王光輝　王海北　張帆　劉貴清

摘 要：我國(guó)鉛鋅冶煉企業(yè)每年產(chǎn)生大量的鉛鋅冶煉渣。這些廢渣既是一種危險(xiǎn)廢物，又是一種重要的二次資源。對(duì)鉛鋅冶煉廢渣，提出磁化焙燒—弱磁選的工藝方案，該技術(shù)方案具有生產(chǎn)效率高、資源利用率高、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。不僅能有效回收鉛鋅冶煉渣中的有價(jià)金屬，而且又實(shí)現(xiàn)了鉛鋅冶煉渣的無(wú)害化處理。

關(guān)鍵詞：鉛鋅冶煉渣；磁化焙燒；弱磁選；無(wú)害化處理

中圖分類號(hào)：X756 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-7394（2017）02-0007-06

近10幾年來(lái)，世界鉛、鋅精礦和鉛、鋅生產(chǎn)量的增量主要來(lái)自中國(guó)。中國(guó)已經(jīng)成為名副其實(shí)的世界鉛、鋅生產(chǎn)加工國(guó)，2016年，我國(guó)鉛鋅產(chǎn)量達(dá)到1 094萬(wàn)t。[1-2]與此同時(shí)，大量廢渣的排放帶來(lái)的有價(jià)金屬損失及給周圍居民帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題日益突出。據(jù)統(tǒng)計(jì)，鉛冶煉系統(tǒng)每生產(chǎn)萬(wàn)噸鉛排放7 100t廢渣，每生產(chǎn)萬(wàn)噸鋅排放9 600t渣，渣場(chǎng)堆積成山，數(shù)量過(guò)億噸，為此，鉛鋅冶煉廢渣的資源化及無(wú)害化處理是鉛鋅行業(yè)未來(lái)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。[3-4]

鉛鋅冶煉渣的綜合利用技術(shù)主要包括火法、濕法以及選冶聯(lián)合的方法。火法處理主要有回轉(zhuǎn)窯法即威爾茲法、煙化法、奧斯麥特法、基夫賽特法、旋渦爐等方法[5-6]；濕法處理采用酸或堿性浸出方式，回收其中的有價(jià)金屬。田萬(wàn)東[7]驗(yàn)證了用鉛鋅冶煉渣代替鋼屑混合加料生產(chǎn)硅酸鋇鋁合金的可行性；閆亞楠等人[8]以畢節(jié)赫章煉鋅尾渣為主要原料制備的免燒普通磚和砌塊28d抗壓強(qiáng)度可達(dá)到15MPa以上；陳永明等[9]提出了先堿浸分解鐵礬渣，再選擇性酸浸Zn 和In的全濕法工藝。薛佩毅[10]提出焙燒—浸出黃鉀鐵礬渣中多種有價(jià)金屬。梁彥杰，柴立元[11]等提出選冶聯(lián)合工藝處理冶煉渣，采用水熱硫化法處理含鋅中和污泥，再通過(guò)浮選回收人造硫化礦使重金屬得到回收。

1 鉛鋅冶煉渣工藝礦物學(xué)研究

1.1 物料來(lái)源及化學(xué)組成

本課題實(shí)驗(yàn)原料來(lái)自某鉛鋅冶煉廠的鉛鼓風(fēng)爐熔煉后的水淬渣。其中鐵、鉛、鋅含量見(jiàn)表1，隨后對(duì)冶煉渣磨礦處理，其粒度如圖1所示：鉛鋅冶煉渣粒度98%達(dá)到200目。

1.2 鉛鋅冶煉渣的礦物組成

鉛鋅冶煉渣中主要含有鐵氧化物，鉛鋅氧化物以及硅酸鹽等。為達(dá)到綜合利用的效果，對(duì)鉛鋅冶煉渣原料中鐵進(jìn)行了物相分析，分析結(jié)果如表2所示。

