底吹炉处理锌浸出渣工艺设想

1、底吹炉处理锌浸出渣工艺设想河南豫光金铅股份有限公司 河南济源 454650摘要目前主流的湿法炼锌工艺对产出的浸出渣采用回转窑挥发法处理存在成本高、焦耗大、有价金属回收率低等诸多缺点，有待开发新的工艺装备及工艺进行更新换代。本文论述采用底吹熔池熔炼工艺处理湿法炼锌浸出渣工艺过程及其原理，并对关键工艺要点展开讨论，并与常规回转窑挥发法处理工艺进行比较，确定了采用底吹熔池熔炼工艺处理浸出渣的可行性。关键词湿法炼锌；浸出渣；回转窑；底吹炉；熔池熔炼；工艺设想Technology idea on treatment of leaching residue of zinc hydrometallurgy

2、by bottom-blown furnace abstract:Current mainstream hydrometallurgy of zinc leaching residue by rotary kiln volatilization method has many disadvantages such as high treatment cost, high coke consumption and low metal recovery, pending the development of new technology and equipment for the replacem

3、ent. This article discusses the idea of treatment processes and principles by using a bottom blowing bath smelting process to treat the hydrometallurgical zinc leaching residue, and discuss the key process elements, and compared with conventional treatment by rotary kiln volatilization process, iden

4、tified the use of bottom blowing feasibility of bath smelting process for leaching residue treatment.Keywords: hydrometallurgy of zinc; leaching residue; rotary kiln; bottom-blown furnace; bath smelting; process idea0、前言锌冶炼的方法有火法炼锌和湿法炼锌两种，其中湿法炼锌在世界范围内已占锌冶炼总量的80%以上。近年来我国新增锌冶炼产能也是以湿法炼锌为主。湿法炼锌已成为世界锌冶炼生

5、产的发展方向。而湿法炼锌生产中所得到的大量浸出渣中含有较多的锌及其它有价金属。为了充分利用资源，提高金属回收率和其它有价金属的综合回收利用，必须对浸出渣进行处理。浸出渣处理的方法很多，目前采用最为广泛的是回转窑挥发法，该法处理存在成本高、焦耗大、有价金属回收率低等诸多缺点，有待开发新的工艺装备及工艺进行更新换代。1、锌浸出渣来源及成份1.1锌浸出渣来源某电锌生产厂设计产能20万t/a，采用典型的“焙烧浸出电积铸型”湿法炼锌工艺生产。在这种常规湿法炼锌流程中，焙砂中几乎全部的铅、金、银、铟、锗、镓，60%的铜、30%的镉、15%的锌都进入浸出渣中。锌精矿的锌品位处于47.5%49%之间，按每生产

6、1t电锌可以产出1.01.05t浸出渣，电锌产能20万t/a规模，则每年产出浸出渣约为2021万t。1.2浸出渣的成份及属性锌浸出渣的化学组成和锌物相组成分别见表1和表2。从分析结果可知，锌浸出渣中锌的含量较高，并含有Pb、Cu、Fe、Au、Ag等有价金属与贵金属。表1 锌浸出渣的化学成份Tab.1 Chemical composition of leaching residue of zinc成份ZnPbCuSFeSiO2CaOAu（g/t）Ag（g/t）水份含量%2022240.81.2562123812350.10.81003001618表2 锌浸出渣中的锌物相组成Tab. 2 The

7、thing is composed of Zn each other in leaching residue of zinc成份ZnOFe2O3ZnSZnSO4ZnOZnOSiO2含量（%）42.4017.378.4731.760.251.3浸出渣处理现状浸出渣处理的方法很多，根据渣的组分及冶炼的具体条件选择不同而不同。据资料显示有鼓风炉熔炼和烟化炉熔炼法、硫酸化焙烧法，氯化硫化焙烧法、黄钾铁矾法和回转窑挥发法等。目前国内炼锌企业广泛采用回转窑挥发法。1.3.1浸出渣的回转窑挥发法处理工艺原理回转窑挥发法处理浸出渣是配入浸出渣数量4050%的焦粉，与浸出渣一起投入有一定倾斜度的回转窑，当窑体转

8、动时，炉料随之翻动，在11001300高温下炉料中的金属氧化物与还原剂充分接触，被还原成金属蒸气进入气相，在气相中又被氧化为氧化物，随烟气进入收尘设备中被捕集下来，所得的含有Pb、Zn、Ga、Ge、Cd、In等有价金属氧化物的氧化锌烟尘即为处理浸出渣的主产品。同时，未随烟气带走的其它成份形成高温窑渣产出。1.3.2回转窑处理法主要缺点A、回转窑挥发法处理浸出渣只能挥发回收Zn、Pb、Cd和部分的In，有价金属Ga、Cu、Ag、Au以及大部分的Ge都残留在窑渣中。因此窑渣仍含有大量的Cu、Au、Ag、Ga、Ge等稀贵元素。而窑渣的产出率为浸出渣的6468%，根据生产实际统计，每生产1t电锌约产出

