于建忠， 魯興武

(1.白銀有色集團(tuán)股份有限公司第三冶煉廠， 甘肅 白銀 730900； 2.西北礦冶研究院， 甘肅 白銀 730900)

濕法煉鋅不論采用何種工藝，生產(chǎn)過程中都會(huì)產(chǎn)生大量的浸出渣，不僅對(duì)環(huán)境污染相當(dāng)嚴(yán)重，而且有價(jià)資源不能有效利用。目前主要有回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)法、奧斯麥特法、煙化爐煙化法等渣處理方法，各種方法在能耗、運(yùn)行成本、回收率、半成品再處理等方面均存在不同程度的缺點(diǎn)。在當(dāng)前環(huán)保要求越來越嚴(yán)的形勢下，為了達(dá)到無害化處理的目的，獲得較為理想的經(jīng)濟(jì)效果，開發(fā)渣處理新工藝極為迫切。本文初步探索轉(zhuǎn)底爐直接還原焙燒技術(shù)處理鋅浸出渣的工藝，希望為濕法煉鋅浸出渣處理工藝開辟新的方向。

1 綜合回收的必要性

濕法煉鋅根據(jù)方法不同分為常規(guī)濕法煉鋅工藝、高溫?zé)崴峤龉に嚭土蚧\精礦氧壓直接浸出工藝，不管哪一種工藝，都會(huì)產(chǎn)生數(shù)量可觀的浸出渣。每生產(chǎn)1 t電鋅，會(huì)產(chǎn)出1.0～1.2 t的浸出渣。浸出渣中含有鉛、鋅、銀、銦等有價(jià)金屬，過去由于這些金屬價(jià)格低迷，再加上缺乏高效經(jīng)濟(jì)的回收途徑，大部分企業(yè)沒有對(duì)濕法煉鋅渣中有價(jià)金屬進(jìn)行綜合回收。隨著原料競爭的加劇，利潤空間越來越小，促使企業(yè)進(jìn)一步挖掘浸出渣中有價(jià)金屬潛力，為綜合回收提供了驅(qū)動(dòng)力。另一方面，固廢危廢的管理標(biāo)準(zhǔn)越來越高，面對(duì)高額的第三方處置費(fèi)，企業(yè)不得不認(rèn)真研究自行處置浸出渣。

以某濕法煉鋅廠浸出渣為例，該廠年產(chǎn)浸出渣85 000 t，含水約25%。其中含鉛1 702 t，含鋅2 671 t，含銀5.99 t，以2019年1月上海有色金屬網(wǎng)1#鉛月均價(jià)18 013元/t、0#鋅月均價(jià)22 243元/t、3#銀月均價(jià)3 651元/kg計(jì)算，鉛銀渣中有價(jià)金屬總價(jià)值約1.1億元/a，回收潛力巨大。采用高效適用技術(shù)對(duì)渣中有價(jià)金屬進(jìn)行回收利用，不僅可提高鋅的回收率和資源綜合利用水平，對(duì)增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、改善企業(yè)經(jīng)營狀況也具有重要意義。

2 濕法煉鋅浸出渣處理工藝現(xiàn)狀

目前我國濕法煉鋅浸出渣處理工藝主要有以下幾種。

1)回轉(zhuǎn)窯工藝。回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)法(又稱威爾滋法)，是我國濕法煉鋅浸出渣處理工藝的典型流程，其原料適應(yīng)性強(qiáng)、工藝成熟、操作簡單，應(yīng)用廣泛，但存在能耗和生產(chǎn)成本高、環(huán)境污染嚴(yán)重、貴金屬回收率低、窯襯壽命短、更換維修麻煩、勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作環(huán)境差、作業(yè)率低等問題。

2)奧斯麥特工藝。奧斯麥特工藝是近年發(fā)展起來的強(qiáng)化熔池熔煉技術(shù)，該工藝采用富氧熔煉，分爐操作，煤率約40%，床能力較高，貴金屬回收率高。但該工藝存在投資大、噴槍壽命短、專利引進(jìn)費(fèi)用高、核心技術(shù)不掌握等問題。目前國內(nèi)僅內(nèi)蒙古興安博源銅鋅冶煉廠使用該技術(shù)。

3)煙化爐工藝。該工藝和奧斯麥特法同屬熔池熔煉工藝，原理相同。煙化法目前國內(nèi)只有馳宏鋅鍺公司在應(yīng)用，其特點(diǎn)是棄渣含鋅低，鍺的揮發(fā)率大于93%～95%，對(duì)處理含鍺高的渣料很有利，但能耗較高，粉煤率達(dá)到40%以上，同時(shí)煙化爐壽命短，年生產(chǎn)周期不足200 d，維修量大。采用煙化爐全部處理浸出渣冷料，存在能耗偏高、床能率低、下層風(fēng)口區(qū)水套壽命較短等問題。

