淺析鉛冶煉富氧底吹煙灰中有價(jià)金屬回收工業(yè)化應(yīng)用

王占全，楚建偉

（青海西豫有色金屬有限公司，青海 格爾木 816099）

近幾年來(lái)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步以及科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展為鉛冶煉行業(yè)提供了廣闊的發(fā)展空間，同時(shí)也加快了鉛冶煉工藝水平的進(jìn)步和冶煉裝備的改革換代。對(duì)新的冶煉工藝而言，其主要包括卡爾多法、基夫賽特法，富氧頂吹、氧氣底吹等工藝手法，這些方法均在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中得到了廣泛應(yīng)用，同時(shí)，在生產(chǎn)過(guò)程中也不會(huì)給周圍的生態(tài)環(huán)境造成污染。在鉛冶煉過(guò)程中，富氧底吹煙灰方法得到了廣泛的應(yīng)用，能夠?qū)︺U元素進(jìn)行富集，提高了金屬元素的回收效率，而且需要投入的資金成本較低，在保證回收質(zhì)量的同時(shí)也給生態(tài)環(huán)境提供了良好的保障。

1 鉛冶煉富氧底吹煙灰中有價(jià)金屬回收工業(yè)化的應(yīng)用意義

對(duì)部分工業(yè)企業(yè)，其在處理鉛礦和再生鉛時(shí)，主要利用氧氣底吹熔煉-液態(tài)渣直接還原技術(shù)，采用富氧底吹爐，將煙灰在系統(tǒng)中進(jìn)行循環(huán)，當(dāng)Cd 含量達(dá)到20%以上時(shí)，需要將其排出系統(tǒng)，否則會(huì)影響氧氣底吹灰的正常生產(chǎn)。對(duì)煙灰而言，其成分主要包含鉛、鋅、鎘等有價(jià)金屬元素，在對(duì)這三種元素進(jìn)行綜合回收時(shí)，采用水浸-鋅置換的方法能夠?qū)⑵溥M(jìn)行分離，提高綜合回收利用率。在此過(guò)程中，如果高鉛渣中的含鉛量高達(dá)60%，則要將其返回冶煉鉛系統(tǒng)中繼續(xù)進(jìn)行回收。當(dāng)Cd 元素富集以后，其會(huì)產(chǎn)生85%以上品位的鎘棉，然后對(duì)其進(jìn)行精鎘生產(chǎn)，絕大部分煙灰中的新元素和投入成分會(huì)以硫化鋅的形態(tài)存在，當(dāng)其到達(dá)一定濃度以后，通過(guò)凈化、中和、烘干、粉碎、焙解等工藝就能生產(chǎn)出納米氧化鋅產(chǎn)品，從而就能為公司創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益[1]。

2 煙灰的成份及物相

行業(yè)內(nèi)工作人員對(duì)煙灰物進(jìn)行分析并得出結(jié)果：對(duì)煙灰中的Pb 元素，其主要以PbO 和PdSO4形態(tài)存在，而Cd 元素，其主要以CdSO4形態(tài)存在。此外，對(duì)Zn 元素和As 元素，其存在的形態(tài)為氧化物，主要成分如表1 所示。

表1 底吹爐煙灰主要化學(xué)成份（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）

3 工藝流程簡(jiǎn)述

對(duì)煙灰成份進(jìn)行分析，其中的Pb、Zn、Cd 元素存在巨大的回收利用價(jià)值，同時(shí)，對(duì)Pb 元素，當(dāng)其以PbO 和PdSO4形式存在，均不溶于水；對(duì)Cd 元素，其主要以CdSO4形式存在，擁有易溶于水的性質(zhì)，而且，當(dāng)溫度為0℃時(shí)，該化合物的溶解度為775g/l，當(dāng)溫度為25℃時(shí)，該化合物的溫度為772g/l，由于不同物質(zhì)其在水中的溶解度存在一定的差異性，則可在常溫狀態(tài)下，將它們都浸于水中，此時(shí)，Zn 和Cd 元素會(huì)進(jìn)入液相中，而由于Pb 和As 元素均不溶于水，便會(huì)在水中富集，從而浸出渣中。然后，對(duì)進(jìn)入液相的鎘和鋅元素，可以在液相中加入鋅粉將其置換出來(lái)，對(duì)置換過(guò)程中產(chǎn)生的鎘棉，對(duì)其進(jìn)行分離便可對(duì)鎘元素進(jìn)行回收，而對(duì)置換液，將其返回浸出，當(dāng)置換液中的鋅元素到達(dá)規(guī)定濃度時(shí)，可以采用凈化、合成、烘干粉碎、焙解這幾個(gè)流程，最終就能生產(chǎn)出納米氧化鋅。主要工藝流程圖如圖1 所示。