9、窑渣0.8t，因此窑渣数量巨大。所以说回转窑产出数量巨大而含有丰富有价金属的窑渣是该工艺存在的一大弊端。B、挥发窑法处理浸出渣的工艺过程中，大量配入的焦粉在挥发窑内的燃烧属于一种不完全燃烧，资料显示，窑渣含碳占到1825%之多。昂贵的冶金焦的大量投用与不充分利用是挥发窑法处理浸出渣成本居高不下的重要原因之一。C、挥发窑砌体寿命短、维修工作量大、维修费用高。由于回转窑是一种在高温下连续运转的设备，随着窑体的旋转，炉料与内衬不断地发生摩擦而损伤窑衬，使窑衬寿命明显缩短。据生产实践，回转窑窑衬的使用寿命一般为60120d，内衬砖寿命短是挥发窑处理浸出渣成本偏高的原因之一。另外窑体较长，受热、受力不均

10、匀造成的炉体机械传动装置等的检修维修费用较高。2、底吹炉处理浸出渣的工艺设想2.1底吹炉结构 处理湿法炼锌浸出渣所用的底吹炉结构如图2所示。炉体是由钢板卷制的圆筒形转炉，炉子圆筒底部配置有底吹气体喷枪，圆筒上部居中位置配置加料口，筒体上部一端配置出烟口。筒体的两端分别配置出渣口和虹吸锍放出口。辅助装置包括炉子的支撑与传动装置、烟气余热回收装置与配套的制酸系统、上料装置、气体输送管路系统与操作控制系统等。1传动装置 2虹吸冰铜口 3燃烧器 4进料口 5出烟口 6出渣口 7底吹氧枪 8基础图2 底吹炉结构简图Fig2 the structure of bottom-blown furnace2.2

11、底吹炉处理浸出渣工艺原理 采用底吹熔池熔炼工艺处理浸出渣采用底吹炉做为主要工艺装备，锌浸出渣配入一定量的焦沫和造渣用的石英、石子，补入造锍剂铅精矿等加入底吹炉中，通过设置在炉子底部的气体喷枪通入炉中天然气与氧气，通过天然气在熔池内的燃烧供热。保证炉内熔池的上表面有一定厚度的焦炭层，保持炉内的还原性气氛。控制炉温在11001250,浸出渣中的金属氧化物在还原性气氛熔池内被还原，还原出的金属蒸气进入气相，在气相中又被氧化成氧化物，随着出炉烟气在收尘系统中被捕集，所得的含有Pb、Zn、Ga、Ge、Cd、In等有价金属氧化物的氧化锌烟尘即为本工艺的主产品。入炉物料中部分Pb、Zn、Fe、S等成份在还原

12、性气氛下形成低品位铜锍，部分未挥发的有价金属与贵金属富集于铜锍中产出，铜锍转运至铜铅混合渣料系统继续处理，进一步回收其中的有价金属与贵金属。炉料中其余的杂质成份形成炉渣产出。工艺路线如图1所示。图1 底吹炉处理浸出渣工艺流程图Fig.1 the flowchart on treatment of zinc leaching residue by bottom-blown furnace2.3底吹炉内主要金属组份的行为在1250左右时，浸出渣中铁酸锌（ZnOFe2O3）、硅酸锌（ZnOSiO2）、硫酸锌（ZnSO4）和硫化锌（ZnS）通过C或CO还原为Zn单质进入烟气，在烟气通道中遇混风进入的空

13、气氧化为ZnO进入烟尘回收，硫酸铅（PbSO4）和硫化铅（PbS）经反应后分别以Pb单质、PbO和PbS的形式进入烟气，少量的单质Pb、PbS等在烟气通道中与混风进入的空气氧化为PbO，并与烟气中原有的PbO一起富集于烟尘中，最终产出以ZnO和PbO为主的烟尘进一步回收有价金属Pb和Zn。 由本文表2所示，锌在浸出渣中以铁酸锌（ZnOFe2O3）、硫化锌（ZnS）、硫酸锌（ZnSO4）、氧化锌（ZnO）及硅酸锌（ZnOSiO2）等形式存在。铅主要以硫酸铅（ZnSO4）及硫化铅（ZnS）的形式存在。（1）铁酸锌（ZnOFe2O3）由于锌精矿中含有较多的铁，沸腾焙烧时生成铁酸锌（ZnOFe2O3）

