含金硫化銻礦鼓風(fēng)爐揮發(fā)熔煉工藝研究*

賈菁華

(湖南有色金屬職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 株洲　421006)

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含金硫化銻礦鼓風(fēng)爐揮發(fā)熔煉工藝研究*

賈菁華

(湖南有色金屬職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 株洲421006)

對(duì)鼓風(fēng)爐揮發(fā)熔煉銻金的工藝特點(diǎn)、技術(shù)參數(shù)和主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行分析，為獲得合理的工藝流程，穩(wěn)定生產(chǎn)提出相關(guān)建議。

銻金精礦； 鼓風(fēng)爐； 揮發(fā)熔煉

引言

含金硫化銻礦鼓風(fēng)爐揮發(fā)熔煉，在20世紀(jì)60年代由湘西金礦首先建成并投入生產(chǎn)，現(xiàn)仍然是主要的含金硫化銻礦的處理方法。它充分利用了硫化銻礦易揮發(fā)、易氧化、低熔點(diǎn)和金的不揮發(fā)、不氧化及銻對(duì)貴金屬的良好捕集能力的特性，使兩者能在鼓風(fēng)爐內(nèi)一步實(shí)現(xiàn)分離。它具有處理礦石品位高(尤其是處理含銻在 40 %以上的銻礦),處理量大，原料適應(yīng)性強(qiáng)，金屬回收率高，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)。

1　揮發(fā)熔煉的原理

利用密閉鼓風(fēng)爐揮發(fā)熔煉銻精礦，與熔煉銅、鉛的鼓風(fēng)爐不同，主要表現(xiàn)為小料批、低料柱、高溫爐頂、高焦耗、主價(jià)金屬顯著揮發(fā)，貴金屬富集于貴銻中等特點(diǎn)。

1.1原料成分

鼓風(fēng)爐揮發(fā)熔煉含金硫化銻礦的原料是輝銻礦、黃鐵礦、自然金，脈石礦物主要是石英石、石灰石、菱鎂礦等。礦物形態(tài)有兩種，一是高品位塊礦，其成分為：Sb為42.3%，Au為20 g/t,S為21.7%,SiO2為35.6%,Fe為0.97%,As為0.12%,CaO為0.14%,MgO為1.19%；二是浮選精礦用石灰做粘結(jié)劑壓制成的團(tuán)礦,其成分為：Sb為41.74%,Au為22 g/t,S為20.81%,SiO2為18.14%,Fe為5.85%,As為2.54%,Pb為0.028%,CaO為2.59%, MgO為0.071%。鼓風(fēng)爐料批由焦炭、鐵礦石、石灰石、團(tuán)礦(或塊礦)組成，成分如表1所示。

表1　鼓風(fēng)爐料批焦炭、鐵礦石、石灰石、團(tuán)礦(或塊礦)成分/%

1.2工藝特點(diǎn)

根據(jù)對(duì)爐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)所做的自由能計(jì)算得知，鼓風(fēng)爐內(nèi)主要物質(zhì)的反應(yīng)順序?yàn)椋航固俊蚧R――硫化亞鐵[1]。由于銻和銻的硫化物均易氧化、揮發(fā)，熔煉時(shí)，焦炭燃燒放出大量的熱，使大部分Sb2S3氧化成Sb2O3揮發(fā)進(jìn)入收塵系統(tǒng)，Au由于不揮發(fā)，也不氧化，從理論上講全部熔化隨渣流入前床，但實(shí)際上由于Au的顆粒微小(6 μm以下)，再加上氣流和表面的吸附作用，還有一部分金進(jìn)入銻氧中，對(duì)這部分進(jìn)入銻氧中的Au，生產(chǎn)中通常采用灰吹爐來進(jìn)行回收。而隨渣流入前床中的Au，由于冰銅對(duì)Au有一定的溶解能力，為降低冰銅中Au的含量，生產(chǎn)中一般都預(yù)先向前床中投入一定量的粗銻，以萃取進(jìn)入冰銅中的金，這樣由金和銻形成的合金熔體就是“貴銻”。

2　工藝參數(shù)選擇

2.1渣型選擇

含金硫化銻礦中脈石的主要成分是SiO2，它是爐渣的重要組成部分，采用低料柱作業(yè)，物料在爐內(nèi)停留時(shí)間短，所以渣的熔點(diǎn)要盡可能低，粘度小，流動(dòng)性好，以節(jié)約能源和形成良好的鐵鈣硅酸鹽熔體，以利于銻金的分離。要想達(dá)到這種性能，在很大程度上只能增加氧化亞鐵在渣中的比例，而氧化亞鐵又會(huì)使渣的比重增加，對(duì)金的沉降分離不利。實(shí)踐證明鐵礦石的增加還會(huì)使鐵還原成單質(zhì)鐵進(jìn)入粗銻，貴銻含鐵升高，對(duì)黃金回收不利，而低鐵型渣生成的貴銻含鐵低對(duì)回收黃金有利。因此選用SiO2為38%～41%，F(xiàn)eO為23%～27%,CaO為20%～23%，三種氧化物含量合計(jì)為85%～90%的渣型是比較理想的[2]。

