氧氣底吹爐高比例處理含鉛雜料的生產(chǎn)實(shí)踐

索云峰

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

氧氣底吹爐高比例處理含鉛雜料的生產(chǎn)實(shí)踐

索云峰

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

敘述含鉛雜料的種類，探討氧氣底吹爐高比例搭配含鉛雜料與單純礦鉛生產(chǎn)的區(qū)別，列舉利用氧氣底吹爐高比例處理含鉛雜料的生產(chǎn)實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)各種含鉛雜料有價(jià)金屬的綜合回收和無害化處理。

氧氣底吹爐； 提金尾渣； 復(fù)雜金精礦

0 前言

濕法煉鋅過程產(chǎn)出不同類型的渣，包括浸出渣、針鐵礦渣、鐵礬渣、鉛銀渣等，渣中含有鉛、銀、銅、銦及殘余的鋅、鎘等有價(jià)金屬，直接堆放不僅浪費(fèi)了資源，而且對環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重危害，濕法煉鋅渣有價(jià)金屬的綜合回收和無害化處理是鋅冶煉行業(yè)面臨的迫切任務(wù)。

在金銀冶煉過程中產(chǎn)生大量的提金尾渣，尾渣中富含金銀鉛鋅等有價(jià)元素。對于提金尾渣的綜合回收尚無經(jīng)濟(jì)合理的工藝，只能在渣場堆存，不僅占用大量土地，造成資源浪費(fèi)，還對當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境造成安全隱患。

近年來，隨著金礦的大規(guī)模開采，易處理金礦資源日益枯竭，原料市場競爭激烈。品位低、粒度細(xì)、含砷、硫、銻、碳等有害雜質(zhì)較高的難處理復(fù)雜金精礦已成為今后黃金工業(yè)的主要原料。用傳統(tǒng)的氰化法處理此類金礦，浸金率較低，已無法有效滿足提金的要求。另外，各國對生態(tài)平衡和環(huán)保的要求愈來愈高，對氰化法工藝要求愈加苛刻。因此開發(fā)利用多金屬復(fù)雜金精礦是黃金行業(yè)持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。

鉛精礦原礦市場競爭激烈，幾乎所有的煉鉛企業(yè)均搭配處理廢蓄電池鉛膏、銀精礦、含鉛銅煙塵以及鉛氧化礦等含鉛雜料，只是比例有所差別。

1 搭配處理煉鋅渣的工藝原理及生產(chǎn)操作模式

1.1 入爐原料

處理鉛精礦時(shí)，其主要成分是PbS，而濕法煉鋅渣鉛的主要形態(tài)是PbSO4，除鉛的物相不同外，鋅、銅、鐵等的物相亦有區(qū)別，具體如下：

鉛精礦主要物相：PbS、ZnS、SiO2、FeS2、FeS。

浸出渣主要物相：PbSO4、Fe2(SO4)3、ZnSO4、PbO、ZnS、ZnFe2O4、Zn2SiO4。

硫鐵礦主要物相：Fe7S8、Fe+2Fe2+3O2、FeS2、SiO2、S。

煙塵的主要物相：PbSO4、Pb2(SO4)O、ZnS。

澳大利亞某公司對浸出渣進(jìn)行化學(xué)和物相分析，結(jié)果見表1：

表1 浸出渣的化學(xué)分析 %

浸出渣物相分析：

Pb：100%PbSO4

Zn：35%ZnS、40%ZnSO4、25%ZnFe2O4

Fe：82% ZnFe2O4、6%FeSO4、12%Jarosites(礬渣)

Cu：97%CuO、3%CuSO4

As：100%As2O3

Sb：100%Sb2O3

Ca：95%CaSO4、5%Ca(OH)2

Mg：100%MgSO4

Mn：34%MnO、66%MnSO4

Al：100%Al2O3

1.2 熔煉反應(yīng)熱

處理鉛精礦的過程中，除物料升溫和煙塵分解為吸熱過程外，氧化脫硫反應(yīng)、交互反應(yīng)、造渣反應(yīng)均為放熱反應(yīng)，因此氧氣底吹爐在生產(chǎn)過程中極少補(bǔ)充熱量，可以實(shí)現(xiàn)自熱熔煉。

