硫化鋅精礦沸騰焙燒工藝特點探析

陶家榮

摘 要：在煉鋅的過程中，鋅精礦的沸騰焙燒是第一道工序，也是最關鍵的一道工序。沸騰焙燒后的焙砂能否達到后續煉鋅工序的質量要求，關系著整個煉鋅過程能否順利進行。鋅精礦的物理狀況及其化學成分都將對其沸騰焙燒過程和后續的煉鋅工序產生重要的影響。簡要介紹和對比了魯奇式沸騰爐氧化焙燒和硫酸鹽化焙燒工藝技術，探析了鋅精礦沸騰焙燒的特點和影響因素，并據此提出了科學的預防和控制措施，同時，還指出了沸騰焙燒技術未來的研究和發展方向，以期為日后的相關工作提供參考。

關鍵詞：鋅精礦；沸騰焙燒；鋅冶煉；焙砂

中圖分類號：TF046.2 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.18.074

現代煉鋅方法主要有火法煉鋅和濕法煉鋅2種。火法煉鋅包括平罐煉鋅、豎罐煉鋅、密閉鼓風爐煉鋅和電爐煉鋅；濕法煉鋅指電解法煉鋅，它根據不同的浸出沉鐵工藝又可分為黃鉀鐵釩法、針鐵礦法和赤鐵礦法等。除了鋅精礦直接氧壓浸出外，無論是火法煉鋅，還是濕法煉鋅，鋅精礦的沸騰焙燒都是第一道必不可少的工序。鋅精礦的沸騰焙燒是固體流態化技術在鋅冶煉工業中的具體應用。沸騰焙燒爐內沸騰層高度在1～1.5 m，沸騰層溫度高達849.85～1 149.85℃，爐內熱容量大且均勻，反應速度快，強度高，傳熱傳質效率高，溫差小，精礦與空氣接觸時間長，大大強化了焙燒過程，這對促進煉鋅工業的發展有重要的意義。目前，國內外煉鋅企業使用的焙燒爐主要有道爾型和魯奇型2種，國內鋅冶煉沸騰焙燒以魯奇式沸騰爐為主，所以，本文主要分析了魯奇爐在高溫（1049.85～1099.85 ℃）氧化焙燒和在低溫（939.85～979.85 ℃）硫酸鹽化焙燒條件下的特點和區別。

1 硫化鋅精礦沸騰焙燒技術概況

1.1 氧化焙燒

氧化焙燒的目的是去除硫化礦中全部或部分硫，使硫化物變成氧化物。氧化焙燒主要分為2種：①把鋅精礦中的硫全部燒盡，所得焙燒礦僅由氧化物組成。這種焙燒稱作死焙燒?；鸱掍\采用的就是這種死焙燒。②部分燒去硫，比如銅、鎳硫化礦的焙燒就采用部分氧化焙燒。

氧化焙燒主要是為了得到適用于火法煉鋅用的焙砂。在實施過程中，要求該道工序除了把精礦硫含量脫除至最低限度外，還要脫除大部分精礦中鉛、鎘等主要雜質，以便得到較好的還原指標。高溫氧化焙燒主要是利用鉛、鎘的氧化物和硫化物的揮發性大以及硫酸鋅的分解特性去除雜質。在沸騰層中，硫、鉛、鎘的脫除主要取決于焙燒溫度。生產實踐表明，在過?？諝饬繛?0%的條件下，焙燒礦中硫、鉛、鎘的含量會隨著沸騰層溫度的升高而降低，具體情況如表1所示。

1.2 硫酸鹽化焙燒

硫酸鹽化焙燒主要是為了得到適合濕法煉鋅浸出工序使用的焙砂。這種焙砂要求，其中要含有一定數量硫酸鹽形態的硫。為了保證在脫除大部分硫的同時又能獲得一定數量硫酸鹽形態的硫，沸騰層焙燒溫度不能像高溫氧化焙燒時那樣高，焙燒過程是在氧化氣氛中進行的。但是，其溫度比較低，應低于硫酸鋅的分解溫度，一般為939.85～979.85 ℃。焙燒溫度對部分硫酸化焙燒礦質量的影響如表5所示。

1.3 2種焙燒方法的對比

火法煉鋅要求通過氧化焙燒除去全部硫和絕大部分的鉛、鎘，從而得到以金屬氧化物組成的多孔度的粒度比較粗的焙砂。如此可以強化還原熔煉蒸餾過程，產出比較純的粗鋅，提高粗鋅精餾的直收率。濕法煉鋅則要求硫酸鹽化焙燒盡可能地使金屬硫化物變成氧化物，得到粒度比較細的焙砂，并得到少量的硫酸鹽，同時，使砷、銻氧化揮發除去，并盡可能少產出不溶于稀硫酸的鐵酸鹽。

