回轉窯焙燒鋅冶煉廢渣的技術要點研究

摘要：目前，綜合回收及無害化處理鋅冶煉廢渣的常用方式是通過回轉窯高溫焙燒，大部分有價金屬及重金屬揮發成氣態，冷卻后以煙塵形式收集。回轉窯焙燒過程的技術參數將直接影響含鋅煙塵的品位。本文以某鋅冶煉企業為例，結合原料及輔料的實際情況，分析回轉窯焙燒工藝流程，明確回轉窯焙燒鋅冶煉廢渣的技術要點，從而有效利用廢渣回收有價金屬，實現廢渣的無害化處理。

關鍵詞：回轉窯；焙燒；鋅冶煉廢渣；技術要點

中圖分類號：TF813 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）08-00-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.08.011

Study on technical Points of roasting zinc smelting Waste slag in Rotary kiln

LI Ting

（Sichuan vocational college of Chemical technology， Luzhou 646300， China）

Abstract： At present， the common way of comprehensive recovery and harmless treatment of zinc smelting waste slag is through high-temperature roasting in rotary kiln， most valuable metals and heavy metals are volatilized into gas and collected in the form of smoke and dust after cooling. The technical parameters of rotary kiln roasting process will directly affect the grade of zinc containing dust. Taking a zinc smelting enterprise as an example， combined with the actual situation of raw materials and auxiliary materials， this paper analyzes the roasting process of rotary kiln， clarifies the technical points of rotary kiln roasting zinc smelting waste slag， so as to effectively use the waste slag to recover valuable metals and realize the harmless treatment of waste slag.

Keywords： rotary kiln; roasting; zinc smelting waste slag; technical points

近年來，我國鋅產量迅速增長，我國既是世界上最大的鋅生產國，又是最大的鋅消費國，我國鋅冶煉企業大多采用濕法冶煉工藝，少部分采用火法冶煉工藝[1-3]。濕法冶鋅的主要工藝流程為鋅精礦焙燒→浸出→凈化→電解→熔鑄→鋅錠（產品）。濕法冶煉過程中，鋅精礦中伴生的稀貴金屬（銦、鍺等）、重金屬（鉛、鎘等）均富集進入浸出和凈化工序產生的廢渣中。廢渣堆存既污染環境，又浪費資源。西昌市某鋅冶煉企業通過建設回轉窯來處理濕法冶鋅各工序產生的廢渣。回轉窯高溫焙燒鋅冶煉廢渣，可以實現有價金屬的綜合回收及廢渣的無害化處理[4-5]。本文針對該企業回轉窯焙燒各工序的技術要點進行研究，探索最佳技術參數，以期獲得高的鋅及有價金屬的綜合回收率。

1 原料及輔料

該鋅冶煉企業回轉窯的原料主要為鋅冶煉自產的浸出渣、凈化渣、銅鎘渣等廢渣。鋅冶煉廢渣含有鋅及有價金屬，主要成分如表1所示。廢渣鋅含量不穩定，水分含量較高，因此配料時要嚴格按要求進行配比，為后續工序創造條件。回轉窯輔料為焦粉及無煙煤，焦粉既是回轉窯反應的還原劑，也為反應提供熱量，該企業要求使用的焦粉發熱量大于24 278 J/g，無煙煤發熱量大于20 929 J/g。

2 回轉窯焙燒工藝流程

回轉窯焙燒鋅冶煉廢渣的工藝流程如圖1所示。浸出工序的浸出渣、凈化渣、銅鎘渣和其他含鋅物料通過渣車運至配料廠房，通過烘干機后傳送至干渣倉，運用抓斗行車配料至皮帶運輸機，抓斗提至混料倉，下料至窯尾，在窯內經干燥、預熱、還原揮發、冷卻四個過程。空壓機對窯頭強制送風，同時不定期噴煤升溫，高溫煙氣經窯尾至煙道表冷器、電收塵，收集氧化鋅粉產品；煙氣經脫硫處理后由煙囪外排，脫硫泥漿經廂式壓濾機壓濾后返回配料倉循環使用；窯頭水淬渣由抓斗裝入渣車外運或外售。