而浸出渣中大部分鉛、鋅以硫酸鹽形式存在，在冶煉過程中首先需要外加熱量才能達(dá)到其分解溫度，否則將難以維持各種化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。

PbSO4在高溫條件下將發(fā)生分解反應(yīng)：

PbSO4是比較穩(wěn)定的化合物，開始分解的溫度為850 ℃，而激烈分解的溫度為905 ℃。PbS、ZnS和Cu2S等可促使PbSO4的分解，促使其開始分解溫度降低。例如PbSO4+PbS系中，反應(yīng)開始溫度為630 ℃。

浸出渣中Zn大多以ZnSO4形式存在，少量以ZnO·Fe2O3存在，在高溫條件下亦會分解為氧化物，消耗部分熱量。

1.3 良好的渣型

因配入大量的浸出渣，而浸出渣中的造渣成分FeO、SiO2、CaO、MgO、Al2O3等的物相組成與原生精礦是有區(qū)別的，盡管沒有進(jìn)行全面深入的分析研究，但在造渣反應(yīng)過程中以上這些組份肯定與傳統(tǒng)的思維是有差異的。為此，選擇有利于搭配冶煉的渣型，對于減低粘度、提高流動性和渣鉛分離是有利的，據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐證明，采取高鐵渣型似乎更有利于搭配冶煉：

1.4 生產(chǎn)操作模式

為了補(bǔ)充冶煉過程中所需的熱量，可以采取配入碎煤、硫鐵礦或底部噴入天然氣等方式。

配入碎煤量不能大于5%(占混合物料比例)。

配入硫鐵礦量不宜大于7%(占混合物料比例)，其優(yōu)點(diǎn)是：

—可提高熔煉煙氣SO2濃度；

—硫鐵礦分解為放熱反應(yīng)，可以彌補(bǔ)部分熱量，同時(shí)在高溫條件下，當(dāng)FeS富裕時(shí)，可以破壞Fe3O4的存在，有利于造渣和還原熔煉：

—當(dāng)處理低鐵的浸出渣時(shí)，硫鐵礦可以起到鐵熔劑的作用。

但當(dāng)原料含鐵高時(shí)，將無法配入；同時(shí)硫鐵礦氧化消耗大量氧氣，制約氧氣底吹爐處理能力(供氧條件不變)。

底部噴入天然氣最合適，燃料清潔，熱效率高，生產(chǎn)單耗低。但天然氣受到區(qū)域限制。

2 云南某廠搭配處理鋅浸出渣的生產(chǎn)實(shí)踐

采用表2的鉛精礦和濕法煉鋅渣，按40%鉛精礦和60%濕法煉鋅渣(重量百分?jǐn)?shù))進(jìn)行配比。

根據(jù)工藝要求，配入造渣熔劑、循環(huán)煙塵、碎煤等，由圓盤制粒機(jī)進(jìn)行充分混合并制成球粒，其成分見表3。

表2 鉛精礦和濕法煉鋅渣成分 %

表3 入爐物料成分 %

此混合物料連續(xù)加入氧氣底吹爐的高溫熔池中，其底部連續(xù)噴入氧氣，混合物料發(fā)生復(fù)雜的熔化、氧化脫硫、交互反應(yīng)、造渣反應(yīng)，分別產(chǎn)出高溫SO2煙氣、粗鉛、高鉛渣。

利用氧氣底吹爐處理該比例的混合料可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行，期間濕法煉鋅渣平均處理量為240 t/h，氧氣底吹爐熔池溫度1 010～1 095 ℃，產(chǎn)出的煙氣SO2濃度均在11.53%(氧氣底吹爐出口、平均值)，余熱鍋爐出口煙氣溫度300～350 ℃。

