氧氣底吹爐高比例處理含鉛雜料的生產實踐

索云峰

(中國恩菲工程技術有限公司， 北京 100038)

氧氣底吹爐高比例處理含鉛雜料的生產實踐

索云峰

(中國恩菲工程技術有限公司， 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的區別，列舉利用氧氣底吹爐高比例處理含鉛雜料的生產實踐，實現各種含鉛雜料有價金屬的綜合回收和無害化處理。

氧氣底吹爐； 提金尾渣； 復雜金精礦

0 前言

濕法煉鋅過程產出不同類型的渣，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、鎘等有價金屬，直接堆放不僅浪費了資源，而且對環境產生嚴重危害，濕法煉鋅渣有價金屬的綜合回收和無害化處理是鋅冶煉行業面臨的迫切任務。

在金銀冶煉過程中產生大量的提金尾渣，尾渣中富含金銀鉛鋅等有價元素。對于提金尾渣的綜合回收尚無經濟合理的工藝，只能在渣場堆存，不僅占用大量土地，造成資源浪費，還對當地的環境造成安全隱患。

近年來，隨著金礦的大規模開采，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、含砷、硫、銻、碳等有害雜質較高的難處理復雜金精礦已成為今后黃金工業的主要原料。用傳統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，各國對生態平衡和環保的要求愈來愈高，對氰化法工藝要求愈加苛刻。因此開發利用多金屬復雜金精礦是黃金行業持續發展的必經之路。

鉛精礦原礦市場競爭激烈，幾乎所有的煉鉛企業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操作模式

1.1 入爐原料

處理鉛精礦時，其主要成分是PbS，而濕法煉鋅渣鉛的主要形態是PbSO4，除鉛的物相不同外，鋅、銅、鐵等的物相亦有區別，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行化學和物相分析，結果見表1：

表1 浸出渣的化學分析 %

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、交互反應、造渣反應均為放熱反應，因此氧氣底吹爐在生產過程中極少補充熱量，可以實現自熱熔煉。

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到其分解溫度，否則將難以維持各種化學反應的進行。

PbSO4在高溫條件下將發生分解反應：

PbSO4是比較穩定的化合物，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別的，盡管沒有進行全面深入的分析研究，但在造渣反應過程中以上這些組份肯定與傳統的思維是有差異的。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，據生產實踐證明，采取高鐵渣型似乎更有利于搭配冶煉：

1.4 生產操作模式

為了補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)，其優點是：

—可提高熔煉煙氣SO2濃度；

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

—當處理低鐵的浸出渣時，硫鐵礦可以起到鐵熔劑的作用。

但當原料含鐵高時，將無法配入；同時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，生產單耗低。但天然氣受到區域限制。

2 云南某廠搭配處理鋅浸出渣的生產實踐

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(重量百分數)進行配比。

根據工藝要求，配入造渣熔劑、循環煙塵、碎煤等，由圓盤制粒機進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 %

此混合物料連續加入氧氣底吹爐的高溫熔池中，其底部連續噴入氧氣，混合物料發生復雜的熔化、氧化脫硫、交互反應、造渣反應，分別產出高溫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現連續運行，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實踐

根據原料情況，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，同時配入造渣熔劑、循環煙塵、碎煤等，由圓筒混料機進行充分混合，其成分見表4。

根據原料情況，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，同時配入造渣熔劑、循環煙塵、碎煤等，由圓筒混料機進行充分混合，其成分見表5。

表4 入爐物料成分 %

表5 入爐物料成分 %

4 搭配處理復雜金精礦及提金尾渣

4.1 背景

鑒于無經濟合理的工藝處理復雜金精礦、提金尾渣等雜料，經過實踐摸索，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、鉍及銻等有價金屬，實現低碳循環經濟。

4.2 新技術概述

難處理多金屬混合鉛物料低碳熔煉綜合回收新技術通過實踐摸索得以成功開發并實現產業化，其中主要的研發內容有：(1)利用水模型實驗模擬熔池條件，反復調整操作參數，從而確定還原爐規格，出煙口、下料口、虹吸口以及放渣口的位置，噴槍個數及位置。(2)通過考察還原爐噴槍及槍口磚的結構和材質，進行對比實驗研究，最終確定噴槍及槍口磚的創新型結構和材質。

該技術自投產以來，生產穩定，金屬回收率高，技術經濟指標先進，取得了良好的經濟效益、環境效益及社會效益。

該技術關鍵設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現熱渣直流。復雜金精礦、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、保護介質等流體有效攪動熔池，形成良好的傳質傳熱條件，有利于氧化熔煉充分進行。熔煉過程產出的熔融富鉛渣通過溜槽直接流入底吹熔融還原爐內進行還原熔煉，產出的一次粗鉛富集金、銀、銅、鉍等有價金屬，經鑄錠后送至電解車間，產出的高溫煙氣經余熱回收及收塵后，煙氣送硫酸車間制酸，制酸尾氣脫硫排空。

進入還原爐內的熔融富鉛渣在底部高速噴入的煤粉、氧氣等流體作用下，形成良好的傳質傳熱條件，實現最佳的還原效果，還原過程中產出的二次粗鉛富集金、銀、銅、鉍等有價金屬，經鑄錠后送至電解車間，產出的熔融還原爐渣通過溜槽直接流入煙化爐進行煙化吹煉，產出的高溫煙氣經余熱回收及收塵后，脫硫排空。

還原爐渣在煙化爐內進一步還原揮發，鋅、鉛、銀等有價金屬得以回收利用,棄渣經水淬后外賣。

5 山東某廠搭配處理復雜金精礦及提金尾渣的生產實踐

根據原料情況，鉛精礦搭配復雜金精礦(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，同時配入造渣熔劑、循環煙塵、碎煤等，由圓盤制粒機進行充分混合，其成分見表6。

5.1 取得的效果

經試驗研究，還原爐渣含鉛能穩定控制在3%以下，生產指標見表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 主要技術經濟指標

項目單位指標備注熔煉爐處理量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 結語

在鉛冶煉成本構成中，原料費用即礦產成本是最重要的部分。2001年以來，國內鉛精礦價格占精鉛價格比例穩定在60%以上，2007年占76%，2008年占74%，2009年占82%，2010年占85%，2014年鉛精礦價格占精鉛價格的比例為87%。鉛冶煉生產企業的利潤空間不斷被壓縮，單純處理鉛精礦已經不合時宜。

對于當今鉛冶煉生產企業來說，如何根據自身實際情況選擇合適的原料結構是極為重要的。

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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，內蒙古呼倫貝爾人，工程師，主要從事有色金屬冶煉工藝設計工作。

TH315

B

1003-8884(2015)03-0012-04