這種渣型的熔點(diǎn)為1050～1150 ℃，黏度為0.3～1 Pa·S，屬流動(dòng)性渣，渣的比重在3～3.5 g/cm3,與冰銅4.5～4.8 g/cm3和粗銻6.6～7 g/cm3的比重值有較大差別，有利于三者分離。

2.2爐料配比

根據(jù)原料成分，脈石組成和造渣方式，選取的渣型為w(SiO2)∶w(FeO)∶w(CaO)=38∶26∶20，生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)證實(shí)，團(tuán)球中FexSy有近30%氧化成FeO并參與造渣，余下部分進(jìn)入銻冰銅，當(dāng)精礦以1 t為計(jì)量單位時(shí)，則燃料和熔劑的配比分別是：焦炭420～440 kg,鐵礦石280～300 kg,石灰石120～140 kg[3]。

2.3鼓風(fēng)強(qiáng)度

依據(jù)入爐物料特性，冶金計(jì)算表明：鼓風(fēng)爐極限鼓風(fēng)強(qiáng)度K≈105 m3/(m2·min)，工業(yè)生產(chǎn)時(shí)爐內(nèi)料柱非常低，生精礦料柱、爐料粒度等對(duì)風(fēng)口區(qū)床面積的影響可忽略，則K0=(0.6～0.8)×K=63～84 m3/(m2·min)，對(duì)多數(shù)硫化銻礦鼓風(fēng)爐而言，最佳鼓風(fēng)強(qiáng)度一般控制為60～90 m3/(m2·min)，具體選值可依據(jù)各自的原料、輔助材料成分、性質(zhì)確定。

2.4料柱高度

低料柱是本工藝的最大特點(diǎn)，不含金的銻礦揮發(fā)熔煉不要求產(chǎn)出液銻，而對(duì)含金的銻礦則要求有少量液銻產(chǎn)出，以達(dá)到捕金的目的。低料柱產(chǎn)出液銻少，對(duì)捕金不利，過低料柱還會(huì)因底焦層太薄使作業(yè)難以正常化。高料柱可產(chǎn)出較多的液銻，但過高的料柱不僅對(duì)三硫化銻的揮發(fā)不利，且會(huì)使焦點(diǎn)區(qū)上移；沿風(fēng)嘴向爐中心產(chǎn)生爐結(jié)，風(fēng)口下方形成空洞，難以維持鼓風(fēng)爐的正常作業(yè)。生產(chǎn)中含金硫化銻礦的鼓風(fēng)爐揮發(fā)熔煉選用的料柱高度，在料批不變、風(fēng)量一定的情況下，選用加料前為300～600 mm,加料后為700～850 mm的料柱高度[4]。實(shí)踐證明鼓風(fēng)爐每隔10～12 min進(jìn)一批爐料，批次料層厚度大約在400 mm,最大料柱高度為700～1000 mm對(duì)含金的銻礦的揮發(fā)熔煉是有利的。

2.5前床容積

揮發(fā)熔煉時(shí)，由爐缸流出的的初次銻冰銅、初次貴銻含Au量分別為80～130 g/t和1000～1800 g/t。利用主金屬Sb易捕集Au的特性，同時(shí)使?fàn)t渣、銻冰銅、貴銻更好地澄清分離，工業(yè)上多設(shè)置保溫型前床，前床容積一般選擇風(fēng)口區(qū)床面積為0.9～1.2 m3/m2，過程控制的標(biāo)準(zhǔn)是含Au量<10 g/t,貴銻中的含Au量>1000 g/t。

3　主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

3.1床能率

鼓風(fēng)爐的床能率是指一晝夜內(nèi)每平方米爐床(即風(fēng)口區(qū)水平面面積)熔煉的爐料量。鼓風(fēng)爐的床能率與爐料的性質(zhì)、渣型、鼓風(fēng)量和操作條件有關(guān)。

爐料中含銻、硫和鐵高，不含或少含高熔點(diǎn)物料如ZnS，MgO，SiO2等，爐料熔化速度快，則床能率高；爐料中的造渣組分，能形成低熔點(diǎn)的爐渣，因此選擇合理的渣型，可以降低渣的熔點(diǎn)，提高床能率；采用熱風(fēng)、富氧空氣鼓風(fēng)，也可提高床能率；另外在操作上保證加料、送風(fēng)、排放熔體等過程正常進(jìn)行，不出故障，不停風(fēng)，不停料，可提高床能率。