2.1 回轉窯焙燒鋅冶煉廢渣的原理

將浸出渣與焦粉（或無煙煤）混合，加入回轉窯中。當回轉窯轉動時，爐料隨之翻動，在高溫下，爐料中的金屬被還原為金屬蒸氣進入氣相，在氣相中被空氣氧化成氧化物，隨煙氣進入收塵設備中，搜集得到氧化鋅粉產品，銅、金、銀等留于窯渣中。浸出渣中鎘、銦、鍺等皆易揮發進入氧化煙塵中，使稀散金屬得到富集。

2.2 回轉窯中的主要化學反應

2.2.1 鋅的化合物

鋅的化合物主要有鐵酸鋅、硫化鋅、硫酸鋅、氧化鋅和硅酸鋅。鐵酸鋅占渣含鋅量的50%～60%，在窯中轉變為Fe3O4、FeO、Fe進入渣中，Zn揮發進入氣相。冶煉廢渣中25%～30%的鋅以硫化鋅形式存在。在回轉窯內，硫化鋅與通入窯內的空氣接觸被氧化，而后在焦炭的作用下被還原為單質鋅。同時，硫化鋅將與窯內金屬鐵和浸出渣中的氧化鈣相互作用，發生氧化還原反應，生成單質鋅。硫化鋅的氧化還原反應物都是固相，且反應需要較高溫度，因此當爐料中硫化鋅含量較高時，要對爐內強制鼓風，才能達到較好的效果，否則硫化鋅很難揮發。

在氧化性氣氛下，溫度為900 ℃左右時，硫酸鋅將劇烈分解為ZnO、SO2。其中，ZnO為固相產物，隨著爐料進入高溫帶被還原。如果攪拌不良，或者爐料中焦粉含量過高，或者預熱帶呈現還原性氣氛，硫酸鋅將被還原成硫化鋅，導致鋅回收率降低。在窯內，氧化鋅被還原成Zn（氣）。溫度為1 100～1 200 ℃時，硅酸鋅被還原為Zn（氣）。當物料含CaO時，可加速硅酸鋅的還原。

2.2.2 鉛的化合物

廢渣內的鉛大部分以硫酸鉛形態存在，部分鉛以氧化鉛、硫化鉛、硅酸鉛等鉛的化合物形式存在。硫酸鉛在窯內可被還原成硫化鉛，氧化鉛在窯內被還原成金屬鉛。硫酸鉛、硫化鉛和氧化鉛還可能發生交互反應，形成金屬鉛。在窯內高溫條件下，鉛、硫化鉛、氧化鉛都易揮發。

2.2.3 銅、金、銀的化合物

銅、金、銀的化合物都不揮發，完全遺留在窯渣中。

3 回轉窯各工序技術要點

該企業回轉窯采用第四代柔性傳動技術等強度筒體，窯傾斜3°，窯長為44 m，外徑為2.95 m，窯殼外徑與長度的比值為1.00∶14.92。其內襯分段為鉻渣磚、高鋁磚、黏土磚，耐火度大于1 790 ℃。

3.1 皮帶給料工序技術要點

啟動前，應嚴格檢查給料機、皮帶輸送機及所用設備運轉狀況，若出現問題，及時處理。應嚴格按照工段要求的配料比準確配料，傳動時使料均勻地進入回轉窯，給料管不能堵塞。保持工作環境衛生及設備清潔，記錄清楚，工具齊全。窯尾部分未入窯的粉末需要人工放下冷卻后轉入料倉，經攪拌均勻后沖稀，再攪拌均勻，然后通過給料機返入窯內。

