低品位氧化鉛鋅礦火法回收處理生產(chǎn)實踐*

肖畢高，馬紹斌，劉殿傳，劉俊場

（1.云南馳宏鋅鍺股份有限公司，云南 會澤 654200；2.昆明冶金研究院有限公司，云南 昆明 650031）

低品位氧化鉛鋅礦是自然界風(fēng)化的產(chǎn)物[1]，礦物在開采和破碎時極易“泥化”，其綜合利用比較困難[2]，目前，低品位氧化鉛鋅礦主要利用方法有：選礦、濕法冶金、火法冶金、選礦-冶金聯(lián)合等[3]。選礦方法主要包括全浮選法、重介質(zhì)-浮選法、磁-浮選法等，浮選是處理低品位氧化鉛鋅礦的主要選礦方法[4]，選礦工藝雖然能實現(xiàn)低品位氧化鉛鋅礦的富集，但存在著富集后精礦鉛鋅品位不高、回收率低等問題，單一采用浮選工藝難以實現(xiàn)低品位鉛鋅礦的綜合利用[5]。直接濕法冶金浸出工藝具有流程簡單、易實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，但存在著浸出率低、經(jīng)濟性差等問題[6]。火法冶金工藝主要是用還原劑將氧化鉛鋅礦石中的鋅還原出來，促使高溫下鋅蒸氣揮發(fā)進入煙氣中[7]，對于品位較低的氧化鉛鋅礦，一般先用鼓風(fēng)爐熔礦，再由煙化爐揮發(fā)[8]；品位較高的直接用回轉(zhuǎn)窯等揮發(fā)[9]。選礦-冶金聯(lián)合工藝主要有：先選礦后冶金、先冶金后選礦，這些工藝可有效地提高金屬回收率，但存在著工藝流程長、投資成本高等問題，實際應(yīng)用效果不佳[10]。

鑒于低品位氧化鉛鋅礦礦物種類多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、伴生組分很不穩(wěn)定、相互摻雜伴生、嵌布粒度比較細、泥化現(xiàn)象較嚴重等性質(zhì)，目前單一的選礦、濕法冶金方法都不能有效地回收有價成分，選冶聯(lián)合新工藝對提高難選氧化鉛鋅礦石的選別指標具有一定效果，但存在著成本高、流程長等問題[11]；而火法冶金處理含鋅12%～20%左右的氧化鉛鋅礦是比較經(jīng)濟可行的方案。

基于上述分析，云南某公司針對礦山每年產(chǎn)出低品位氧化鉛鋅礦約6萬t，該物料鉛、鋅品位較低，雜質(zhì)成分較高，若直接進入鉛冶煉或鋅濕法冶煉流程存在著生產(chǎn)成本較高、技術(shù)經(jīng)濟指標較差等問題，若堆存則占用大量土地且露天堆放會造成周圍土壤和水質(zhì)的污染，存在較大的環(huán)保風(fēng)險；因此，該公司采用熔化爐化料+煙化爐還原揮發(fā)工藝把低品位氧化鉛鋅礦與自產(chǎn)酸浸渣搭配入爐，將物料中的有價金屬Pb、Zn、Ge、Ag富集于氧化鋅煙塵中，實現(xiàn)低品位氧化鉛鋅礦的綜合回收處理，既解決堆存帶來的各種困難和環(huán)保隱患問題，又可以盤活資源、降低生產(chǎn)運營成本。

1 原料性質(zhì)及試驗原理

1.1 原料性質(zhì)