由表2可知，鉛鋅冶煉渣中鐵主要是由強(qiáng)磁性的金屬Fe、磁性鐵以及弱磁性的赤褐鐵礦組成，其中弱磁性褐鐵礦含鐵約占全鐵的66.30%。

通過(guò)掃描電鏡分析（圖2）和鐵物相分析，可以看出：鉛鋅冶煉渣中鐵分布比較分散，與硅酸鹽相互包裹，分布不集中，造成選礦困難，由此可知，欲將赤褐鐵礦中的鐵回收，必須將其與硅打開(kāi)，只有這樣，才能回收鐵精礦，否則，會(huì)造成鐵精礦品位不高，鐵精礦無(wú)法利用的局面。鉛分布相對(duì)比較集中，鋅主要與鐵和硅酸鹽包裹較多。

1.3 實(shí)驗(yàn)試劑及設(shè)備

煤粉：無(wú)煙煤（C含量為75%）；DTCXG-ZN50型磁選管；XCSQ型濕式強(qiáng)磁選機(jī)；管式爐：貝意克BTF-1500℃管式爐。

2 磁化焙燒原理

還原焙燒原理就是利用煤粉與鉛鋅冶煉渣發(fā)生還原反應(yīng)。最終使褐鐵礦還原反應(yīng)生成四氧化三鐵，并使渣中的鉛鋅等金屬化合物被還原成金屬的過(guò)程。由于Zn、Pb、PbO的蒸汽壓較大，因此，Zn、Pb、PbO以氣態(tài)揮發(fā)。氣相中的鉛鋅隨爐氣上升到爐子的上部空間或煙道系統(tǒng)，遇到CO2和吸入的空氣再度被氧化為ZnO和PbO，最終以氧化物的形式被捕集到煙塵中。還原過(guò)程的主要反應(yīng)如下：

根據(jù)熱力學(xué)計(jì)算，F(xiàn)e2O3被還原成Fe3O4和FeO是不可避免的，但是他們進(jìn)一步被還原則需要相當(dāng)強(qiáng)的還原氣氛，因此，在磁化焙燒過(guò)程中被還原成金屬鐵的可能性很小，即使局部被還原成鐵，也會(huì)按照下個(gè)方程式被氧化：

只有隨著氧化鋅的逐步降低，渣鋅含量小于3%的情況下，才有可能被還原成金屬鐵。

3 結(jié)果與討論

3.1 溫度對(duì)還原焙燒的影響

固定條件如下：煤粉加入量：15%；焙燒時(shí)間：60min；磁場(chǎng)強(qiáng)度：140mT

表3可知，溫度對(duì)還原焙燒影響很大，當(dāng)溫度在950℃時(shí)，鐵精礦品位僅為28.28%，回收率為69.15%，當(dāng)溫度提高到1 100℃時(shí)，精礦鐵品位提高到58.82%，精礦品位提高了2倍；同時(shí)，鉛揮發(fā)率達(dá)到74.72%，鋅揮發(fā)率為96.30%，鐵回收率達(dá)到89.89%。主要原因是由于溫度提高到1 050～

1 100℃，增強(qiáng)了煤粉的活性，使煤粉與鉛鋅冶煉渣反應(yīng)能夠快速進(jìn)行；另外，管式爐能夠保持很好的還原氣氛，所以能夠促使還原反應(yīng)順利進(jìn)行。

3.2 保溫時(shí)間對(duì)還原焙燒的影響

本組固定條件如下：煤粉加入量：15%；焙燒溫度：1 100℃；磁場(chǎng)強(qiáng)度：140mT。

由表4所示：鉛鋅冶煉渣與煤粉的還原反應(yīng)能夠快速進(jìn)行，在較短時(shí)間內(nèi)就能完成。鉛鋅冶煉渣中鐵精礦品位在還原反應(yīng)40min后達(dá)到最大，精礦中鐵品位達(dá)到64.69%，鉛揮發(fā)率達(dá)到66.67%，鋅揮發(fā)率達(dá)到97.08%。延長(zhǎng)時(shí)間反而造成精礦中鐵品位的下降，主要因?yàn)殡S著保溫時(shí)間延長(zhǎng)，可能造成鐵重新被氧化，從而造成精礦中鐵品位的下降。

