從艾薩爐煉鉛煙塵中回收鎘的工藝研究

王 帆， 張 梅， 錢萬德， 余 毅， 王 玻， 陳 茂

(云南馳宏鋅鍺股份有限公司， 云南 曲靖 655000)

從艾薩爐煉鉛煙塵中回收鎘的工藝研究

王 帆， 張 梅， 錢萬德， 余 毅， 王 玻， 陳 茂

(云南馳宏鋅鍺股份有限公司， 云南 曲靖 655000)

針對(duì)艾薩爐冶煉粗鉛流程中鎘在艾薩爐煙塵中不斷富集的情況，提出硫酸浸出艾薩爐煙塵，使鎘開路，在鋅冶煉系統(tǒng)中生產(chǎn)精鎘。試驗(yàn)表明：該流程技術(shù)可行，工藝經(jīng)濟(jì)，安全性好。

粗鉛冶煉； 艾薩爐煙塵； 鎘； 富集； 開路

0 前言

云南某冶煉廠粗鉛冶煉采用艾薩爐富氧熔煉- 鼓風(fēng)爐還原- 煙化爐吹煉流程。精礦進(jìn)入艾薩爐，其中的PbS部分在熔池上部空間被直接氧化為Pb，部分被氧化為PbO；PbO在熔池內(nèi)與未氧化的PbS反應(yīng)生成粗鉛。艾薩爐的主要任務(wù)是脫硫及產(chǎn)出部分粗鉛，艾薩爐產(chǎn)出的渣由鼓風(fēng)爐處理。目前艾薩爐處理的物料有硫化鉛精礦、氧化鉛精礦、硫酸鉛渣等，鉛精礦中伴生的鎘、砷等元素在艾薩爐熔煉過程中揮發(fā)，富集于煙塵中，經(jīng)艾薩爐余熱鍋爐及電收塵收集后返回艾薩爐備料系統(tǒng)。

該廠艾薩爐2005年投產(chǎn)以來，一直處理低鎘含量自產(chǎn)鉛精礦，期間艾薩爐煙塵含鎘呈緩慢上升趨勢(shì)，而隨著處理的外購高鎘含量鉛精礦量的增加，煙塵含鎘上升趨勢(shì)明顯加快，2014年煙塵含鎘最高時(shí)達(dá)12%。因此，艾薩爐冶煉粗鉛流程中鎘富集問題成為亟待解決的問題。

1 艾薩爐熔煉過程中鎘的分布

表1為2012年艾薩爐冶煉過程中元素平衡表。

從表1可以看出，在艾薩爐的投入和產(chǎn)出中，艾薩爐煙塵中的鎘均占有極大的比例。由于目前艾薩爐煙塵在粗鉛冶煉流程中無開路，鎘一直在富集。

艾薩爐煙塵中鎘不斷富集，會(huì)帶來以下問題：

(1)大量有價(jià)金屬無法得到回收。

表1 2012年1～7月艾薩爐熔煉 過程Cd元素平衡表

(2)煙塵返回備料系統(tǒng)進(jìn)行混料，含鎘煙塵飛揚(yáng)，影響現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。

(3)煙塵中的鎘對(duì)崗位人員造成職業(yè)健康危害。

(4)由于含鎘較高，艾薩爐配料可操作的空間受到限制，不利于穩(wěn)定生產(chǎn)。

2 項(xiàng)目原理

該廠為鉛鋅聯(lián)合冶煉廠，鋅冶煉采用常規(guī)濕法冶煉，擁有精鎘生產(chǎn)系統(tǒng)，對(duì)鋅冶煉中的鎘進(jìn)行回收。本項(xiàng)目擬選擇合適工藝，對(duì)艾薩爐煙塵中的鎘進(jìn)行回收，使其進(jìn)入鋅系統(tǒng)產(chǎn)精鎘，解決艾薩爐煙塵中鎘富集問題。

表2為本項(xiàng)目試驗(yàn)原料艾薩爐煙塵的主要成分。

表2 艾薩爐煙塵主要成分 %

從表2可知，艾薩爐煙塵中含有少量鋅，有害元素砷、鉈等含量高，且砷在鋅濕法流程有生成AsH3的風(fēng)險(xiǎn)。因此，實(shí)現(xiàn)鎘、鋅盡可能浸出進(jìn)入溶液，且妥善處理砷、鉈為本項(xiàng)目的技術(shù)難點(diǎn)。

將含鎘煙塵加入到硫酸溶液中，加熱攪拌一定時(shí)間進(jìn)行浸出。在浸出過程中，加入氧化劑將As3+氧化成As5+，以降低砷的處理難度。浸出過程中發(fā)生的主要反應(yīng)如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