4)側(cè)吹爐工藝。側(cè)吹爐還原造锍熔煉工藝，是近些年發(fā)展起來的專門處理冶金廢渣和含重金屬危險(xiǎn)廢物的熔煉技術(shù)，該工藝原料適應(yīng)性強(qiáng)，工藝成熟，利用冷壓團(tuán)技術(shù)，先將濕法浸出渣、煙灰、酸泥、壓濾渣等制團(tuán)獲得一定的強(qiáng)度后入爐冶煉，熔體經(jīng)電熱前床澄清分離產(chǎn)出冰銅、粗鉛，側(cè)吹爐焦率約18%，銅及貴金屬回收率較高，能夠很好的實(shí)現(xiàn)危廢的資源化和無害化。但由于冷壓團(tuán)塊冷熱強(qiáng)度不高，床能力只有18～22 t/m2·d，煙塵率高達(dá)10%～12%，同時(shí)因處理危廢，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的三防要求較高。

3 轉(zhuǎn)底爐直接還原焙燒技術(shù)

3.1 工藝原理

轉(zhuǎn)底爐源于軋鋼用的環(huán)形加熱爐，最初用于處理鋼鐵工業(yè)產(chǎn)生的粉塵及含鐵廢料，但很快就有美國、德國、日本等國將其轉(zhuǎn)而開發(fā)應(yīng)用于鐵礦石的直接還原。由于這一工藝無需制備燃料的和對(duì)原料進(jìn)行深加工，對(duì)合理利用自然資源、保護(hù)人類環(huán)境有積極的作用，因而受到了冶金界的普遍關(guān)注。

近年來，已有多家有色企業(yè)利用轉(zhuǎn)底爐直接還原技術(shù)開展了銅尾渣和浸出渣資源綜合利用研究與應(yīng)用。某廠聯(lián)合北京神霧集團(tuán)研究院對(duì)濕法煉鋅浸出渣進(jìn)行了探索性試驗(yàn)研究。其基本工藝過程：將含鉛、鋅的物料配加還原劑、添加劑(還原劑、添加劑磨細(xì)至-200目占75%以上)等制成含碳球團(tuán)，烘干后布入轉(zhuǎn)底爐；在爐內(nèi)1 200～1 400 ℃的還原區(qū)將含碳球團(tuán)還原為金屬化球團(tuán)。工藝原理：球團(tuán)中易揮發(fā)成分如硫酸鋅、硫酸鉛先轉(zhuǎn)變?yōu)镻bO、ZnO后被還原成金屬Pb、Zn，金屬Pb、Zn揮發(fā)進(jìn)入煙氣中再氧化生成PbO、ZnO，通過對(duì)煙塵的收集可以得到富含PbO、ZnO的二次粉塵；物料中不易揮發(fā)的鐵元素大部分留在渣中，可作為建材原料對(duì)外銷售或通過磁選工藝進(jìn)一步回收其中的金屬鐵。其基本工藝流程見圖1。

圖1 基本工藝流程圖

3.2 處理鋅浸出渣試驗(yàn)研究

該濕法煉鋅廠浸出渣包含兩種原料：鐵礬渣和鉛銀渣，兩種渣產(chǎn)出量接近1∶1，試驗(yàn)過程中將兩種渣按1∶1均勻混合作為原料進(jìn)行試驗(yàn)。

3.2.1 原料多元素分析

將這兩種渣分別進(jìn)行多元素化學(xué)分析，化驗(yàn)結(jié)果分別見表1和表2，混合渣多元素分析結(jié)果見表3。

表1 鐵礬渣多元素分析結(jié)果 %

注：*單位為g/t。

表2 鉛銀渣多元素分析結(jié)果 %

注：*單位為g/t。

表3 混合渣多元素分析結(jié)果 %

注：*單位為g/t。

從表3可以看出，浸出渣中的S含量較高，為11.54%，鉛和鋅含量分別為2.67%和4.19%，Ag為94 g/t。

3.2.2 還原煤分析

試驗(yàn)以當(dāng)?shù)孛簽檫€原劑，還原煤工業(yè)分析見表4。

表4 還原煤工業(yè)分析 %

3.2.3 還原溫度和添加劑種類試驗(yàn)

為了解溫度和添加劑種類對(duì)混合渣煤基直接還原的影響以及焙燒過程中球團(tuán)狀態(tài)，進(jìn)行了焙燒試驗(yàn)。C/O為2.2，添加劑分別為無添加劑、10%SEC- S、15%SEC- B、10%SEC- L。采用模擬轉(zhuǎn)底爐的焙燒溫度曲線進(jìn)行焙燒，高溫區(qū)焙燒溫度1 210 ℃、1 230 ℃，總焙燒時(shí)間為40 min。試驗(yàn)結(jié)果見表5，1 210 ℃時(shí)球團(tuán)的焙燒狀態(tài)見圖2，1 230 ℃時(shí)球團(tuán)的焙燒狀態(tài)見圖3。

表5 還原溫度和添加劑種類試驗(yàn)結(jié)果

圖2 高溫段為1 210 ℃時(shí)球團(tuán)的焙燒狀態(tài) (從左到右，依次是無添加劑、10%SEC- S、15%SEC- B、10%SEC- L)