3 河南某廠搭配處理多種雜料的生產(chǎn)實(shí)踐

根據(jù)原料情況，鉛精礦搭配鋅浸出渣(30%～40%)、含鉛銅煙塵(～10%)、鉛膏(～5%)以及少量鉛氧化礦，同時(shí)配入造渣熔劑、循環(huán)煙塵、碎煤等，由圓筒混料機(jī)進(jìn)行充分混合，其成分見表4。

根據(jù)原料情況，鉛精礦搭配鋅浸出渣(60%～70%)、含鉛銅煙塵(～10%)、鉛膏(～5%)以及少量鉛氧化礦，同時(shí)配入造渣熔劑、循環(huán)煙塵、碎煤等，由圓筒混料機(jī)進(jìn)行充分混合，其成分見表5。

表4 入爐物料成分 %

表5 入爐物料成分 %

4 搭配處理復(fù)雜金精礦及提金尾渣

4.1 背景

鑒于無經(jīng)濟(jì)合理的工藝處理復(fù)雜金精礦、提金尾渣等雜料，經(jīng)過實(shí)踐摸索，最終確定采用鉛為貴金屬捕集劑，在鉛熔煉的過程中綜合回收金、銀、鉛、鋅、銅、鉍及銻等有價(jià)金屬，實(shí)現(xiàn)低碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)。

4.2 新技術(shù)概述

難處理多金屬混合鉛物料低碳熔煉綜合回收新技術(shù)通過實(shí)踐摸索得以成功開發(fā)并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，其中主要的研發(fā)內(nèi)容有：(1)利用水模型實(shí)驗(yàn)?zāi)M熔池條件，反復(fù)調(diào)整操作參數(shù)，從而確定還原爐規(guī)格，出煙口、下料口、虹吸口以及放渣口的位置，噴槍個(gè)數(shù)及位置。(2)通過考察還原爐噴槍及槍口磚的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)，進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)研究，最終確定噴槍及槍口磚的創(chuàng)新型結(jié)構(gòu)和材質(zhì)。

該技術(shù)自投產(chǎn)以來，生產(chǎn)穩(wěn)定，金屬回收率高，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先進(jìn)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益及社會效益。

該技術(shù)關(guān)鍵設(shè)備為氧氣底吹熔煉爐- 煤粉底吹熔融還原爐- 煙化爐，三座爐窯利用高差通過溜槽實(shí)現(xiàn)熱渣直流。復(fù)雜金精礦、提金尾渣、浸出渣、鉛膏、鉛精礦等混合鉛物料配入造渣熔劑經(jīng)制粒后由氧氣底吹熔煉爐頂部加入，底部高速噴入的氧氣、保護(hù)介質(zhì)等流體有效攪動熔池，形成良好的傳質(zhì)傳熱條件，有利于氧化熔煉充分進(jìn)行。熔煉過程產(chǎn)出的熔融富鉛渣通過溜槽直接流入底吹熔融還原爐內(nèi)進(jìn)行還原熔煉，產(chǎn)出的一次粗鉛富集金、銀、銅、鉍等有價(jià)金屬，經(jīng)鑄錠后送至電解車間，產(chǎn)出的高溫?zé)煔饨?jīng)余熱回收及收塵后，煙氣送硫酸車間制酸，制酸尾氣脫硫排空。

進(jìn)入還原爐內(nèi)的熔融富鉛渣在底部高速噴入的煤粉、氧氣等流體作用下，形成良好的傳質(zhì)傳熱條件，實(shí)現(xiàn)最佳的還原效果，還原過程中產(chǎn)出的二次粗鉛富集金、銀、銅、鉍等有價(jià)金屬，經(jīng)鑄錠后送至電解車間，產(chǎn)出的熔融還原爐渣通過溜槽直接流入煙化爐進(jìn)行煙化吹煉，產(chǎn)出的高溫?zé)煔饨?jīng)余熱回收及收塵后，脫硫排空。