該公司熔化爐化料+煙化爐還原揮發(fā)工藝所用原料主要為濕法煉鋅酸浸渣和氧化鉛鋅礦搭配，其礦成分含量見表1、表2所示。

表1 氧化鉛鋅礦主要成分Tab.1 Main composition of lead-zinc oxide ore %

表2 酸浸渣主要成分Tab.2 Main composition of acid leaching residues %

從表1、表2可知，該氧化鉛鋅礦含Zn 16.8%、含Pb 6.06%，與酸浸渣中含Zn 17.32%、含Pb 5.48%基本相當(dāng)，Ge、Ag、Fe含量低于酸浸渣；CaO含量遠高于酸浸渣，但可作為煙化爐還原揮發(fā)過程渣型調(diào)節(jié)原料，因此控制合適的配礦比例總體來說對于現(xiàn)有熔化爐化料+煙化爐還原揮發(fā)工藝的處理基本不產(chǎn)生負面影響。

1.2 試驗原理及技術(shù)路線

氧化礦、酸浸渣、熔劑、燃料配料混合之后經(jīng)熔化爐化料，熔渣進入煙化爐吹煉，利用空氣與粉煤混合噴入爐內(nèi)，粉煤燃燒產(chǎn)生大量的熱和一氧化碳氣體，使爐內(nèi)維持較高的溫度（1 150～1 250）℃和還原氣氛，熔渣中的有價金屬Pb、Zn、Ge、Ag被還原揮發(fā)而進入煙氣中，通過收塵系統(tǒng)富集產(chǎn)出氧化鋅煙塵。

本工藝主要分為兩個階段：熔化爐化料階段及熱熔渣還原揮發(fā)階段，處理工藝流程見圖1。

圖1 低品位氧化鉛鋅礦火法回收處理工藝流程Fig.1 Process flow of recycling processing of low grade lead-zinc oxide by pyrometallurgy

工藝過程主要反應(yīng)如下：

熔化爐段主要控制塊煤量及富氧空氣濃度，確保爐內(nèi)形成高溫強氧化氣氛，加快化料速度，提高處理量；煙化爐段主要是控制粉煤量，在保證爐溫（1 150～1 250）℃的前提下，爐內(nèi)盡可能保持還原氣氛，使熔渣中的有價金屬（Pb、Zn、Ge、Ag）還原揮發(fā)進入煙氣中，通過收塵系統(tǒng)富集后形成氧化鋅煙塵（含鋅50%～55%），熔渣（含鋅＜2.8%）經(jīng)水淬之后直接外銷。

2 生產(chǎn)實踐

2.1 渣型選擇

從表1、表2分析數(shù)據(jù)看，氧化礦中鐵、二氧化硅偏低、氧化鈣含量偏高，酸浸渣中鐵偏高、二氧化硅及氧化鈣偏低。根據(jù)FeO-SiO2-CaO三元系相圖分析，選擇熔渣渣型如下：SiO2/Fe=0.7～1.2、CaO/SiO2=0.4～0.7，此時爐渣溫度 （1 150～1 300）℃左右，滿足熔化爐、煙化爐生產(chǎn)要求。從表1、表2的分析數(shù)據(jù)看，若將酸浸渣與氧化礦搭配入爐處理，鐵和鈣可以實現(xiàn)互補，只需再配入少量的石英砂即可滿足工藝要求。

2.2 試生產(chǎn)階段

根據(jù)渣型選擇計算，對熔化爐入爐物料配比進行調(diào)整，具體配料如表3所示。

表3 熔化爐入爐物料配比（試生產(chǎn)階段）Tab.3 Charge proportion of melting furnace(pilot production stage)

從表3可知，熔化爐入爐物料氧化礦：酸浸渣：石英砂比例為2.6∶7.4∶1，混合料中SiO2/Fe=0.7、CaO/SiO2=0.64，符合選擇渣型的配料范圍，因此，理論上渣熔點溫度應(yīng)為（1 150～1 300）℃。

2019年8月～12月按照表3配料要求組織生產(chǎn)，熔化爐按照高溫強氧化氣氛生產(chǎn)（以化料為主），煙化爐以處理熱熔渣為主，生產(chǎn)數(shù)據(jù)如表4、表5所示。

