嚴苛，對設(shè)備要求高，成本大。火法-濕法聯(lián)合是通過火法將渣中難處理物質(zhì)(如硫酸鉛、鐵酸鋅、硅酸鋅等)的結(jié)構(gòu)打開，讓其包裹的有價金屬裸露出來，然后用濕法浸出[19-21]

試驗針對某鉛銀渣，通過還原焙燒處理，再通過浮選分離鉛、鋅等，以期高效回收有價金屬。

1 試驗原料

某鉛鋅廠的鉛銀渣，多元素分析結(jié)果見表1，鉛、鋅物相分析結(jié)果見表2、3。

表1 鉛銀渣多元素分析結(jié)果 %

表2 鉛銀渣中鉛物相分析結(jié)果

表3 鉛銀渣中鋅物相分析結(jié)果

由表2、3看出，在鉛銀渣中，鉛主要以氧化鉛和硫酸鉛形式存在，鋅主要以氧化鋅形式存在，其次是鐵酸鋅和硅酸鋅。

2 試驗原理

采用馬弗爐對鉛銀渣進行焙燒，用焦粉作還原劑，石灰作添加劑。焙燒過程中發(fā)生的主要反應(yīng)如下：

還原揮發(fā)過程中，鉛銀渣中的鉛、鋅揮發(fā)進入氧化鋅煙塵中，可進一步綜合回收；鐵、炭、銀主要留在燒渣中，可通過浮選回收。

3 試驗結(jié)果與討論

3.1 焙燒升溫制度的確定

馬弗爐升溫過程緩慢，并且在入爐前鉛銀渣和還原劑焦粉混合造球，混合物料入爐太早會導(dǎo)致炭提前揮發(fā)損失，因此，入爐溫度設(shè)定為室溫。將升溫過程分為3個階段：20～300 ℃(Ⅰ段)；300 ℃恒溫10 min，300～800 ℃(Ⅱ段)；800 ℃恒溫15 min，并放入混合物料，之后再升溫至設(shè)定溫度并保溫一段時間(Ⅲ段)。

3.2 焙燒溫度對鉛、鋅揮發(fā)率的影響

焙燒溫度和焙燒時間是指物料在最高溫度下恒溫還原焙燒時的溫度和時間。

焙燒時間60 min，添加劑氧化鈣用量10%，焦粉用量40%，焙燒溫度對鉛、鋅揮發(fā)率的影響試驗結(jié)果如圖1所示。

圖1 焙燒溫度對鉛、鋅揮發(fā)率的影響

由圖1看出：隨焙燒溫度升高，鉛、鋅揮發(fā)率升高；焙燒溫度大于1 200 ℃后，鉛、鋅揮發(fā)率趨于穩(wěn)定，變化不大。綜合考慮，確定適宜焙燒溫度為1 200 ℃。

試驗過程中：1 150 ℃下，焙燒產(chǎn)物體積有所減小，物料球形完好，沒有碎末產(chǎn)生；1 200 ℃下，焙燒產(chǎn)物體積減小明顯，物料球形結(jié)構(gòu)被破壞，有碎末產(chǎn)生；1 300 ℃下，焙燒產(chǎn)物體積進一步減小，球形完全被破壞，焙燒產(chǎn)物呈碎末狀。

3.3 焙燒時間對鉛、鋅揮發(fā)率的影響

焙燒溫度1 200 ℃，添加劑氧化鈣用量10%，焦粉用量40%，焙燒時間對鉛、鋅揮發(fā)率的影響試驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 焙燒時間對鉛、鋅揮發(fā)率的影響

由圖2看出，30～90 min內(nèi)：焙燒時間對鉛揮發(fā)率影響不大，始終保持在98%左右，繼續(xù)焙燒對鉛揮發(fā)率的影響較小；鋅揮發(fā)率隨焙燒時間延長而提高，60 min時達97.6%；焙燒60 min 后，鋅揮發(fā)率趨于穩(wěn)定變化不大。綜合考慮，確定焙燒時間以60 min為宜。

試驗過程中：焙燒30 min時，焙燒產(chǎn)物球形結(jié)構(gòu)基本完好，坩堝底部無焙燒碎末產(chǎn)生；焙燒75 min時，焙燒產(chǎn)物最上層為球殼，下層為碎粉末；焙燒90 min時，焙燒產(chǎn)物幾乎全為粉末，說明揮發(fā)得較為完全。

3.4 焦粉用量對鉛、鋅揮發(fā)率的影響

焙燒溫度1 200 ℃，焙燒時間60 min，添加劑氧化鈣用量10%，焦粉用量對鉛、鋅揮發(fā)率的影響試驗結(jié)果如圖3所示。可以看出：鉛、鋅揮發(fā)率隨焦粉用量增加而顯著提高，在焦粉用量為40%時達最高，之后趨于穩(wěn)定。綜合考慮，確定焦粉用量以40%為宜。

圖3 焦粉用量對鉛、鋅揮發(fā)率的影響

試驗過程中：焦粉用量為10%時，焙燒后坩堝口邊緣有棉棍狀白色物質(zhì)，燒后物料上部被燒化，下部物料仍保持球形結(jié)構(gòu)，整個燒后物料結(jié)塊嚴重，很難取出；焦粉用量為20%時，坩堝口邊緣有少量棉狀白色物質(zhì)，焙燒產(chǎn)物球形結(jié)構(gòu)完好，未發(fā)生在燒化現(xiàn)象；焦粉用量為30%時，棉狀白色物質(zhì)消失，焙燒產(chǎn)物保持球形結(jié)構(gòu)，不粘坩堝；焦炭用量為40%時，白色棉狀物質(zhì)消失，焙燒產(chǎn)物呈粉末狀。

3.5 添加劑用量對鉛、鋅揮發(fā)率的影響

氧化鈣的添加對鉛銀渣中的硫化鋅的分解有促進作用，有利于鋅的揮發(fā)，改善渣型，減少熔渣黏度，有利于對后續(xù)焙燒產(chǎn)物的浮選。焙燒溫度1 200 ℃，焙燒時間60 min，焦粉用量40%，添加劑氧化鈣用量對鉛、鋅揮發(fā)率的影響試驗結(jié)果如圖4所示。

圖4 添加劑用量對鉛、鋅揮發(fā)率的影響

試驗過程中：添加劑用量對焙燒產(chǎn)物的渣形影響較大：添加劑用量為2%時，焙燒產(chǎn)物成團結(jié)塊嚴重，黏結(jié)在坩堝內(nèi)壁，很難取出；添加劑用量為4%～10%時，焙燒產(chǎn)物主要呈球形，結(jié)團黏結(jié)現(xiàn)象不明顯。因為鉛銀渣中SiO2質(zhì)量分數(shù)較高，約為9.37%，加入氧化鈣有助于造渣，使焙燒產(chǎn)物黏度降低，不易黏結(jié)成團。綜合考慮，確定適宜的添加劑氧化鈣用量為4%。

4 結(jié)論

通過高溫焙燒，可以使鉛銀渣中的鉛、鋅揮發(fā)進入煙塵，之后再從煙塵中回收鉛、鋅。鉛銀渣中加入焦粉和添加劑氧化鈣，有助于鉛、鋅揮發(fā)并降低焙燒產(chǎn)物黏度。適宜條件下，鉛、鋅揮發(fā)率分別高達98.85%和97.6%，揮發(fā)效果較好。