還原爐渣在煙化爐內(nèi)進(jìn)一步還原揮發(fā)，鋅、鉛、銀等有價(jià)金屬得以回收利用,棄渣經(jīng)水淬后外賣。

5 山東某廠搭配處理復(fù)雜金精礦及提金尾渣的生產(chǎn)實(shí)踐

根據(jù)原料情況，鉛精礦搭配復(fù)雜金精礦(15%～20%)、提金尾渣(5%～10%)、高鉛高銀雜礦(25%～30%)、高鉛含金雜礦(5%～10%)、鉛膏(～5%)以及少量銅精煉煙塵，同時(shí)配入造渣熔劑、循環(huán)煙塵、碎煤等，由圓盤制粒機(jī)進(jìn)行充分混合，其成分見表6。

5.1 取得的效果

經(jīng)試驗(yàn)研究，還原爐渣含鉛能穩(wěn)定控制在3%以下，生產(chǎn)指標(biāo)見表7。

表6 入爐物料成分 %

表7 熔煉爐高鉛渣及還原爐渣成分 %

5.2 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

項(xiàng)目單位指標(biāo)備注熔煉爐處理量t/h40處理雜料比率%≥65硫捕集率%>99 8鉛錠產(chǎn)量t/a100000粗鉛含Aug/t～45粗鉛含Agg/t～2800還原爐渣含Pb%<3煙化爐棄渣含Pb%<0 5煙化爐棄渣含Zn%<2 0粗鉛綜合能耗kgce/t．Pb181 73未包括開爐保溫燃料

6 結(jié)語

在鉛冶煉成本構(gòu)成中，原料費(fèi)用即礦產(chǎn)成本是最重要的部分。2001年以來，國內(nèi)鉛精礦價(jià)格占精鉛價(jià)格比例穩(wěn)定在60%以上，2007年占76%，2008年占74%，2009年占82%，2010年占85%，2014年鉛精礦價(jià)格占精鉛價(jià)格的比例為87%。鉛冶煉生產(chǎn)企業(yè)的利潤空間不斷被壓縮，單純處理鉛精礦已經(jīng)不合時(shí)宜。

對于當(dāng)今鉛冶煉生產(chǎn)企業(yè)來說，如何根據(jù)自身實(shí)際情況選擇合適的原料結(jié)構(gòu)是極為重要的。

[1] 陳國發(fā).重金屬冶金學(xué)[M].北京.科學(xué)出版社.1992.

[2] 鉛鋅冶金學(xué)編委會.鉛鋅冶金學(xué)[M].北京.科學(xué)出版社.2003.

[3] 陳知若.底吹熔池?zé)掋~技術(shù)的應(yīng)用.中國有色冶金[J].2009，(5):16-22.

[4] 李春棠.造琉捕金新工藝.中國有色金屬[J].2006，(6):63-64.

[5] 晏祥樹.陳春林.鋅浸出渣火法處理工藝探討.中國有色冶金[A].2012，(5):58-62.

Practice on Treating High Percentage of Lead-containing Materials with SKS Furnace

SUO Yun-feng

This paper describes different types of lead-containing materials, explores the differences of treating pure lead concentrates and treating lead concentrates together with a certain percentage of lead-containing materials with SKS furnace, refers to some project references which treat high percentage of lead-containing materials in SKS furnace, and realizes high recovery of valuable metals from the feed in an environmentally friendly manner.

SKS furnace； residue after gold recovery； complex gold concentrate

2015-02-06

索云峰(1981-)，男，內(nèi)蒙古呼倫貝爾人，工程師，主要從事有色金屬冶煉工藝設(shè)計(jì)工作。

TH315

B

1003-8884(2015)03-0012-04