硫化鋅精礦沸騰焙燒工藝特點(diǎn)探析

陶家榮

摘 要：在煉鋅的過程中，鋅精礦的沸騰焙燒是第一道工序，也是最關(guān)鍵的一道工序。沸騰焙燒后的焙砂能否達(dá)到后續(xù)煉鋅工序的質(zhì)量要求，關(guān)系著整個(gè)煉鋅過程能否順利進(jìn)行。鋅精礦的物理狀況及其化學(xué)成分都將對(duì)其沸騰焙燒過程和后續(xù)的煉鋅工序產(chǎn)生重要的影響。簡要介紹和對(duì)比了魯奇式沸騰爐氧化焙燒和硫酸鹽化焙燒工藝技術(shù)，探析了鋅精礦沸騰焙燒的特點(diǎn)和影響因素，并據(jù)此提出了科學(xué)的預(yù)防和控制措施，同時(shí)，還指出了沸騰焙燒技術(shù)未來的研究和發(fā)展方向，以期為日后的相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：鋅精礦；沸騰焙燒；鋅冶煉；焙砂

中圖分類號(hào)：TF046.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.18.074

現(xiàn)代煉鋅方法主要有火法煉鋅和濕法煉鋅2種。火法煉鋅包括平罐煉鋅、豎罐煉鋅、密閉鼓風(fēng)爐煉鋅和電爐煉鋅；濕法煉鋅指電解法煉鋅，它根據(jù)不同的浸出沉鐵工藝又可分為黃鉀鐵釩法、針鐵礦法和赤鐵礦法等。除了鋅精礦直接氧壓浸出外，無論是火法煉鋅，還是濕法煉鋅，鋅精礦的沸騰焙燒都是第一道必不可少的工序。鋅精礦的沸騰焙燒是固體流態(tài)化技術(shù)在鋅冶煉工業(yè)中的具體應(yīng)用。沸騰焙燒爐內(nèi)沸騰層高度在1～1.5 m，沸騰層溫度高達(dá)849.85～1 149.85℃，爐內(nèi)熱容量大且均勻，反應(yīng)速度快，強(qiáng)度高，傳熱傳質(zhì)效率高，溫差小，精礦與空氣接觸時(shí)間長，大大強(qiáng)化了焙燒過程，這對(duì)促進(jìn)煉鋅工業(yè)的發(fā)展有重要的意義。目前，國內(nèi)外煉鋅企業(yè)使用的焙燒爐主要有道爾型和魯奇型2種，國內(nèi)鋅冶煉沸騰焙燒以魯奇式沸騰爐為主，所以，本文主要分析了魯奇爐在高溫（1049.85～1099.85 ℃）氧化焙燒和在低溫（939.85～979.85 ℃）硫酸鹽化焙燒條件下的特點(diǎn)和區(qū)別。

1 硫化鋅精礦沸騰焙燒技術(shù)概況

1.1 氧化焙燒

氧化焙燒的目的是去除硫化礦中全部或部分硫，使硫化物變成氧化物。氧化焙燒主要分為2種：①把鋅精礦中的硫全部燒盡，所得焙燒礦僅由氧化物組成。這種焙燒稱作死焙燒?；鸱掍\采用的就是這種死焙燒。②部分燒去硫，比如銅、鎳硫化礦的焙燒就采用部分氧化焙燒。

氧化焙燒主要是為了得到適用于火法煉鋅用的焙砂。在實(shí)施過程中，要求該道工序除了把精礦硫含量脫除至最低限度外，還要脫除大部分精礦中鉛、鎘等主要雜質(zhì)，以便得到較好的還原指標(biāo)。高溫氧化焙燒主要是利用鉛、鎘的氧化物和硫化物的揮發(fā)性大以及硫酸鋅的分解特性去除雜質(zhì)。在沸騰層中，硫、鉛、鎘的脫除主要取決于焙燒溫度。生產(chǎn)實(shí)踐表明，在過?？諝饬繛?0%的條件下，焙燒礦中硫、鉛、鎘的含量會(huì)隨著沸騰層溫度的升高而降低，具體情況如表1所示。

1.2 硫酸鹽化焙燒

硫酸鹽化焙燒主要是為了得到適合濕法煉鋅浸出工序使用的焙砂。這種焙砂要求，其中要含有一定數(shù)量硫酸鹽形態(tài)的硫。為了保證在脫除大部分硫的同時(shí)又能獲得一定數(shù)量硫酸鹽形態(tài)的硫，沸騰層焙燒溫度不能像高溫氧化焙燒時(shí)那樣高，焙燒過程是在氧化氣氛中進(jìn)行的。但是，其溫度比較低，應(yīng)低于硫酸鋅的分解溫度，一般為939.85～979.85 ℃。焙燒溫度對(duì)部分硫酸化焙燒礦質(zhì)量的影響如表5所示。