3.2 窯溫控制技術要點

窯內溫度分為3個帶，即預熱帶、干燥帶和反應帶。焦粉及配好的鋅冶煉渣從窯尾加入回轉窯后，首先經過預熱帶，溫度為800～1 000 ℃，經爐內熱氣流加熱干燥，脫去部分水分，預熱帶未發生大量的氣化反應，僅部分焦粉分解釋放CO2、少量H2S和有機硫。熱量依靠熱氣流對流換熱，預熱帶的長度為窯長的40%。干燥帶爐膛溫度應控制在900～1 200 ℃，熱風管入口處溫度為900～1 000 ℃，除塵器入口廢氣溫度為100～150 ℃。經過干燥帶后，窯渣水分含量應小于18%。反應帶最長，溫度最高，金屬Zn的沸點是906 ℃，還原后的金屬鋅揮發成蒸氣，由窯尾進入煙氣系統，在接觸空氣后被氧化為ZnO而收集。大部分ZnO還原及蒸發都發生在900～1 150 ℃。因此，反應帶爐料溫度應保持在1 150～1 200 ℃，爐料溫度過高，鋅鉛氧化物還原速度愈大，揮發愈快，此時，爐料由粉色變黑，爐子內襯壽命縮短，ZnO產品雜質增加，產品質量較差。爐料溫度太低，還原反應不完全，焦粉消耗量增大，金屬揮發不好，進而導致水淬渣含鋅高，金屬回收率低，此時，窯渣從窯頭出來較散。

3.3 窯內風量控制技術要點

焙燒過程中通過窯頭強制送風來控制窯內風量。強制送風是在窯頭插入一根風管，通過空壓機在回轉窯斜對面一定距離進行送風。送風使得部分爐料揚起，能起到更好的翻動作用，有利于反應的充分進行，有利于有價金屬的揮發和回收。在整個操作過程中，盡量保持風壓風量穩定。

3.4 窯內負壓控制技術要點

窯內負壓是決定強制鼓風的具體條件之一。負壓過大，進入窯內的冷空氣增多，反應帶將往后移，致使窯內反應帶溫度降低，窯尾溫度升高，造成機械帶塵增多，影響氧化鋅產品質量。負壓過小，窯前部有冒火危險，并將導致窯前部產生局部高溫，將反應帶縮短，也會造成還原反應不充分。因此，負壓過大或過小，都不利于鋅及其他有價金屬的揮發，都會使水淬渣含鋅量增高，降低有價金屬回收率。要嚴格控制窯內負壓，一般用肉眼從窯頭觀察，以窯頭爐料層火焰略往后移，窯尾不冒煙為宜。

3.5 窯身轉速控制技術要點

根據回轉窯單次廢渣處理量的大小、廢渣含鋅量及含水量的變化情況、開爐時間長短等來決定窯身轉速，一般采用0.75 r/min。窯身轉動快慢，將決定爐料在窯內停留時間的長短。窯身轉動過快，物料在窯內停留時間短，反應不完全，揮發也不充分，渣含鋅高，回收率低；窯身轉速太慢，物料停留時間過長，易使物料黏度大，窯易結塊，窯內各部分受力不均勻，嚴重者甚至會造成窯身竄動，并且會造成窯內還原反應不充分，進入收塵系統的產品產率降低。

3.6 氧化鋅粉收粉工序技術要點

收粉前要檢查設備的使用情況，對收塵的管道、箱體進行敲打，若發現問題，及時處理，確保收塵系統暢通。要對氧化鋅粉進行3次攪拌，使之均勻冷卻在60 ℃以下，再進行裝袋，粉重以40～50 kg/袋為宜。裝粉質量要準確計量，裝后按指定地點堆放。表冷箱放空要交叉進行，電收塵器溫度小于300 ℃，做到規范操作和安全生產。

4 結語

鋅冶煉廢渣經回轉窯高溫焙燒后，絕大多數鋅、鉛和鎘進入氧化鋅粉被收集。銅、金、銀等金屬均進入水淬渣中，渣中砷和鎘等元素的含量顯著降低。生產實踐表明，使用回轉窯焙燒處理鋅冶煉廢渣，精確控制回轉窯各工序技術參數，可有效利用廢渣回收有價金屬，實現廢渣的無害化處理，并且回轉窯焙燒產品氧化鋅粉市場需求量大，經濟效益顯著。總體來看，使用回轉窯焙燒處理鋅冶煉廢渣，具有良好的經濟效益、社會效益和環境效益。

參考文獻

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