鋅冶煉鉛銀渣還原焙燒揮發鉛鋅試驗研究

李銀麗，李 敬，李彥龍，牛永勝，姚夏妍，陳一博，魯興武

(1.西北礦冶研究院，甘肅 白銀 730900； 2.白銀恒誠機械制造有限責任公司，甘肅 白銀 730900)

鉛銀渣是濕法煉鋅過程中高溫高酸浸出后產生的渣，其中含有鉛、鋅、鐵等有價金屬和金、銀等貴金屬，是重要的二次資源。目前，對鉛銀渣的處理主要有火法[1-2]、濕法[3-5]、火法-濕法聯合法[6-8]。火法主要是煙化法[9-10]，浸出渣與焦炭混合進行煙化處理，處理效率高，還能實現渣的無害化處理。對鉛銀渣進行焙燒使易揮發的鉛、鋅等元素進入煙塵再進行回收，或作為配料返爐熔煉，設備投資較高，二氧化硫煙氣濃度低不易處理；但火法處理效率高且低濃度煙氣和高濃度煙氣可以混合處理，因此火法處理鉛銀渣應用的較多[11-14]。濕法處理主要是堿浸出[15]、氯鹽浸出[16-17]、微生物浸出[18]等，處理流程較為簡單，但渣中含鋅時處理條件較為嚴苛，對設備要求高，成本大。火法-濕法聯合是通過火法將渣中難處理物質(如硫酸鉛、鐵酸鋅、硅酸鋅等)的結構打開，讓其包裹的有價金屬裸露出來，然后用濕法浸出[19-21]

試驗針對某鉛銀渣，通過還原焙燒處理，再通過浮選分離鉛、鋅等，以期高效回收有價金屬。

1 試驗原料

某鉛鋅廠的鉛銀渣，多元素分析結果見表1，鉛、鋅物相分析結果見表2、3。

表1 鉛銀渣多元素分析結果 %

表2 鉛銀渣中鉛物相分析結果

表3 鉛銀渣中鋅物相分析結果

由表2、3看出，在鉛銀渣中，鉛主要以氧化鉛和硫酸鉛形式存在，鋅主要以氧化鋅形式存在，其次是鐵酸鋅和硅酸鋅。

2 試驗原理

采用馬弗爐對鉛銀渣進行焙燒，用焦粉作還原劑，石灰作添加劑。焙燒過程中發生的主要反應如下：

還原揮發過程中，鉛銀渣中的鉛、鋅揮發進入氧化鋅煙塵中，可進一步綜合回收；鐵、炭、銀主要留在燒渣中，可通過浮選回收。

3 試驗結果與討論

3.1 焙燒升溫制度的確定

馬弗爐升溫過程緩慢，并且在入爐前鉛銀渣和還原劑焦粉混合造球，混合物料入爐太早會導致炭提前揮發損失，因此，入爐溫度設定為室溫。將升溫過程分為3個階段：20～300 ℃(Ⅰ段)；300 ℃恒溫10 min，300～800 ℃(Ⅱ段)；800 ℃恒溫15 min，并放入混合物料，之后再升溫至設定溫度并保溫一段時間(Ⅲ段)。

3.2 焙燒溫度對鉛、鋅揮發率的影響

焙燒溫度和焙燒時間是指物料在最高溫度下恒溫還原焙燒時的溫度和時間。

焙燒時間60 min，添加劑氧化鈣用量10%，焦粉用量40%，焙燒溫度對鉛、鋅揮發率的影響試驗結果如圖1所示。

圖1 焙燒溫度對鉛、鋅揮發率的影響

由圖1看出：隨焙燒溫度升高，鉛、鋅揮發率升高；焙燒溫度大于1 200 ℃后，鉛、鋅揮發率趨于穩定，變化不大。綜合考慮，確定適宜焙燒溫度為1 200 ℃。

試驗過程中：1 150 ℃下，焙燒產物體積有所減小，物料球形完好，沒有碎末產生；1 200 ℃下，焙燒產物體積減小明顯，物料球形結構被破壞，有碎末產生；1 300 ℃下，焙燒產物體積進一步減小，球形完全被破壞，焙燒產物呈碎末狀。

3.3 焙燒時間對鉛、鋅揮發率的影響

焙燒溫度1 200 ℃，添加劑氧化鈣用量10%，焦粉用量40%，焙燒時間對鉛、鋅揮發率的影響試驗結果如圖2所示。

圖2 焙燒時間對鉛、鋅揮發率的影響

由圖2看出，30～90 min內：焙燒時間對鉛揮發率影響不大，始終保持在98%左右，繼續焙燒對鉛揮發率的影響較小；鋅揮發率隨焙燒時間延長而提高，60 min時達97.6%；焙燒60 min 后，鋅揮發率趨于穩定變化不大。綜合考慮，確定焙燒時間以60 min為宜。

試驗過程中：焙燒30 min時，焙燒產物球形結構基本完好，坩堝底部無焙燒碎末產生；焙燒75 min時，焙燒產物最上層為球殼，下層為碎粉末；焙燒90 min時，焙燒產物幾乎全為粉末，說明揮發得較為完全。

3.4 焦粉用量對鉛、鋅揮發率的影響

焙燒溫度1 200 ℃，焙燒時間60 min，添加劑氧化鈣用量10%，焦粉用量對鉛、鋅揮發率的影響試驗結果如圖3所示。可以看出：鉛、鋅揮發率隨焦粉用量增加而顯著提高，在焦粉用量為40%時達最高，之后趨于穩定。綜合考慮，確定焦粉用量以40%為宜。

圖3 焦粉用量對鉛、鋅揮發率的影響

試驗過程中：焦粉用量為10%時，焙燒后坩堝口邊緣有棉棍狀白色物質，燒后物料上部被燒化，下部物料仍保持球形結構，整個燒后物料結塊嚴重，很難取出；焦粉用量為20%時，坩堝口邊緣有少量棉狀白色物質，焙燒產物球形結構完好，未發生在燒化現象；焦粉用量為30%時，棉狀白色物質消失，焙燒產物保持球形結構，不粘坩堝；焦炭用量為40%時，白色棉狀物質消失，焙燒產物呈粉末狀。

3.5 添加劑用量對鉛、鋅揮發率的影響

氧化鈣的添加對鉛銀渣中的硫化鋅的分解有促進作用，有利于鋅的揮發，改善渣型，減少熔渣黏度，有利于對后續焙燒產物的浮選。焙燒溫度1 200 ℃，焙燒時間60 min，焦粉用量40%，添加劑氧化鈣用量對鉛、鋅揮發率的影響試驗結果如圖4所示。

圖4 添加劑用量對鉛、鋅揮發率的影響

試驗過程中：添加劑用量對焙燒產物的渣形影響較大：添加劑用量為2%時，焙燒產物成團結塊嚴重，黏結在坩堝內壁，很難取出；添加劑用量為4%～10%時，焙燒產物主要呈球形，結團黏結現象不明顯。因為鉛銀渣中SiO2質量分數較高，約為9.37%，加入氧化鈣有助于造渣，使焙燒產物黏度降低，不易黏結成團。綜合考慮，確定適宜的添加劑氧化鈣用量為4%。

4 結論

通過高溫焙燒，可以使鉛銀渣中的鉛、鋅揮發進入煙塵，之后再從煙塵中回收鉛、鋅。鉛銀渣中加入焦粉和添加劑氧化鈣，有助于鉛、鋅揮發并降低焙燒產物黏度。適宜條件下，鉛、鋅揮發率分別高達98.85%和97.6%，揮發效果較好。