圖1 富氧底吹爐煙灰中有價(jià)金屬回收工藝流程圖

4 工藝技術(shù)條件及操作

4.1 浸出工序

對(duì)于水浸出工藝技術(shù)而言，其在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用的要求分別是：常溫狀態(tài)、液體和固體的比為4：1，攪拌過(guò)程要均勻且反應(yīng)時(shí)間為兩小時(shí)。在該生產(chǎn)條件下，產(chǎn)生的浸出渣內(nèi)，Pb的品位含量高達(dá)60%以上，且均在固相中集中，對(duì)鋅元素和Cd元素而言，其浸出率較高，均在液相中富集。對(duì)浸出工藝操作完成以后，能夠?qū)b 和Zn、Cd 元素進(jìn)行有效的分離，從而為下一步相關(guān)元素的綜合回收利用提供了便利。在煙灰浸出完成以后，無(wú)需對(duì)其進(jìn)行洗滌，如果進(jìn)行洗滌，則會(huì)產(chǎn)生大量的液相，從而會(huì)給后期的操作流程造成不便。此外，水浸出工藝技術(shù)流程完成以后，Cd 元素的浸出率一般會(huì)大于88%，Zn 元素的浸出率一般會(huì)大于76%。

4.2 置換工序

對(duì)置換工序，其主要是通過(guò)鋅粉完成的，加入80%左右的鋅粉進(jìn)行欠量置換，然后將PH 值調(diào)節(jié)到2.5 ～3.0 之間，在置換過(guò)程中，確保溫度不得高于60℃且不小于50℃，均勻攪拌且保證反應(yīng)時(shí)間為0.5h，當(dāng)PH 值無(wú)明顯變化時(shí)，即可視為置換完成。置換工序操作完成以后，只有確保鎘渣品位高達(dá)80%，才能進(jìn)行后期的處理操作。對(duì)置換操作完成以后的液體而言，要在液體中加入氧化鋅進(jìn)行中和反應(yīng)，反應(yīng)后將其浸出到工序中進(jìn)行再次循環(huán)，在此過(guò)程中，液相中的鋅元素會(huì)進(jìn)行富集，當(dāng)PH 值到達(dá)5.0 時(shí)，硫化鋅達(dá)到飽和狀態(tài)，此時(shí)，便可進(jìn)行過(guò)量置換操作，對(duì)鋅渣進(jìn)行酸化處理并反用，同時(shí)，溶液中會(huì)充滿硫化氫，該溶液便可作為納米氧化鋅生產(chǎn)的原料[2，3]。

4.3 一次凈化工序

對(duì)于一次凈化工序而言，其主要是將硫酸鋅溶液中的鐵、錳雜質(zhì)元素去除。對(duì)二價(jià)鐵元素而言，其相比于金屬鋅元素，存在的沉淀PH 值較高，而對(duì)三價(jià)鐵元素，其沉淀PH 值小于金屬鋅元素。因此，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，一般都會(huì)利用高錳酸鉀溶液當(dāng)做一次凈化工序的氧化劑，這既能做到去除鐵元素，還不會(huì)造成大量金屬鋅元素的損失。對(duì)高錳酸鉀溶液，其能夠?qū)⒍r(jià)鐵元素氧化成三價(jià)鐵元素，同時(shí)，三價(jià)鐵元素自身存在水解反應(yīng)，在水解過(guò)程中會(huì)以氫氧化鐵的沉淀形式存在并最終可以去除。在反應(yīng)過(guò)程中，氧化水解過(guò)程會(huì)產(chǎn)生酸，因此，在進(jìn)行一次凈化工序時(shí)，要向溶液中不斷加入氧化鋅，以此來(lái)中和掉反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的酸，工業(yè)要求反應(yīng)的時(shí)間不得低于90h 且最高反應(yīng)時(shí)間為150h，反應(yīng)的溫度為80℃～90℃，當(dāng)滿足以上工藝條件時(shí)，能夠去除99%以上的錳雜質(zhì)，而且，在反應(yīng)完成以后，能夠保證錳含量小于1mg/L。該過(guò)程中涉及到的化學(xué)反應(yīng)方程式如下所示：