1.3 2種焙燒方法的對(duì)比

火法煉鋅要求通過氧化焙燒除去全部硫和絕大部分的鉛、鎘，從而得到以金屬氧化物組成的多孔度的粒度比較粗的焙砂。如此可以強(qiáng)化還原熔煉蒸餾過程，產(chǎn)出比較純的粗鋅，提高粗鋅精餾的直收率。濕法煉鋅則要求硫酸鹽化焙燒盡可能地使金屬硫化物變成氧化物，得到粒度比較細(xì)的焙砂，并得到少量的硫酸鹽，同時(shí)，使砷、銻氧化揮發(fā)除去，并盡可能少產(chǎn)出不溶于稀硫酸的鐵酸鹽。

2 鋅精礦沸騰焙燒特點(diǎn)分析

在未經(jīng)處理的硫化鋅精礦中，鉛元素主要以硫化鉛的形式存在，而硅元素主要以石英的形式存在。經(jīng)過高溫焙燒后，硫化鉛發(fā)生氧化還原反應(yīng)，形成了氧化鉛。如果鋅精礦中的鉛和硅含量過高，沸騰焙燒過程中產(chǎn)生的大量氧化鉛與二氧化硅就會(huì)發(fā)生反應(yīng)，生成熔點(diǎn)比較低的硅酸鹽。這些低熔點(diǎn)硅酸鹽熔化后會(huì)形成一種黏合劑，將產(chǎn)出的焙砂黏合在一起，大大降低了焙砂的產(chǎn)率。不僅如此，如果被黏合的焙砂過多，還會(huì)造成嚴(yán)重的燒結(jié)事故。在鋅精礦沸騰焙燒的過程中，氧化鉛、氧化鋅在特定的溫度和酸性氣體的共同作用下，會(huì)與硅的氧化物發(fā)生反應(yīng)，生成PbO·SiO2和ZnO·SiO2，這兩者都會(huì)在冷卻盤管的外側(cè)形成一層致密物質(zhì)，大大降低了沸騰爐中冷卻盤管的散熱效果，導(dǎo)致爐內(nèi)溫度過高，出現(xiàn)焙砂的黏稠度增大和焙燒爐排料口堵塞等問題。增大焙燒過程中的風(fēng)料比有助于吹散爐內(nèi)結(jié)塊，降低黏結(jié)性；降低焙燒爐的溫度，可以減少低熔點(diǎn)黏結(jié)物的熔融效應(yīng)，減少焙砂被黏結(jié)的可能，預(yù)防燒結(jié)事故的發(fā)生。

在工業(yè)焙燒溫度下，氧化鋅的蒸氣壓非常小，幾乎可以忽略不計(jì)，氧化鉛的蒸氣壓則具有一定的數(shù)值。同時(shí)，鋅、鉛的硫化物的蒸氣壓都大于其氧化物的蒸氣壓，因此，可以采用高溫焙燒來氣化脫鉛。提高焙燒溫度可以降低焙砂中的鉛含量。另外，降低過?？諝庀禂?shù)，設(shè)法使鉛以硫化物而不是氧化物揮發(fā)，也可以提高脫鉛率，但是，降低過?？諝庀禂?shù)會(huì)導(dǎo)致焙砂中殘硫含量增加。熔融狀態(tài)下的硅酸鉛還可以與其他金屬氧化物形成復(fù)雜的硅酸鹽。對(duì)于濕法煉鋅，入爐精礦的含鉛量在1.5%以下，含硅量在2.5%以下；對(duì)于火法煉鋅，硅酸鹽的生成對(duì)其影響不大，無需過多要求。

鋅精礦的粒度對(duì)沸騰爐的生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行影響非常大。鋅精礦粒度越大，著火溫度會(huì)隨著升高，沸騰焙燒時(shí)反應(yīng)速度則會(huì)下降，而且大顆粒精礦會(huì)造成局部堆積，影響沸騰效果甚至堵塞風(fēng)帽。粒度偏細(xì)則會(huì)造成細(xì)顆粒鋅精礦在煙氣系統(tǒng)中燃燒，沸騰爐煙氣出口的溫度很高，導(dǎo)致大量的顆粒燃燒，使煙氣系統(tǒng)出現(xiàn)黏結(jié)的情況。頻繁的清理工作也大大降低了作業(yè)的連續(xù)性，影響了生產(chǎn)效率。