表4 工藝過程控制（試生產(chǎn)階段）Tab.4 Technological process control(pilot production stage)

表5 產(chǎn)品質(zhì)量（試生產(chǎn)階段）Tab.5 Product quality (pilot production stage)

從表4及試生產(chǎn)階段的生產(chǎn)過程發(fā)現(xiàn)，處理低品位氧化鉛鋅礦存在著以下問題：熔化爐作業(yè)周期較長（240～270）min、處理量偏低（290 t/d）、熔渣溫度偏高（放渣時用測溫槍檢測，熔渣溫度高達1 450℃）、煙化爐放渣時容易發(fā)生爆炸。

根據(jù)表5熔渣成分分析看，水淬渣中Pb、Zn、Ge、Ag分別低至 0.07%、1.92%、20 g/t、12 g/t，氧化鋅煙塵中Zn、Ge、Ag、Pb含量分別達到48.72%、627 g/t、298 g/t、14.9%，從水淬渣及氧化鋅煙塵成分來看，Pb、Zn、Ge、Ag揮發(fā)效果較好；但熔化爐熔渣中Zn高、SiO2偏低，造成熔渣渣型不合理不在設(shè)計渣型范圍（SiO2/Fe=0.52、CaO/SiO2=0.59）、熔點偏高、熔渣粘度大，從而導(dǎo)致上述各種問題的出現(xiàn)，因此需合理調(diào)整渣型降低熔點。

2.3 工藝優(yōu)化階段

根據(jù)試生產(chǎn)階段存在的問題，對入爐物料配比進行優(yōu)化，同時將熔化爐的燃料改為塊煤，調(diào)整富氧濃度及天然氣流量具體配料如表6所示。

從表6可知，熔化爐入爐物料氧化礦：酸浸渣：石英砂比例為1.25∶5∶1，混合料中SiO2/Fe=0.92、CaO/SiO2=0.41，相比試生產(chǎn)調(diào)高了SiO2/Fe，因此，理論上渣熔點溫度應(yīng)低于試生產(chǎn)的熔渣溫度（1 450℃）。

2020年1月～3月按照表6配料要求組織生產(chǎn)，每周用還原爐熔渣置換熔化爐低渣（防止鐵沉底），生產(chǎn)數(shù)據(jù)如表7、表8所示。

表8 產(chǎn)品質(zhì)量（工藝優(yōu)化階段）Tab.8 Product quality(process optimization stage)

從表7可知：熔渣溫度雖然降低約50℃但仍然偏高（熔渣溫度1 395～1 415）℃、熔化爐作業(yè)周期有所縮短30 min、處理量達到360 t/d但與設(shè)計值相比還有較大差距，熔化爐熔渣溫度仍然偏高，需進一步降低熔渣溫度。

從表8可知，工藝優(yōu)化后熔化爐爐渣SiO2/Fe=0.83、CaO/SiO2=0.66，爐渣渣型屬于設(shè)計范圍，除氧化鋅煙塵中Zn含量略高于試生產(chǎn)階段，Pb、Ge、Ag含量均低于試生產(chǎn)階段，水淬渣中Pb、Zn、Ge、Ag含量均高于試生產(chǎn)階段，說明提高熔化爐處理能力雖然能降低生產(chǎn)成本和提高爐床利用率，但也帶來Pb、Zn、Ge、Ag主金屬火法回收率的降低，這在今后產(chǎn)能提升的同時需兼顧考慮金屬火法回收率。

2.4 產(chǎn)能提升階段

通過對前面兩個階段的總結(jié)分析，若大量配入石英砂達到理想渣型，對熔化爐的爐床能力及處理量影響較大，根據(jù)熔池區(qū)的化料速度及鍋爐段的溫度對熔化爐的配料及生產(chǎn)工藝控制做進一步的調(diào)整，調(diào)整氧化礦和酸浸渣的配比，降低石英砂投入量、提高氧氣及壓縮空氣的流量、降低天然氣流量、提高塊煤的配入量，產(chǎn)能提升階段熔化爐入料配比如表9所示。