3.2焦率

焦率是指每批爐料中，焦炭占爐料的百分比。通過查詢計(jì)算表，鼓風(fēng)爐爐氣帶走的熱量約為焦炭發(fā)熱量的60%[5]，故焦率高是本工藝的缺點(diǎn)，過高的焦率不僅浪費(fèi)資源，而且會(huì)給揮發(fā)熔煉帶來不利影響。在同樣的礦石量下，焦率高會(huì)導(dǎo)致料柱升高，料柱升高除帶來上述因料柱升高而帶來的影響外，還會(huì)使咽喉口的動(dòng)壓磨損加快，導(dǎo)致咽喉口壽命縮短，會(huì)使鐵質(zhì)還原造成粗銻含鐵升高，對(duì)金的回收不利；焦率過低，不能保證正常的揮發(fā)熔煉所需的熱量。實(shí)踐證明，處理含銻40%以上的硫化礦時(shí)，焦率在28%～32%為宜[6]。

3.3金屬回收率

影響金屬回收率的主要因素是渣含銻、含金量。渣含銻量又受到渣型、風(fēng)壓、前床溫度、入爐品位等多種因素的影響[7]：

1)理想的渣型可使渣含銻量降至1.5%、含金量降至1 g/t以下。當(dāng)爐渣黏度大于1 Pa·S時(shí)，爐渣處于粘稠狀態(tài)，渣含銻量會(huì)升高到2%以上，渣含金量會(huì)升高到5 g/t以上。

2)風(fēng)壓大會(huì)使咽喉口產(chǎn)生噴火，噴火攪動(dòng)了前床各種液態(tài)物質(zhì)，對(duì)爐渣、銻冰銅、粗銻三者分離不利，也不利于銻、金沉降，導(dǎo)致渣含銻、金量升高。若咽喉口長期處于噴火作業(yè)狀態(tài)，特別是咽喉口直徑由Φ30 mm增大到Φ150 mm以上時(shí)，渣中含銻量會(huì)升高到3%以上，含金量可以增加到7 g/t以上。

3)前床溫度提高到1100 ℃以上時(shí)，能使渣過熱，便于爐渣、銻冰銅、粗銻三者分離，利于銻和金的沉降，渣含金、銻量也會(huì)相應(yīng)降低，所以鼓風(fēng)爐都采用加熱前床來降低渣含銻、金量。

4)在其他條件不變時(shí)，入爐金品位從20 g/L增加到50 g/L時(shí)，渣含金量也會(huì)從小于1 g/t上升到2.5 g/t以上[8]。

鼓風(fēng)爐揮發(fā)熔煉，只要條件控制得合理，銻的回收率可達(dá)95%以上，金的回收率可達(dá)98%以上。

4　結(jié)束語

含金硫化銻礦的鼓風(fēng)爐揮發(fā)熔煉，是目前中國煉銻收金工業(yè)上廣為使用的先進(jìn)工藝流程，鼓風(fēng)爐產(chǎn)出的銻氧質(zhì)量好，有利于下一步反射爐還原精煉。金隨爐渣從鼓風(fēng)爐流入前床后，在前床采取加粗銻來捕集金的方法，金、銻回收率高，是中國目前處理含金的銻物料分離金、銻的有效方法。

[1]趙瑞榮，石西昌.銻冶金物理化學(xué)[M].長沙:中南大學(xué)出版社,2006.

[2]趙天從,汪鍵.有色金屬提取冶金手冊(錫銻汞)[M]. 北京:冶金工業(yè)出版社,2005.

[3]魏軍,陳 云.煉銻鼓風(fēng)爐的配料方法[J].有色金屬：冶煉部分, 1997,(6):28—30.

[4]趙天從.銻[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1987.

[5]夏加群,許季光.煉銻鼓風(fēng)爐節(jié)能途徑的探討[J].冶金能源,2000,(1):35—36.

[6]劉共元，劉 勇.鼓風(fēng)爐揮發(fā)熔煉銻金精礦工藝探討 [J]. 有色金屬：冶煉部分,2003,(3):35—37.

[7]雷霆,朱從杰,張漢平.銻冶金[M]. 北京:冶金工業(yè)出版社, 2009.

[8]鄭克強(qiáng).銻鼓風(fēng)爐設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].甘肅有色冶金,1997,(1/2):32—36.

2016-03-25

賈菁華(1972—)，女，工程師。E-mail:283731856@qq.com

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