14、，在常规浸出条件下铁酸锌几乎不溶解而残留于渣中，铁酸锌中的锌约占渣含锌总量的5060%，底吹炉中铁酸锌发生如下反应：底吹炉熔池温度保持在1000以上，上述反应进行得很快，且有部分氧化铁被还原为金属铁，促进氧化锌的还原：另外，部分FeO还会与造锍剂PbS发生反应，转化为FeS入锍：（2）硫化锌（ZnS）硫化锌在沸腾焙烧过程中未被氧化，且不溶于稀酸而残留在浸出渣中，硫化锌在渣中约占渣中含锌总量的25%30%，这部分硫化锌在底吹炉熔池中主要反应是一部分随着底吹强制送入的气相成份接触，部分被氧化，再还原挥发。一部分与熔池内还原产出的金属铁及熔池内的氧化钙成份作用产生锌蒸气。还有部分硫化锌会以锍的形式产

15、出。（3）硫酸锌（ZnSO4） 硫酸锌是被溶解的物质，在过滤时未被洗净而进入渣中，底吹炉熔池高温状态下，硫酸锌快速分解。分解产生的ZnO在高温熔池内会被还原挥发。部分ZnSO4被还原成ZnS富集于锍中。（4）氧化锌（ZnO） 以游离态存在于锌浸出渣中的氧化锌数量较少。其主要来源是在浸出时来不及溶于稀酸而残留在浸出渣中，与ZnSO4分解产出的ZnO一起在还原性气氛熔池内被还原挥发。（5）硅酸锌（ZnOSiO2）沸腾焙烧过程中形成的硅酸锌能溶解于硫酸溶液中，只有少量形成胶体物质而残留在浸出渣中，高温熔池中，其反应如下：熔池中CaO存在的情况下可加速ZnOSiO2的还原：（6）硫酸铅（PbSO4）铅

16、在浸出渣中的赋存形态大部分以PbSO4形式存在，也有少量的硫化铅、氧化铅、硅酸铅。硫酸铅在熔池内被还原成硫化铅，氧化铅被还原成金属铅，硫化铅、氧化铅和硫化铅也可能进行相互反应形成金属铅。 反应所得的金属铅数量较少，在熔池下层不致于形成独立的铅层，除一部分进入锍内随锍产出以外，其余部分挥发进入烟尘。硫化铅与其他金属硫化物形成低熔点锍，熔池内硅含量高时，PbO与SiO2形成低熔点硅酸铅渣使铅损失于渣中。3.讨论3.1渣型3.1.1因为浸出渣中含Fe较高，所以不宜选用FeO：SiO2=1：1的渣型。选这样的渣型必须配入大量石英砂，增大了渣量。根据铜浮渣底吹炉半工业试验中熔炼炉渣的情况，选FeO：Si

17、O2=1.4：1应该是可行的。3.1.2配入一定CaO有利于降低渣含铅、锌，但配入量太多也增大了渣量。所以渣中CaO可控制在7%左右，最大不宜超过10%。3.1.3浸出渣中一般含有5%左右的Al2O3，其作用相当于SiO2；还含有一定MgO，其作用相当于CaO，这些因素在配料时要考虑到。3.2造锍3.2.1回转窑处理浸出渣过程中，挥发性较差的有价金属元素，留在残渣中散失。而根据铜、镍、铅、锌、锑等有色冶金的长期实践表明，入炉矿石原料中含有的微量或痕量贵金属，在火法熔炼过程均可被捕集到锍或最终的金属相中，金属元素被锍或金属相捕集的原理在于锍具有一定的金属性，为了便于对浸出渣中有价金属及贵金属的有

18、效回收，底吹熔池熔炼处理浸出渣增加了造锍工艺。通过造锍使尽可能多的Cu、Au、Ag等富集到锍中。另外，通过造锍也可以使部分Fe、S、Pb富集到锍中加以综合回收。 参考采用鼓风炉处理浸出渣的工业实践，采用底吹熔池熔炼工艺处理浸出渣产出的锍的大致成份应为Cu 58%、S 2025%、Fe 4050%、Pb 812%、Au 0.51.5g/t、Ag 350700g/t，这种锍可以转运至除铜渣处理系统进行联合处理。3.2.2造锍措施3.2.2.1浸出渣中含Fe较多，而Fe在浸出渣中赋存状态多为氧化态形式的Fe2O3形式，加强炉内还原性气氛，配入浸出渣量1520%的焦碳做为还原剂，可以使部分Fe转化为FeS形式入锍。3.2.2.2浸出渣中含S、Pb相对偏低，可考虑配入23%的铅精矿以补S、补Pb。3.2.2.3为了避免锍的氧化，氧枪中入炉的天然气与O2的比应控制在1：2，不宜通入过量O2。3.2.2.4由于部分铁入锍，进入渣相的铁量降低，渣型计算时应根据情况减少配入石英砂的数量。3.3加强挥发的措施3.3.1强还原气氛可使Zn尽可能多地还原为单质Zn从而气化挥发。3.3.2氧枪中氧气通道可通入富氧空气而非纯氧，从而使通过熔体的气体量加大一些。可以把氧枪的中心管启用。3.3.3温度高有利于挥发，但高温也加速炉衬的烧损，所以只能到1200，不适宜太高。4.结论根据理论分析，采用底吹熔池熔