（1）10FeSO4+2KMnO4+8H2SO4=K2SO4+2MnSO4+5Fe2（SO4）3+8H2O

（2）Fe2（SO4）3+H2O=2Fe（OH）3+3H2SO4

（3）3MnSO4+2KMnO4+2H2O=5MnO2+K2SO4+2H2SO4

4.4 二次凈化工序

對(duì)二次凈化工序，其主要是將一次凈化液中的Cd、Cu、Pb這三種雜質(zhì)元素去除，然后就能制出精致的硫化鋅溶液，同時(shí)，在此過(guò)程中可以利用325 目的工業(yè)鋅粉作為還原劑，這就不會(huì)產(chǎn)生新的雜質(zhì)。二次凈化工序的反應(yīng)時(shí)間不得少于20min，最高反應(yīng)時(shí)間為40min，最高反應(yīng)溫度為60℃，最低反應(yīng)溫度為50℃，只要滿足以上工藝技術(shù)條件，就能去除99%的鎘元素且反應(yīng)完成以后鎘濃度小于等于1mg/L。二次凈化工序過(guò)程中涉及到的化學(xué)反應(yīng)方程式如下所示：

（1）CuSO4+Zn=ZnSO4+Cu ↓

（2）CdSO4+Zn=ZnSO4+Cd ↓

4.5 中和工序

在中和工序操作過(guò)程中，其主要是碳酸鈉和硫酸鋅進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中能生成堿式碳酸鋅，該生成物存在焙解性能好的特點(diǎn)，同時(shí)，對(duì)中和工序而言，其技術(shù)操作條件為，反應(yīng)的時(shí)間為30min ～50min，最高反應(yīng)溫度為80℃，最低反應(yīng)溫度不得小于70℃。此外，由于氧化鋅的質(zhì)量與堿式碳酸性的質(zhì)量存在直接聯(lián)系，因此，在堿式碳酸鋅物質(zhì)生成完成以后，要對(duì)其進(jìn)行洗滌，洗滌的過(guò)程直接影響著堿式碳酸鋅的質(zhì)量，在洗滌過(guò)程中，利用液體和固體比例為8：1 的離子水進(jìn)行兩次洗滌，這才能保證堿式碳酸鋅產(chǎn)品的質(zhì)量滿足實(shí)際的使用需求。

4.6 烘干、焙燒工序

首先要對(duì)溶液進(jìn)行壓濾操作，然后才能進(jìn)行烘干和焙燒工序。在烘干操作過(guò)程中，要將溫度控制在105℃左右，烘干完成以后將濾液送到煅燒室中，將煅燒室的溫度控制在550℃以下且大于500℃，同時(shí)，確保焙燒的時(shí)間不得低于四小時(shí)，滿足以上焙燒條件以后，就能在焙燒完成以后制得納米級(jí)高活性氧化鋅。

5 綜合回收產(chǎn)品及產(chǎn)量

在以上操作工序完成以后，要對(duì)生成的高鉛渣、鎘棉、納米氧化鋅產(chǎn)品進(jìn)行檢查。對(duì)高鉛渣而言，如果其含量大于等于60%，則要繼續(xù)返回到鉛熔煉系統(tǒng)中對(duì)鉛元素進(jìn)行再次的回收。對(duì)鎘棉而言，如果該元素大于等于80%，則可以將其投入在精鎘生產(chǎn)系統(tǒng)中，進(jìn)行精鎘的再次生產(chǎn)。對(duì)納米氧化鋅物質(zhì)而言，其在生產(chǎn)完成以后，要確保質(zhì)量穩(wěn)定且成分含量達(dá)到國(guó)際的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求。一般而言，使用鉛冶煉富氧底吹煙灰工藝，每年大概能夠回收鉛金屬1500 多噸，鎘金屬500 多噸，鋅金屬400 多噸，為工業(yè)企業(yè)帶來(lái)300 多萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)利益。納米氧化鋅的化學(xué)成分如表2 所示。

表2 納米氧化鋅化學(xué)成分（%）

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)鉛冶煉富氧底吹爐煙灰操作而言，其涉及的工藝主要包括水浸、置換、凈化、中和、焙解。該過(guò)程主要是對(duì)鎘元素進(jìn)行回收，對(duì)鉛元素進(jìn)行富集，同時(shí)，這些流程還會(huì)將煙灰中的鋅元素直接轉(zhuǎn)化為納米氧化鋅產(chǎn)品，存在流程短、投資成本低、操作簡(jiǎn)單、方便、過(guò)程無(wú)污染物、無(wú)固廢、無(wú)廢液產(chǎn)出，不會(huì)給周圍生態(tài)環(huán)境造成污染等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。