一段焙燒回收鉛鋅浮選尾礦中的鐵和硫

陳偉軍

（廣東中金嶺南環保工程有限公司，廣東 韶關 512000）

國內某大型鉛鋅礦經過多年的開采與生產產生了大量的尾礦，尾礦產生量由由投產初期的20萬t/年增加到目前的70萬t/年，30多年來共產生尾礦約1000余萬t，除部分用于井下充填外，其它均堆存于尾礦庫。尾礦庫運行多年，不僅造成嚴重的環境污染問題，且由于儲量大，尾礦庫占用大量土地資源，且面臨潰壩的風險，給周邊居民生命財產安全帶來巨大的隱患。經過尾礦資源調查結果顯示，凡口鉛鋅礦鋅尾溢流尾礦中Fe含量約18%～25%、S含量約20%～26%，兩者含量接近尾礦的50%，若將其回收利用，不僅能緩解尾礦堆積造成的環境污染，還能變廢為寶，產生一定經濟效益。本研究通過全面分析尾礦資源特性解析有價元素的賦存狀態、物相種類、含量及分布等因素，確定了“磁化焙燒-磁選-尾氣制酸”的工藝路線，以達到綜合回收利用鉛鋅浮選尾礦中鐵和硫的目的。

現有火法回收硫鐵的工藝多為兩焙燒，即一段脫硫，二段還原磁化焙燒，工藝復雜，成本高昂。為簡化工藝流程，降低生產成本，本研究針對一段焙燒，同步脫硫磁化焙燒開展了試驗[1]。

1 分析化驗方法

（1）煙氣中二氧化硫的測定：碘量法測定焙燒尾氣中的二氧化硫濃度。

（2）焙燒熟料磁性測定：本次試驗采用XCGS型磁選管，采用“高磁場粗選-低磁場精選”的工藝流程來測定焙燒熟料磁性物質的含量，以判定一段磁化焙燒的效果。

（3）物料中Fe含量的測定：EDTA滴定法測定原料及熟料中Fe的含量。

2 一段焙燒條件優化試驗研究

通過S、Fe回收理論分析及前期小試試驗研究可知，通過焙燒工藝條件的優化，可實現一段焙燒回收鉛鋅尾礦中的S、Fe資源。項目組在現場開展了中試試驗，研究了不同焙燒條件對S、Fe一段焙燒回收的影響。

2.1 焙燒溫度對鉛鋅尾礦S、Fe回收率的影響

表1為不同焙燒溫度對鉛鋅尾礦S、Fe回收率的影響，由表可知，在填充率為7%，停留時間30min，氣料比為3.11L/g時，在焙燒溫度區間為600℃～900℃的條件下，煙氣中SO2濃度均大于6%，說明煙氣焙燒濃度完全滿足制備硫酸的要求。而焙燒溫度對Fe磁選回收率影響較大，焙燒溫度為600℃時，精礦Fe的回收率僅為7%，精礦產率僅為3.5%，而結合表1可知，燒渣有效S含量僅為2.2%，說明在低溫條件下，回轉窯內負壓較高，硫、鐵相對較易被氧化，分別形成SO2及三價Fe，導致燒渣磁選精礦產率低，Fe回收率低。焙燒溫度升高至750℃時，Fe回收率升高至92%，當焙燒溫度為800℃時，回收率降低至72%。焙燒溫度對精礦Fe品位影響較小，但焙燒溫度達到900℃時，Fe回收率達到87.2%，精礦產率達到55.6%，但精礦Fe品位僅為38.3%，說明溫度過高時，Fe與其它元素相互結合，形成了磁性較強的物質，提高了精礦產率，但由于Fe與其它元素的結合，導致精礦產品Fe品位較低。由溫度試驗結果可知，焙燒溫度為700℃～750℃時，有利于Fe的磁選回收[2]。

2.2 氣料比對鉛鋅尾礦S、Fe回收率的影響

表2是不同給氣量對有效S回收的影響，由表可以看出，當焙燒溫度為600℃、填充率7%、停留時間30min的條件下，隨著氣料比的增加，燒渣中有效S降低，有效S回收率升高。當氣料比達到2.89L/g時，有效S回收率達到91.1%。進一步提高氣料比達到3.33L/g時，燒渣中仍有1.7%的有效S，因此僅靠提高給氣料比，無法進一步提高有效S的回收率。

另外，由表可以看出，雖然氣料比不同，但是煙氣中SO2濃度均高于6%，滿足制酸要求。同時，由表中還可以看出，在氣料比為3.11L/g時，鐵精礦產率較低，僅為3.5%，因此Fe的回收率僅為7.3%。降低氣料比至2.89L/g時，精礦產率升高至24.1%，而進一步降低給氣量時[3]，精礦產率改變不大，而空氣量的下降將導致有效S回收率的降低。因此，最佳氣料比應低于3.11L/g，高于2.89L/g。

表2 氣料比對鉛鋅尾礦S、Fe回收率的影響（t=30min，T=600℃，90kg/h，3000GS+500GS）

表3 填充率對鉛鋅尾礦S、Fe回收率的影響 （t=30 min，T=750℃，3000GS+500GS）

2.3 填充率對鉛鋅尾礦S、Fe回收率的影響

填充率是回轉窯設計的重要參數，主要與窯管內徑、停留時間及給料速度等參數有關，而填充率的大小直接影響物料與空氣接觸效率，從而影響有效S回收率及Fe的氧化率。表3為不同填充率對礦泥有效S回收率的影響，由表可見，焙燒溫度、轉速及給氣量一定時，當填充率達到9.52%時，焙燒燒渣中有效S含量高達6.7%，煙氣二氧化硫濃度僅為3.97%。相同焙燒條件下，當填充率為9.52%時，煙氣二氧化硫濃度可達6.24%。

給料速度決定了填充率大小，當填充率過低時，給料速度較小，從而導致回轉窯處理量降低，導致硫總量降低，在氣量不變的條件下，二氧化硫濃度也進而降低。

此外，根據《化工回轉窯設計規定》可知，回轉窯常用填充率為5%～15%，因此回轉窯填充率不宜選擇3.57%。當填充率為7.14%時，煙氣二氧化硫濃度可達6.15%。此外，從表中還可看出，精礦Fe品位隨填充率的增加而升高。在填充率為9.52%時，精礦Fe品位可達55.02%，精礦產率僅為33.8%，且Fe回收率僅為80.3%，說明高填充率時，尾礦中有效S、Fe并未被完全氧化，仍多以硫鐵存在，被氧化的Fe多以Fe3O4存在，因此Fe的回收率較低，當填充率為7.14%時，精礦Fe品位可達55.59%，精礦產率達到49.74%，Fe的回收率也提升至92%，因此，綜合考慮以上因素，最佳填充率選擇7.14%。。

通過鉛鋅尾礦一段焙燒試驗表明，焙燒溫度750℃，給料量為90kg/h，給氣量為280m3/h時，窯內填充率為7.14%的條件下，煙氣中SO2濃度能滿足制酸標準，焙燒熟料經磁選回收可得到Fe品位大于55%的鐵精礦產品[4]。