2 鋅精礦沸騰焙燒特點分析

在未經處理的硫化鋅精礦中，鉛元素主要以硫化鉛的形式存在，而硅元素主要以石英的形式存在。經過高溫焙燒后，硫化鉛發生氧化還原反應，形成了氧化鉛。如果鋅精礦中的鉛和硅含量過高，沸騰焙燒過程中產生的大量氧化鉛與二氧化硅就會發生反應，生成熔點比較低的硅酸鹽。這些低熔點硅酸鹽熔化后會形成一種黏合劑，將產出的焙砂黏合在一起，大大降低了焙砂的產率。不僅如此，如果被黏合的焙砂過多，還會造成嚴重的燒結事故。在鋅精礦沸騰焙燒的過程中，氧化鉛、氧化鋅在特定的溫度和酸性氣體的共同作用下，會與硅的氧化物發生反應，生成PbO·SiO2和ZnO·SiO2，這兩者都會在冷卻盤管的外側形成一層致密物質，大大降低了沸騰爐中冷卻盤管的散熱效果，導致爐內溫度過高，出現焙砂的黏稠度增大和焙燒爐排料口堵塞等問題。增大焙燒過程中的風料比有助于吹散爐內結塊，降低黏結性；降低焙燒爐的溫度，可以減少低熔點黏結物的熔融效應，減少焙砂被黏結的可能，預防燒結事故的發生。

在工業焙燒溫度下，氧化鋅的蒸氣壓非常小，幾乎可以忽略不計，氧化鉛的蒸氣壓則具有一定的數值。同時，鋅、鉛的硫化物的蒸氣壓都大于其氧化物的蒸氣壓，因此，可以采用高溫焙燒來氣化脫鉛。提高焙燒溫度可以降低焙砂中的鉛含量。另外，降低過?？諝庀禂担O法使鉛以硫化物而不是氧化物揮發，也可以提高脫鉛率，但是，降低過?？諝庀禂禃е卤荷爸袣埩蚝吭黾?。熔融狀態下的硅酸鉛還可以與其他金屬氧化物形成復雜的硅酸鹽。對于濕法煉鋅，入爐精礦的含鉛量在1.5%以下，含硅量在2.5%以下；對于火法煉鋅，硅酸鹽的生成對其影響不大，無需過多要求。

鋅精礦的粒度對沸騰爐的生產穩定運行影響非常大。鋅精礦粒度越大，著火溫度會隨著升高，沸騰焙燒時反應速度則會下降，而且大顆粒精礦會造成局部堆積，影響沸騰效果甚至堵塞風帽。粒度偏細則會造成細顆粒鋅精礦在煙氣系統中燃燒，沸騰爐煙氣出口的溫度很高，導致大量的顆粒燃燒，使煙氣系統出現黏結的情況。頻繁的清理工作也大大降低了作業的連續性，影響了生產效率。

鋅精礦氟元素含量主要影響冶煉煙氣制酸，如果氟含量過高，會導致焙燒產生的煙氣中氟含量增加。煙氣中的氟元素危害性極大，它不僅會腐蝕制酸工藝設備中的瓷磚、瓷環等，還會嚴重破壞催化劑的載體，使催化劑粉化，增加轉化器的阻力，降低轉化效率，從而縮短設備的使用壽命。

3 沸騰焙燒技術未來的研究和發展方向

為了改善沸騰焙燒過程中產生的煙氣質量，提高焙燒爐對高雜原料的處理能力，應研發新型的沸騰焙燒技術和裝備，從根本上提升沸騰焙燒技術水平。總的來說，沸騰焙燒爐正在向大型化、采用富氧空氣、擴大爐膛空間、利用余熱和自動化控制等方向發展。

目前，沸騰焙燒工藝已經從利用空氣焙燒發展到富氧焙燒，從單層焙燒發展到雙層或者多層焙燒等。其中，富氧焙燒技術是在焙燒過程中通入氧氣焙燒的一種方法，它與空氣焙燒相比，具有以下優點：①氧氣濃度高，可以適當降低焙燒溫度；②焙砂質量好，金屬回收率高；③大大提高了焙燒爐生產率，減小了煙氣體積，提高了煙氣二氧化硫的濃度；④工藝設備可實現小型化，減少投資。

砷、汞等物質所帶來的污染問題嚴重困擾著我國眾多鋅冶煉企業，特別是當砷和汞同時存在于同一生產流程時，其處理更是難上加難。為此，在沸騰焙燒過程中，有害物質分離與處理的研究工作受到了人們的高度重視。雙層焙燒技術是指焙燒爐內有2個沸騰層，一層在另一層之上，各層之間不是以爐柵隔開，而是在不同平面上送入空氣，將沸騰層分開，在爐的下部送入足以使爐料沸騰的風量，在上部補送風量，使其形成渦流沸騰層。雙層焙燒爐熱效率比較高，而且上下兩層可以采用完全不同的焙燒制度，這對砷、汞和其他有害雜質的去除有很大的幫助。焙燒爐的上層沸騰床運用低溫缺氧焙燒技術，保證了砷元素和汞元素的快速揮發，而下層的沸騰床則運用高溫過氧焙燒技術，這樣有助于原料中硫元素的去除。將鋅精礦中的有害雜質去除后，必須妥善處理產生的污染物，防止發生二次污染事件。

4 結論

為濕法煉鋅或火法煉鋅提供符合質量要求的焙砂半成品是鋅精礦沸騰焙燒的首要目的，完成金屬鋅及其化合物的生產是其最終任務。本文簡要研究和探析了鋅精礦沸騰焙燒的工藝技術特點，以期幫助工藝技術管理人員分析和解決沸騰焙燒實際生產過程中可能發生的問題。這樣，有利于煉鋅企業優化沸騰焙燒的工藝技術指標，降低生產成本，提高生產效率，增加系統產能。

參考文獻

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〔編輯：白潔〕