3.3 煤粉加入量對(duì)還原焙燒的影響

本組條件固定如下：保溫時(shí)間：40min；焙燒溫度：1 100℃；磁場(chǎng)強(qiáng)度：140mT。

由表5可知：鐵精礦品位隨著煤粉加入量增加，精礦品位也有所增加，但增加幅度不大，煤粉加入量10%時(shí)，精礦鐵品位為57.96%，鐵回收率達(dá)到91.03%；當(dāng)煤粉加入量為15%時(shí)，精礦鐵品位為64.69%，鐵回收率達(dá)到92.76%，同時(shí)，鉛揮發(fā)率66.67%，鋅揮發(fā)率達(dá)到97.08%，鉛鋅可以通過(guò)煙塵回收，達(dá)到了綜合利用鉛鋅冶煉渣的目的。

3.4 綜合條件實(shí)驗(yàn)

通過(guò)對(duì)溫度、保溫時(shí)間和煤粉加入量的探索試驗(yàn)，確定了最佳試驗(yàn)條件。

溫度：1 100℃；保溫時(shí)間：40min；煤粉加入量：15%；磁場(chǎng)強(qiáng)度：140mT

并對(duì)綜合條件重新進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果如表6所示。

由表6可知：在綜合條件下，鐵精礦品位在62.15%～63.24%，精礦鐵回收率在92.41%～95.55%，鉛揮發(fā)率67.54%～69.14%，鋅揮發(fā)率93.95%～95.47%。

并對(duì)鉛鋅冶煉渣磁選精礦進(jìn)行XRD分析，如圖3所示。

由鐵精礦XRD圖可知，鐵精礦中主要還是金屬鐵，還含有少量鉛和硅酸鹽。這說(shuō)明在焙燒過(guò)程中，由于還原氣氛較強(qiáng)，赤褐鐵礦被還原為金屬鐵。這主要由于在高溫下，鐵的價(jià)態(tài)及其不穩(wěn)定；另外，由于較強(qiáng)的還原氣氛，鉛65%以上揮發(fā)，鋅97%以上都得到揮發(fā)，四氧化三鐵向著更穩(wěn)定的金屬鐵方向轉(zhuǎn)化。

4 結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)鉛鋅冶煉渣的工藝礦物學(xué)分析：鉛鋅冶煉渣中主要含有鐵氧化物，鉛鋅氧化物以及硅酸鹽；鐵主要是由強(qiáng)磁性的金屬Fe、磁性鐵以及弱磁性的赤褐鐵礦組成，其中弱磁性褐鐵礦含鐵約占全鐵的66.30%。

（2）通過(guò)管式爐對(duì)鉛冶煉渣進(jìn)行還原焙燒試驗(yàn)，由于管式爐能保持較好還原氣氛，赤褐鐵礦得到充分還原，在最佳條件下鐵精礦品位在62.15%～63.24%，精礦鐵回收率在92.41%～95.55%，鉛揮發(fā)率67.54%～69.14%，鋅揮發(fā)率93.95%～95.47%。

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Comprehensive Recycling Research on the Lead -zinc Smelting Slag

WANG Guang-hui， WANG Hai-bei，ZHANG Fan，LIU Gui-qing

（Xuzhou Bgrimm Metal Recycling Institute，Xuzhou 221006，China）

Abstract： Lead and zinc smelting slag，a kind of hazardous solid waste，is produced in the process of lead and zinc smelting，which has become important resource.magnetization roasting - weak magnetic separation technology is put forward in this paper， which has following advantages：high production eficiency，hish resource utilization，energy conservation，environment protection and so on.The valuable metal in lead and zinc smelting slag can be recycled efectively，and the harmless treatment of lead and zinc smelting slag is realized too.

Key words： lead and zinc smelting slag； magnetization roasting； weak magnetic separation； harmless treatment

責(zé)任編輯 張志釗