鉛鋅冶煉渣綜合回收利用研究

王光輝　王海北　張帆　劉貴清

摘 要：我國鉛鋅冶煉企業每年產生大量的鉛鋅冶煉渣。這些廢渣既是一種危險廢物，又是一種重要的二次資源。對鉛鋅冶煉廢渣，提出磁化焙燒—弱磁選的工藝方案，該技術方案具有生產效率高、資源利用率高、節能環保等優點。不僅能有效回收鉛鋅冶煉渣中的有價金屬，而且又實現了鉛鋅冶煉渣的無害化處理。

關鍵詞：鉛鋅冶煉渣；磁化焙燒；弱磁選；無害化處理

中圖分類號：X756 文獻標識碼：A 文章編號：2095-7394（2017）02-0007-06

近10幾年來，世界鉛、鋅精礦和鉛、鋅生產量的增量主要來自中國。中國已經成為名副其實的世界鉛、鋅生產加工國，2016年，我國鉛鋅產量達到1 094萬t。[1-2]與此同時，大量廢渣的排放帶來的有價金屬損失及給周圍居民帶來的環境問題日益突出。據統計，鉛冶煉系統每生產萬噸鉛排放7 100t廢渣，每生產萬噸鋅排放9 600t渣，渣場堆積成山，數量過億噸，為此，鉛鋅冶煉廢渣的資源化及無害化處理是鉛鋅行業未來可持續發展的必由之路。[3-4]

鉛鋅冶煉渣的綜合利用技術主要包括火法、濕法以及選冶聯合的方法?；鸱ㄌ幚碇饕谢剞D窯法即威爾茲法、煙化法、奧斯麥特法、基夫賽特法、旋渦爐等方法[5-6]；濕法處理采用酸或堿性浸出方式，回收其中的有價金屬。田萬東[7]驗證了用鉛鋅冶煉渣代替鋼屑混合加料生產硅酸鋇鋁合金的可行性；閆亞楠等人[8]以畢節赫章煉鋅尾渣為主要原料制備的免燒普通磚和砌塊28d抗壓強度可達到15MPa以上；陳永明等[9]提出了先堿浸分解鐵礬渣，再選擇性酸浸Zn 和In的全濕法工藝。薛佩毅[10]提出焙燒—浸出黃鉀鐵礬渣中多種有價金屬。梁彥杰，柴立元[11]等提出選冶聯合工藝處理冶煉渣，采用水熱硫化法處理含鋅中和污泥，再通過浮選回收人造硫化礦使重金屬得到回收。

1 鉛鋅冶煉渣工藝礦物學研究

1.1 物料來源及化學組成

本課題實驗原料來自某鉛鋅冶煉廠的鉛鼓風爐熔煉后的水淬渣。其中鐵、鉛、鋅含量見表1，隨后對冶煉渣磨礦處理，其粒度如圖1所示：鉛鋅冶煉渣粒度98%達到200目。

1.2 鉛鋅冶煉渣的礦物組成

鉛鋅冶煉渣中主要含有鐵氧化物，鉛鋅氧化物以及硅酸鹽等。為達到綜合利用的效果，對鉛鋅冶煉渣原料中鐵進行了物相分析，分析結果如表2所示。

由表2可知，鉛鋅冶煉渣中鐵主要是由強磁性的金屬Fe、磁性鐵以及弱磁性的赤褐鐵礦組成，其中弱磁性褐鐵礦含鐵約占全鐵的66.30%。

通過掃描電鏡分析（圖2）和鐵物相分析，可以看出：鉛鋅冶煉渣中鐵分布比較分散，與硅酸鹽相互包裹，分布不集中，造成選礦困難，由此可知，欲將赤褐鐵礦中的鐵回收，必須將其與硅打開，只有這樣，才能回收鐵精礦，否則，會造成鐵精礦品位不高，鐵精礦無法利用的局面。鉛分布相對比較集中，鋅主要與鐵和硅酸鹽包裹較多。

1.3 實驗試劑及設備

煤粉：無煙煤（C含量為75%）；DTCXG-ZN50型磁選管；XCSQ型濕式強磁選機；管式爐：貝意克BTF-1500℃管式爐。

2 磁化焙燒原理

還原焙燒原理就是利用煤粉與鉛鋅冶煉渣發生還原反應。最終使褐鐵礦還原反應生成四氧化三鐵，并使渣中的鉛鋅等金屬化合物被還原成金屬的過程。由于Zn、Pb、PbO的蒸汽壓較大，因此，Zn、Pb、PbO以氣態揮發。氣相中的鉛鋅隨爐氣上升到爐子的上部空間或煙道系統，遇到CO2和吸入的空氣再度被氧化為ZnO和PbO，最終以氧化物的形式被捕集到煙塵中。還原過程的主要反應如下：

根據熱力學計算，Fe2O3被還原成Fe3O4和FeO是不可避免的，但是他們進一步被還原則需要相當強的還原氣氛，因此，在磁化焙燒過程中被還原成金屬鐵的可能性很小，即使局部被還原成鐵，也會按照下個方程式被氧化：

只有隨著氧化鋅的逐步降低，渣鋅含量小于3%的情況下，才有可能被還原成金屬鐵。

3 結果與討論

3.1 溫度對還原焙燒的影響

固定條件如下：煤粉加入量：15%；焙燒時間：60min；磁場強度：140mT

表3可知，溫度對還原焙燒影響很大，當溫度在950℃時，鐵精礦品位僅為28.28%，回收率為69.15%，當溫度提高到1 100℃時，精礦鐵品位提高到58.82%，精礦品位提高了2倍；同時，鉛揮發率達到74.72%，鋅揮發率為96.30%，鐵回收率達到89.89%。主要原因是由于溫度提高到1 050～

