高溫還原揮發(fā)法處理氧化鉛鋅礦的試驗研究

孫明生

（1.巴彥淖爾紫金有色金屬有限公司，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015543；2.河套學(xué)院理學(xué)系，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015000）

氧化鉛鋅礦石的處理一直是一個難題。目前，氧化鉛鋅礦的處理方法主要是浮選法和冶金法。國內(nèi)某企業(yè)的礦山廠地表砂礦和坑內(nèi)脈礦為性質(zhì)復(fù)雜、高度氧化的難選氧化鉛鋅礦石，以碳酸鹽和硅酸鹽為主，常規(guī)的選礦方法很難處理該類型礦石[1-5]。

根據(jù)該氧化鉛鋅礦含碳酸鹽較多的特點(diǎn)，本試驗采用高溫還原揮發(fā)法從該氧化鉛鋅礦中揮發(fā)、回收鉛和鋅，對礦石粒度、無煙煤用量、還原溫度、反應(yīng)時間等因素進(jìn)行考察，得到最佳工藝條件。

1 試驗部分

1.1　試驗原料

試驗原料為國內(nèi)某企業(yè)寄來的氧化鉛鋅礦，礦樣中Pb、Zn含量分別為2.04%和30.35%，二氧化硅含量為7.09%，SiO2/（CaO+MgO）約為0.70，還含有少量的鋁和鐵，其余雜質(zhì)含量均較低。主要成分如表1所示。

還原劑采用無煙煤，其主要成分如表2所示。

1.2　試驗方法

高溫還原揮發(fā)試驗在馬弗爐中進(jìn)行。先將礦樣與無煙煤混合均勻，放入方形剛玉坩堝中，然后將坩堝放入馬弗爐中加熱到一定溫度并保溫，還原揮發(fā)一定時間后，取出燒渣樣品自然冷卻，對渣中化學(xué)成分進(jìn)行分析，計算主要元素的還原揮發(fā)率。

表1　氧化鉛鋅礦化學(xué)成分

表2　無煙煤工業(yè)成分分析

2　試驗原理

鉛鋅礦中的鉛和鋅主要以碳酸鹽形態(tài)存在，由于礦物中還含有一定量的硅，因此少量鉛和鋅以硅酸鹽形態(tài)存在，在還原揮發(fā)過程中主要發(fā)生如下反應(yīng)：

礦物中含有氧化鈣，可促進(jìn)硅酸鋅的還原：

鉛和鋅被還原后以氣體狀態(tài)揮發(fā)出來，在氧化性氣氛條件下生成氧化鋅和氧化鉛煙塵，收集回收后作為鉛鋅冶煉的原料。

3　結(jié)果與討論

3.1　礦石粒度對鉛鋅揮發(fā)率的影響

控制還原溫度為1 250℃，高溫還原時間為2 h，無煙煤量/礦量為15%條件下，分別考察礦石粒度為≤5 mm、≤3 mm、≤1 mm、≤0.2 mm、≤0.1 mm條件下對鉛鋅揮發(fā)率的影響。試驗結(jié)果如圖1所示。

圖1　礦石粒度對揮發(fā)率的影響

由試驗結(jié)果可以看出，隨著礦石粒度的減小，鉛鋅的揮發(fā)率均逐步升高，當(dāng)?shù)V石粒度小于0.2 mm時，鋅和鉛的揮發(fā)率均達(dá)到99%。為了提高鋅和鉛的回收率，可適當(dāng)降低礦石粒度，但礦石粒度越小，磨礦成本越高，因此在生產(chǎn)中需要綜合考慮，本試驗中選最佳粒度為小于0.2 mm。

3.2　還原劑用量對鉛鋅揮發(fā)率的影響

采用無煙煤作為還原劑，其主要作用是提供還原氣氛，同時還起到疏松物料的作用，防止物料板結(jié)，影響揮發(fā)效果。礦石粒度≤0.2 mm，控制還原溫度為1 250℃，高溫還原時間為2 h，考察了還原劑量為礦量5%～30%范圍內(nèi)對還原揮發(fā)效果的影響。試驗結(jié)果如圖2所示。

圖2　還原劑用量對鉛鋅揮發(fā)率的影響

試驗結(jié)果表明，還原劑量/礦石量超過10%后，鋅和鉛的揮發(fā)率均達(dá)到99%，說明該氧化鉛鋅礦還原揮發(fā)所需無煙煤用量較小。其主要原因可能是該氧化鉛鋅礦絕大部分為碳酸鹽礦物，反應(yīng)過程中碳酸鹽所分解產(chǎn)生的CO2可以與加入的無煙煤反應(yīng)，生成CO，形成了部分還原劑，使得還原反應(yīng)所需C量減少，從而降低了還原劑用量。

3.3　還原溫度對鉛鋅揮發(fā)率的影響

礦石粒度≤0.2 mm，無煙煤/礦為10%，反應(yīng)時間為2 h，在還原溫度為1 150℃、1 200℃、1 250℃、1 300℃條件下進(jìn)行試驗，考察還原溫度對鋅和鉛的揮發(fā)率的影響。試驗結(jié)果如圖3所示。

圖3　還原溫度對鉛鋅揮發(fā)率的影響

從試驗結(jié)果可以看出，在試驗所選擇的溫度范圍內(nèi)（1 150～1 300℃），Zn的揮發(fā)效果都較好，揮發(fā)率均超過99%，而鉛揮發(fā)率隨溫度升高上升明顯，在溫度1 150℃時揮發(fā)率只有87.22%，當(dāng)溫度升高到1 250℃時揮發(fā)率達(dá)到99.64%，再提高溫度，雖然鉛的揮發(fā)率略有提高，但溫度越高，能耗越大，經(jīng)濟(jì)效益下降，因此揮發(fā)溫度為1 250℃即可。

3.4　還原時間對鉛鋅揮發(fā)率的影響

礦石粒度≤0.2 mm，無煙煤量/礦量為10%，還原溫度升高到1 200℃后，考察高溫段反應(yīng)時間對鉛鋅揮發(fā)率的影響。試驗結(jié)果如圖4所示。

從試驗結(jié)果可以看出，還原揮發(fā)時間為1 h，揮發(fā)率即可達(dá)到99%，表明該鉛鋅礦中的鋅較易揮發(fā)，反應(yīng)很快。而反應(yīng)時間對鉛揮發(fā)影響較明顯，隨著反應(yīng)時間從1 h延長至2 h，鉛揮發(fā)率從84.75%上升至99.84%，繼續(xù)延長反應(yīng)時間，鉛的揮發(fā)率增加不明顯。反應(yīng)時間越長，能耗越高，因此將反應(yīng)時間控制在1.75 h即可。

圖4　還原時間對鉛鋅揮發(fā)率的影響

4　結(jié)論

高溫還原揮發(fā)法適于處理該類型的氧化鉛鋅礦，鋅和鉛的揮發(fā)率均較高。通過條件試驗，筆者確定了該氧化鉛鋅礦還原揮發(fā)的最佳工藝條件，在無煙煤量/礦量為10%，還原溫度1 250℃，還原時間1.75 h條件下，鉛鋅揮發(fā)率分別達(dá)到99.8%和99.6%，揮發(fā)效果良好。在生產(chǎn)中，企業(yè)可采用回轉(zhuǎn)窯對該類型氧化鉛鋅礦進(jìn)行處理，該工藝具有實用可行性。