圖3 高溫段為1 230 ℃時(shí)球團(tuán)的焙燒狀態(tài) (從左到右，依次是無添加劑、10%SEC- S、15%SEC- B、10%SEC- L)

試驗(yàn)結(jié)果表明，溫度為1 230 ℃時(shí)，球團(tuán)的金屬化率以及鉛、鋅、銀等元素的脫除率要好于1 210 ℃時(shí)的結(jié)果。從球團(tuán)焙燒狀態(tài)來看，添加SEC- L的球團(tuán)狀態(tài)較好，其他添加劑的球團(tuán)反應(yīng)劇烈，球團(tuán)收縮嚴(yán)重，有粘盤現(xiàn)象，耐材盤中有大量低熔點(diǎn)物質(zhì)，因此下一步試驗(yàn)采用SEC- L作為添加劑，并通過改變SEC- L的添加量，提高Pb、Zn、Ag等元素的脫除率。

3.2.4 還原溫度和添加劑用量試驗(yàn)

為了進(jìn)一步探索還原溫度和SEC- L用量對(duì)混合渣煤基直接還原的影響以及焙燒過程中球團(tuán)狀態(tài)，進(jìn)行了焙燒試驗(yàn)。C/O為2.2，添加劑SEC- L的用量分別為5%、8%、10%。試驗(yàn)結(jié)果見表6，1 230 ℃時(shí)球團(tuán)的焙燒狀態(tài)見圖4，1 250 ℃時(shí)球團(tuán)的焙燒狀態(tài)見圖5。

表6 還原溫度和添加劑用量試驗(yàn)結(jié)果(蘭炭)

圖4 高溫段為1 230 ℃時(shí)球團(tuán)的焙燒狀態(tài)

圖5 高溫段為1 250 ℃時(shí)球團(tuán)的焙燒狀態(tài)

從表3～6的試驗(yàn)結(jié)果來看，高溫有利于鉛、鋅、銀等元素的脫除，但是溫度為1 250 ℃時(shí)，球團(tuán)有不同程度熔化現(xiàn)象發(fā)生。

從球團(tuán)焙燒狀態(tài)來看，添加SEC- L為10%的球團(tuán)狀態(tài)較好，添加SEC- L為5%、8%的球團(tuán)有嚴(yán)重的熔化現(xiàn)象。

首次試驗(yàn)采用3 mm蘭炭，為進(jìn)一步提高鉛鋅揮發(fā)率，二次試驗(yàn)采用-200目>90%的還原煤作為還原劑進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)。

3.2.5 還原劑試驗(yàn)

將還原劑換為-200目>90%的還原煤，C/O為2.2，添加劑SEC- L的用量分別為5%、8%、10%。高溫區(qū)焙燒溫度分別為1 230 ℃、1 250 ℃。試驗(yàn)結(jié)果見表7，1 230 ℃時(shí)球團(tuán)的焙燒狀態(tài)見圖6，1 250 ℃時(shí)球團(tuán)的焙燒狀態(tài)見圖7。

將還原劑換為煤后，鋅的揮發(fā)率明顯上升可達(dá)到95%以上，鉛的揮發(fā)率接近90%，銀的揮發(fā)率在50%以上。

表7 添加劑用量試驗(yàn)結(jié)果(還原煤)

圖6 還原劑為煤，高溫段為1 230 ℃時(shí)球團(tuán)的焙燒狀態(tài)

圖7 還原劑為煤，高溫段為1 250 ℃時(shí)球團(tuán)的焙燒狀態(tài)

4 結(jié)論

直接還原焙燒工藝處理濕法煉鋅浸出渣探索試驗(yàn)得到的最佳工藝條件為：還原劑采用-200目>90%的還原煤，C/O為2.2，添加劑為10%的SEC- L，直接還原溫度1 250 ℃，總焙燒時(shí)間40 min。在該條件下取得了如下試驗(yàn)指標(biāo)：鉛的揮發(fā)率89%，鋅的揮發(fā)率96%，銀的揮發(fā)率53%。以該數(shù)據(jù)計(jì)算，該濕法煉鋅廠若采用直接還原焙燒工藝處理當(dāng)年產(chǎn)浸出渣，可回收鋅金屬2 000 t/a以上，提高鋅回收率約2個(gè)百分點(diǎn)。轉(zhuǎn)底爐在處理鋼廠煙塵脫除鉛鋅、回收鐵方面技術(shù)已非常成熟，將其應(yīng)用于處理有色冶金過程產(chǎn)生的低品位含鉛鋅等易揮發(fā)元素尾渣或浸出渣，具有流程簡單、裝備先進(jìn)、處理量大、金屬回收率高等獨(dú)特的優(yōu)勢。在初步探索試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，需要進(jìn)一步開展擴(kuò)大化試驗(yàn)，探索還原煤用量、還原時(shí)間、料層厚度等最佳工藝條件，為工業(yè)化試驗(yàn)和經(jīng)濟(jì)性評(píng)估提供更多有力依據(jù)。