表9 熔化爐入爐物料配比（產(chǎn)能提升階段）Tab.9 Charge proportion of melting furnace(yield improvement stage)

從表9可知，產(chǎn)能優(yōu)化階段熔化爐入爐物料氧化礦：酸浸渣：石英砂比例為3.33∶5.83∶1，混合料中SiO2/Fe=0.82、CaO/SiO2=0.71，相比試生產(chǎn)調(diào)高了CaO/SiO2。

2020年4月開始按照表9配料要求組織生產(chǎn)，每周用還原爐熔渣置換熔化爐低渣（防止鐵沉底），生產(chǎn)數(shù)據(jù)如表10、表11所示。

表10 工藝過程控制（產(chǎn)能提升階段）Tab.10 Technological process control(yield improvement stage)

表11 產(chǎn)品質(zhì)量（產(chǎn)能提升階段）Tab.11 Product quality (yield improvement stage)

從表10可知，熔渣溫度與工藝優(yōu)化階段基本一致，熔渣溫度（1 395～1 416）℃、熔化爐作業(yè)周期相比工藝優(yōu)化階段進一步縮短30 min、處理量大幅度提升達到452 t/d，從熔化爐處理能力及時間來看，獲得合適的熔化爐處理低品位氧化鉛鋅礦搭配酸浸渣工藝技術(shù)參數(shù)。

從表11可知，工藝優(yōu)化后熔化爐爐渣SiO2/Fe=0.8、CaO/SiO2=0.69，爐渣渣型屬于設(shè)計范圍，除氧化鋅煙塵中Zn含量略低于工藝優(yōu)化階段，Pb、Ge、Ag含量均高于試生產(chǎn)階段，水淬渣中Pb、Zn、Ge、Ag含量也均低于工藝優(yōu)化階段，說明產(chǎn)能提升后既提高熔化爐處理能力又提高了Pb、Zn、Ge、Ag主金屬的火法回收率，充分實現(xiàn)了低品位氧化鉛鋅礦與酸浸渣的協(xié)同處置。

2.5 主要技術(shù)經(jīng)濟指標

通過近一年半的生產(chǎn)實踐，低品位氧化鉛鋅礦火法處理工藝取得較好的成效，且技術(shù)經(jīng)濟指標均處于較好水平，具體技術(shù)經(jīng)濟指標如表12所示。

表12 主要技術(shù)經(jīng)濟指標Tab.12 Main technical-economic indicators

從表12可知，通過近一年半的低品位氧化鉛鋅礦搭配酸浸渣火法處理工藝生產(chǎn)實踐，Pb、Zn、Ge、Ag火法回收率分別為 99.2%、92.83%、93.13%、99.22%，取得良好的金屬回收率，實現(xiàn)了低品位氧化鉛鋅礦的綜合回收利用。

3 結(jié)語

通過低品位氧化鉛鋅礦火法回收處理生產(chǎn)實踐研究獲得以下結(jié)論：

1）低品位氧化鉛鋅礦搭配酸浸渣采用熔化爐、煙化爐聯(lián)合處理工藝能夠?qū)崿F(xiàn)其中Pb、Zn、Ge、Ag等有價金屬的綜合回收利用，合適的熔化爐入爐物料氧化礦：酸浸渣：石英砂比例為3.33∶5.83∶1，在此條件下Pb、Zn、Ge、Ag等有價金屬生產(chǎn)綜合回收率分別達到99.2%、92.83%、93.13%、99.22%。

2）低品位氧化鉛鋅礦采用火法回收處理工藝能夠豐富公司的原料來源，緩解公司氧化礦堆存壓力、盤活資源、回收有價金屬，通過近一年多的生產(chǎn)實踐，取得較好的經(jīng)濟技術(shù)指標。