+8H2O

(5)

浸出得到合格的富鎘溶液，采用鋅粉置換產(chǎn)出海綿鎘：

(6)

此外，煙塵中的氧化鋅及其他稀有金屬也參與了浸出反應(yīng)。

3 項(xiàng)目流程

3.1 工藝流程

在前期大量工作的基礎(chǔ)上，確定了艾薩爐煙塵鎘開路流程，如圖1所示。

注：硫酸可使用鋅廢電解液，甚至可根據(jù)整個(gè)流程需求，選用凈化污酸；高鐵使用硫酸鐵 圖1 艾薩爐煙塵鎘開路工藝流程圖

采用二段浸出，通過控制終點(diǎn)pH，一段中性浸出產(chǎn)合格的中上清供置換(目標(biāo)：Cd～20 g/L，As<5 mg/L)；在浸出過程中，加入氧化劑，使煙塵中低價(jià)As氧化成高價(jià)As，從而大大降低脫砷難度；終點(diǎn)時(shí)，F(xiàn)e3+水解沉淀，吸附砷等雜質(zhì)進(jìn)入渣中。該工藝可大大降低Fe/As比。多次試驗(yàn)證明：Fe/As只需控制在2～3，就可將中上清含As控制在5 mg/L以內(nèi)，所以該工藝高鐵耗量低，渣量小。

二段酸性浸出盡量降低渣含Cd(目標(biāo)：Cd<2%)，入渣的As在此步有極少部分(浸出率<5%)被浸出，酸浸液返回中浸，不會(huì)造成As的富集，整個(gè)工藝流程的安全性可得到保證。

鋅粉置換過程中，加入醋酸鉛沉Tl，將Tl沉入海綿鎘中，多組試驗(yàn)證明，溶液中的Tl能夠脫除到0.8 mg/L以下，從而避免流程中Tl的富集。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3、表4。

表3 試驗(yàn)所產(chǎn)上清液主要成分

表4 試驗(yàn)所產(chǎn)酸浸渣主要成分 %

整個(gè)流程中各金屬的浸出率：Cd～70%，Zn～50%,Tl～50%，As基本不浸出。而針對(duì)此煙塵，采取600 g/L超濃硫酸溶液浸出，各金屬的浸出率：Cd～78%，Zn～76%,Tl～62%，As 90%以上。因此，選用該工藝，煙塵中主要有價(jià)金屬的浸出率可得到保證。

在鋅粉置換時(shí)，用便攜式AsH3檢測(cè)儀測(cè)試了置換過程中AsH3的峰值和穩(wěn)態(tài)值，數(shù)據(jù)表明該工藝安全。

4 結(jié)論

(1)選擇合理的工藝流程，可實(shí)現(xiàn)艾薩爐煙塵中鎘與砷的有效分離，實(shí)現(xiàn)艾薩爐煙塵中鎘的濕法開路。

(2)該工藝工序少、流程短，只產(chǎn)生一次渣，無中間渣料；所需設(shè)備少，不需對(duì)現(xiàn)行工藝做大的改動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)。

(3)通過在浸出過程中使砷氧化，可大大降低沉砷難度，降低沉砷過程中的Fe/As比，減少高鐵的補(bǔ)入量，降低渣量。

[1] 張忠輝,蘭堯中,陳鋒.從煙塵中回收鎘的工藝研究現(xiàn)狀[J]. 現(xiàn)代礦業(yè),2010，(9):91-92.

[2] 狄聚才.鋅冶煉系統(tǒng)處理煉鉛含鎘煙塵的生產(chǎn)實(shí)踐[J]. 中國(guó)有色冶金,2010，(5):25-27.

[3] 徐養(yǎng)良等. 艾薩爐高砷煙塵綜合利用新工藝[J]. 中國(guó)有色冶金,2005，(5):16-18.

Process study of cadmium recovery from ISA lead smelting furnace dust

WANG Fan, ZHANG Mei, QIAN Wan-de, YU Yi, WANG Bo, CHEN Mao

With the continuous enrichment of cadmium in ISA smelting furnace dust treatment during the lead bullion smelting process, this paper suggests that sulfuric acid leaching shall be adopted for ISA furnace dust treatment to produce refined cadmium after Cd removel in open circuit. The test results show that the process is technically feasible with good economy and safety.

lead bullion smelting; ISA furnace dust; cadmium; enrichment; open circuit

王 帆(1985—)，男，湖北洪湖人，碩士，工程師，從事冶金工業(yè)研發(fā)管理工作。

2016-02-24

TF812； TF819.2

B

1672-6103(2017)01-0071-02