熔化-煙化法處理鉛銀渣中鋅的揮發(fā)行為的研究

蘇瑞娟

（甘肅有色冶金職業(yè)技術學院，甘肅 金昌 737100）

0 引言

金屬鋅[1]是一種極為重要的重金屬，目前，國內提取金屬鋅主要以濕法為主。傳統(tǒng)火法煉鋅的設備自動化程度較低，會造成嚴重污染。而濕法煉鋅的設備自動化程度高，污染相對較小，但依然會產生渣。由于濕法煉鋅工藝常采用高溫高酸[2]浸出，產生的渣為鉛銀渣，里面含有多種可以再次回收利用的有價金屬。因此，合理有效地回收鉛銀渣中的有價金屬迫在眉睫。合理回收鉛銀渣不僅可以產生經(jīng)濟效應[3]，而且可以帶來環(huán)境效益。合理有效地利用好鉛銀渣，可以起到保護環(huán)境的作用。目前，我國主要回收鉛銀渣的方法，可以分為傳統(tǒng)技術和新興技術。傳統(tǒng)技術以火法為主，包括浮選法[4]、回轉窯揮發(fā)法、配入鉛冶煉系統(tǒng)（QSL 煉鉛法、基夫賽特煉鉛法、SKS 煉鉛法）固化穩(wěn)定法、還原造锍熔煉處理和熱處理技術等，新興技術很少得到推廣。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

實驗原料包括鉛銀渣、煤粉和石灰石（CaO）。

1.2 實驗步驟

先將大塊的鉛鋅渣加工成小的碎塊，將小塊的鉛鋅渣均勻散布至蒸發(fā)皿底部，置于恒溫干燥箱內，設定溫度為100 ℃，干燥10 h 后進行破碎。稱取鉛鋅渣、碳粉和石灰，并攪拌混合均勻。將攪拌混合均勻的鉛銀渣進行壓片，制得的樣品放至坩堝內，在馬弗爐中進行化學反應。

2 結果與分析

2.1 鉛銀渣微觀物理形貌分析

鉛銀渣在1 000 倍高等倍率下的掃描電鏡圖如圖1 所示。

圖1 鉛銀渣掃描電鏡圖

由圖1 可知，鉛銀渣形貌呈不規(guī)則微細粒狀或形成晶粒狀集合體。部分礦物嵌布粒度較細分散在脈石基體中，嵌布粒度在300 μm 之間，與脈石嵌布關系密切，多與脈石接觸界線多呈港灣狀、孤島狀等比較復雜形態(tài)，少部分比較平滑，回收時會粘連部分脈石。另一部分礦物被少量脈石礦物包裹，形態(tài)不規(guī)則，界線不明顯。

2.2 鉛銀渣煙塵的微觀物理形貌分析

鉛銀渣煙塵在1 000 倍高等倍率下的掃描電鏡圖如圖2 所示。

圖2 鉛銀渣煙塵掃描電鏡圖

由圖2 可知，煙塵中絕大數(shù)顆粒為單一透明顆粒，且為同一相。有極少一部分是不透明的，圖中的氧化鋅為膠狀團狀，鉛銀渣煙塵中氧化鋅所占的百分比，也就是嵌布粒度，在50～300 μm 之間。

鉛銀渣煙塵能譜儀圖如圖3 所示。

圖3 鉛銀渣煙塵能譜

由圖3 可知，鉛銀渣煙塵中含量較高的的金屬元素主要有Zn、Pb、Ag 和Zr 等。

2.3 鉛銀渣的XRD 分析

鉛銀渣X 射線衍射圖，如圖4 所示。

圖4 鉛銀渣X 射線衍射圖

由圖4 可知，鉛銀渣里含有CaSO4、ZnFe2O4、SiO2、Fe2O3、ZnSO4及KFe3（SO4）2（OH）6等多種化合物。Zn元素的賦存狀態(tài)主要為ZnFe2O4和ZnSO4。