鋅精礦氟元素含量主要影響冶煉煙氣制酸，如果氟含量過高，會(huì)導(dǎo)致焙燒產(chǎn)生的煙氣中氟含量增加。煙氣中的氟元素危害性極大，它不僅會(huì)腐蝕制酸工藝設(shè)備中的瓷磚、瓷環(huán)等，還會(huì)嚴(yán)重破壞催化劑的載體，使催化劑粉化，增加轉(zhuǎn)化器的阻力，降低轉(zhuǎn)化效率，從而縮短設(shè)備的使用壽命。

3 沸騰焙燒技術(shù)未來的研究和發(fā)展方向

為了改善沸騰焙燒過程中產(chǎn)生的煙氣質(zhì)量，提高焙燒爐對(duì)高雜原料的處理能力，應(yīng)研發(fā)新型的沸騰焙燒技術(shù)和裝備，從根本上提升沸騰焙燒技術(shù)水平。總的來說，沸騰焙燒爐正在向大型化、采用富氧空氣、擴(kuò)大爐膛空間、利用余熱和自動(dòng)化控制等方向發(fā)展。

目前，沸騰焙燒工藝已經(jīng)從利用空氣焙燒發(fā)展到富氧焙燒，從單層焙燒發(fā)展到雙層或者多層焙燒等。其中，富氧焙燒技術(shù)是在焙燒過程中通入氧氣焙燒的一種方法，它與空氣焙燒相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：①氧氣濃度高，可以適當(dāng)降低焙燒溫度；②焙砂質(zhì)量好，金屬回收率高；③大大提高了焙燒爐生產(chǎn)率，減小了煙氣體積，提高了煙氣二氧化硫的濃度；④工藝設(shè)備可實(shí)現(xiàn)小型化，減少投資。

砷、汞等物質(zhì)所帶來的污染問題嚴(yán)重困擾著我國眾多鋅冶煉企業(yè)，特別是當(dāng)砷和汞同時(shí)存在于同一生產(chǎn)流程時(shí)，其處理更是難上加難。為此，在沸騰焙燒過程中，有害物質(zhì)分離與處理的研究工作受到了人們的高度重視。雙層焙燒技術(shù)是指焙燒爐內(nèi)有2個(gè)沸騰層，一層在另一層之上，各層之間不是以爐柵隔開，而是在不同平面上送入空氣，將沸騰層分開，在爐的下部送入足以使?fàn)t料沸騰的風(fēng)量，在上部補(bǔ)送風(fēng)量，使其形成渦流沸騰層。雙層焙燒爐熱效率比較高，而且上下兩層可以采用完全不同的焙燒制度，這對(duì)砷、汞和其他有害雜質(zhì)的去除有很大的幫助。焙燒爐的上層沸騰床運(yùn)用低溫缺氧焙燒技術(shù)，保證了砷元素和汞元素的快速揮發(fā)，而下層的沸騰床則運(yùn)用高溫過氧焙燒技術(shù)，這樣有助于原料中硫元素的去除。將鋅精礦中的有害雜質(zhì)去除后，必須妥善處理產(chǎn)生的污染物，防止發(fā)生二次污染事件。

4 結(jié)論

為濕法煉鋅或火法煉鋅提供符合質(zhì)量要求的焙砂半成品是鋅精礦沸騰焙燒的首要目的，完成金屬鋅及其化合物的生產(chǎn)是其最終任務(wù)。本文簡要研究和探析了鋅精礦沸騰焙燒的工藝技術(shù)特點(diǎn)，以期幫助工藝技術(shù)管理人員分析和解決沸騰焙燒實(shí)際生產(chǎn)過程中可能發(fā)生的問題。這樣，有利于煉鋅企業(yè)優(yōu)化沸騰焙燒的工藝技術(shù)指標(biāo)，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，增加系統(tǒng)產(chǎn)能。

參考文獻(xiàn)

[1]王振嶺.電爐煉鋅[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2001：27.

[2]薛炳福.鋅精礦沸騰焙燒的特點(diǎn)[J].內(nèi)蒙古石油化工，2014（08）：29-30.

[3]蔣文.焙砂粒度的變化對(duì)沸騰焙燒的影響分析[J].湖南有色金屬，2015（06）：45-47.

〔編輯：白潔〕