1 100℃，增強了煤粉的活性，使煤粉與鉛鋅冶煉渣反應能夠快速進行；另外，管式爐能夠保持很好的還原氣氛，所以能夠促使還原反應順利進行。

3.2 保溫時間對還原焙燒的影響

本組固定條件如下：煤粉加入量：15%；焙燒溫度：1 100℃；磁場強度：140mT。

由表4所示：鉛鋅冶煉渣與煤粉的還原反應能夠快速進行，在較短時間內就能完成。鉛鋅冶煉渣中鐵精礦品位在還原反應40min后達到最大，精礦中鐵品位達到64.69%，鉛揮發率達到66.67%，鋅揮發率達到97.08%。延長時間反而造成精礦中鐵品位的下降，主要因為隨著保溫時間延長，可能造成鐵重新被氧化，從而造成精礦中鐵品位的下降。

3.3 煤粉加入量對還原焙燒的影響

本組條件固定如下：保溫時間：40min；焙燒溫度：1 100℃；磁場強度：140mT。

由表5可知：鐵精礦品位隨著煤粉加入量增加，精礦品位也有所增加，但增加幅度不大，煤粉加入量10%時，精礦鐵品位為57.96%，鐵回收率達到91.03%；當煤粉加入量為15%時，精礦鐵品位為64.69%，鐵回收率達到92.76%，同時，鉛揮發率66.67%，鋅揮發率達到97.08%，鉛鋅可以通過煙塵回收，達到了綜合利用鉛鋅冶煉渣的目的。

3.4 綜合條件實驗

通過對溫度、保溫時間和煤粉加入量的探索試驗，確定了最佳試驗條件。

溫度：1 100℃；保溫時間：40min；煤粉加入量：15%；磁場強度：140mT

并對綜合條件重新進行驗證，結果如表6所示。

由表6可知：在綜合條件下，鐵精礦品位在62.15%～63.24%，精礦鐵回收率在92.41%～95.55%，鉛揮發率67.54%～69.14%，鋅揮發率93.95%～95.47%。

并對鉛鋅冶煉渣磁選精礦進行XRD分析，如圖3所示。

由鐵精礦XRD圖可知，鐵精礦中主要還是金屬鐵，還含有少量鉛和硅酸鹽。這說明在焙燒過程中，由于還原氣氛較強，赤褐鐵礦被還原為金屬鐵。這主要由于在高溫下，鐵的價態及其不穩定；另外，由于較強的還原氣氛，鉛65%以上揮發，鋅97%以上都得到揮發，四氧化三鐵向著更穩定的金屬鐵方向轉化。

4 結論

（1）通過對鉛鋅冶煉渣的工藝礦物學分析：鉛鋅冶煉渣中主要含有鐵氧化物，鉛鋅氧化物以及硅酸鹽；鐵主要是由強磁性的金屬Fe、磁性鐵以及弱磁性的赤褐鐵礦組成，其中弱磁性褐鐵礦含鐵約占全鐵的66.30%。

（2）通過管式爐對鉛冶煉渣進行還原焙燒試驗，由于管式爐能保持較好還原氣氛，赤褐鐵礦得到充分還原，在最佳條件下鐵精礦品位在62.15%～63.24%，精礦鐵回收率在92.41%～95.55%，鉛揮發率67.54%～69.14%，鋅揮發率93.95%～95.47%。

參考文獻：

[1] 王成彥，陳永強.中國鉛鋅冶金技術狀況及發展趨勢：鉛冶金[J].有色金屬科學與工程，2016，7（6）：1-7.

[2] 國家統計局.2016我國銅鉛鋅鋁產量穩定增長[EB/OL].（2017-01-23）[2017-02-21].http：//data.stats.gov.cn/.2017.

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[4] 候曉波.鉛鋅冶煉渣處理的系統分析及研究[J].云南冶金，2011，40（3）：42-46.

[5] 彭容秋，任鴻九，張訓鵬.鉛鋅冶金學[M].北京：科學出版社，2003.

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[10] 薛佩毅，巨少華，張亦飛，等.焙燒—浸出黃鉀鐵礬渣中多種有價金屬[J].過程工程學報，2011，11（1）：56-59.

[11] Liang Y J， Chai L Y，Liu H， et al.Hydrothermal sulfidation of zinc-containing neutralization sludge for zinc recovery and stabilization [J].Minerals Engineering，2012，25（1）：14-19.

Comprehensive Recycling Research on the Lead -zinc Smelting Slag

WANG Guang-hui， WANG Hai-bei，ZHANG Fan，LIU Gui-qing

（Xuzhou Bgrimm Metal Recycling Institute，Xuzhou 221006，China）

Abstract： Lead and zinc smelting slag，a kind of hazardous solid waste，is produced in the process of lead and zinc smelting，which has become important resource.magnetization roasting - weak magnetic separation technology is put forward in this paper， which has following advantages：high production eficiency，hish resource utilization，energy conservation，environment protection and so on.The valuable metal in lead and zinc smelting slag can be recycled efectively，and the harmless treatment of lead and zinc smelting slag is realized too.

Key words： lead and zinc smelting slag； magnetization roasting； weak magnetic separation； harmless treatment

責任編輯 張志釗