2.4 鉛銀渣煙塵的XRD 分析

2.4.1 溫度對鉛銀渣中金屬回收率的影響

溫度在1 200 ℃和1 300 ℃下，含煤粉量（煤粉質量分數(shù)，全文相同）分別為40%、50%和60%時得到的XRD 圖，如圖5、圖6 和圖7 所示。

圖6 50%煤粉量煙塵XRD 圖

圖7 60%煤粉量煙塵XRD 圖

由圖5、圖6 和圖7 可知，在31°、37°、48°和57°衍射角度，鉛銀渣煙塵中的主要物相表現(xiàn)為ZnO。在26°、34°和67°衍射角度，鉛銀渣煙塵中的主要物相表現(xiàn)為Zn2SiO4。雖然存在兩種物相，但是，氧化鋅物相峰的數(shù)量和高度明顯比硅酸鋅物相的要多且高（XRD 圖譜峰的面積表示晶體含量，面積越大，晶相含量越高。XRD 圖譜峰高如果是A 峰相對B峰高很多，那么A 就比B 含量高）。因此，可以得出，氧化鋅是鋅在煙塵中的主要存在形式。1 200 ℃、31°衍射角時，氧化鋅結晶度最高，但未檢測到鉛的物相，說明鉛的含量很低。圖中都含有雜峰，說明里面含有各種雜質，并不只是氧化鋅。經(jīng)計算，得出鋅的揮發(fā)率，圖5 中，1 200 ℃時，鋅的揮發(fā)率為87.4%；1 300 ℃時，揮發(fā)率為89.4%。圖6 中，1 200 ℃時，鋅的揮發(fā)率為88.6%；1 300 ℃時，揮發(fā)率為89.7%。圖7 中，1 200 ℃時，鋅的揮發(fā)率為88.9%；1 300 ℃時，揮發(fā)率為91.4%。

2.4.2 碳含量對鉛銀渣中金屬回收率的影響

溫度為1 200 ℃、1 300 ℃時，煤粉量分別為40%、50%和60%下得到的XRD 圖譜如圖8、圖9 所示。

圖8 1 200 ℃煤粉量煙塵XRD 圖

圖9 1 300 ℃煤粉量煙塵XRD 圖

由圖8、圖9 可知，在31°、37°、48°和57°衍射角度，鉛銀渣煙塵中的主要物相表現(xiàn)為ZnO，在26°、34°和67°衍射角度，鉛銀渣煙塵中的主要物相表現(xiàn)為Zn2SiO4。雖然存在兩種物相，但氧化鋅物相峰的數(shù)量和高度明顯比硅酸鋅物相的要多且高。因此，可以得出，氧化鋅是鋅在煙塵中的主要存在形式。w（C）為60%、31°衍射角時，氧化鋅結晶度最高，但未檢測到鉛的物相，說明鉛的含量很低。圖中都含有雜峰，說明里面含有各種雜質，而并不只是氧化鋅。經(jīng)計算得出鋅的揮發(fā)率，圖8 中，當煤粉含量分別為40%、50%和60%時，鋅的揮發(fā)率分別為84.4%、88.4%和91.0%。圖9 中，煤粉含量分別為40%、50%和60%時，鋅的揮發(fā)率分別為88.4%、88.4%和91.9%。

在不同溫度、不同碳含量條件下進行煙塵的X 射線衍射分析，在1 300 ℃、60%碳含量時，煙塵里的ZnO 的結晶度是最好的，元素Zn 的揮發(fā)最好，高達91.9%。

3 結論

本實驗采用正交試驗、控制變量等方法，對鉛銀渣中的有價金屬進行煙化揮發(fā)處理，得到如下結論：

1）鉛銀渣呈不規(guī)則微細粒狀或形成晶粒狀集合體。

2）鉛銀渣中鋅的主要賦存狀態(tài)為ZnFe2O4、ZnSO4。

3）當系統(tǒng)溫度為1 300 ℃、煤粉含量為60%時，鉛銀渣中有價金屬的回收率高達91.9%。