富氧頂吹爐-側(cè)吹還原爐處理重金屬冶煉廢渣工藝研究

重金屬冶煉廢渣的“三化”處理一直是有色冶金和環(huán)保行業(yè)的重難點問題

，重金屬冶煉廢渣歷史堆存量和年新增量大

。據(jù)統(tǒng)計，鉛、鋅、銅冶煉系統(tǒng)每生產(chǎn)萬噸金屬鉛、鋅、銅分別排放0.71萬t、0.96萬t和2.2～3萬噸廢渣，但是，有色冶煉廢渣資源化利用率不足，大量廢渣堆積如山，不僅造成有價金屬的損失，冶煉渣排放帶來的有價金屬浪費和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重

。目前，重金屬冶煉廢渣的綜合利用方式主要包括回收有價金屬和直接利用。其中，回收有價金屬的方式包括火法、濕法和選冶聯(lián)合法，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、基夫賽特法等方法

；濕法處理采用酸浸、堿浸或氨浸出的方式，回收其中的有價金屬

；選冶聯(lián)合則是通過選礦的方法富集有價金屬，再通過冶金的方法回收有價金屬。直接利用則是基于有價元素含量不高的廢渣，通常經(jīng)過簡單處理后制成建筑材料、代替建筑用的輔助添加劑等，如替代部分水泥制備膠結(jié)材和混凝土及磚塊等建筑材料。上述工藝雖然使廢渣在一定程度上得到資源化利用，但是仍然存在能耗高、有價金屬回收率低、以廢生廢、規(guī)模小等共性技術(shù)難題。

最近幾年，受鉛產(chǎn)品價格持續(xù)低迷和原料成本上漲的影響，鉛冶煉企業(yè)利潤空間不斷被壓縮。企業(yè)若不探索改變生產(chǎn)模式，增加粗鉛產(chǎn)品的附加值，節(jié)能降耗，盈利將變得十分困難。

百度云希望通過開源，將BIE的核心功能全面開放，同時推出國內(nèi)首個開源邊緣計算平臺—OpenEdge，旨在打造一個輕量、安全、可靠、可擴(kuò)展性強(qiáng)的邊緣計算社區(qū)。借助開源的OpenEdge，開發(fā)人員可以更靈活地開發(fā)控制自己的邊緣解決方案和應(yīng)用，將云計算能力拓展至用戶現(xiàn)場，提供臨時離線、低延時的計算服務(wù)，包括設(shè)備接入、消息路由、消息遠(yuǎn)程同步、函數(shù)計算等功能。百度云期待利用社區(qū)的力量為國內(nèi)邊緣計算技術(shù)營造良好生態(tài)，促進(jìn)邊緣計算在中國快速發(fā)展，加速更多行業(yè)人工智能應(yīng)用落地。

因此，本文作者針對某些富含有價金屬的重金屬冶煉廢渣利用率低、處置方式不當(dāng)，粗鉛產(chǎn)品單一、價格低廉的問題，以TC值（加工費空間）為衡量標(biāo)準(zhǔn)，選擇了銅浮渣、鑄錠渣、石膏渣、高銀爐磚、鉛柵、結(jié)晶渣、中和渣、鉛渣、華聯(lián)浸出渣、銀精礦等10余種渣物料搭配鉛精礦作為富氧頂吹爐原料，分析了氧化和還原熔煉的基本原理，研究適宜富氧頂吹爐和還原爐熔煉的渣型及物料成分，以期達(dá)到提高渣物料資源化利用量和增大副產(chǎn)有價金屬產(chǎn)量的目的。

1 實驗

1.1 實驗原料

實驗所用原料為硫化鉛精礦、氧化鉛精礦以及重金屬冶煉過程產(chǎn)生的廢渣，主要含有鉛、鋅、銅、鍺、金、銀等有價金屬。各物料的主要成分如表1所示。

張衡[20]采用Syamlal-O′brien曳力雙流體模型，對3 t/h振動流化床內(nèi)5、10 mm單粒徑褐煤床層空隙率進(jìn)行了模擬，結(jié)果表明：隨床層高度增加，褐煤所占比率越來越小。對160 t/h振動流化床內(nèi)1、5、10 mm不同粒徑褐煤在不同風(fēng)速條件(0、1、1.5、1.7、1.8、2.0、2.5 m/s)床層空隙率進(jìn)行了對比分析，結(jié)果表明：1、5 mm褐煤流化效果較好，建議干燥時將褐煤粉碎成小顆粒。

由表1可知，富氧頂吹爐入爐原料種類多，來源廣，各種原料的成分和物理化學(xué)性質(zhì)差異較大，增大了配料難度。

1.2 工藝流程

（3）銅、鐵的硫化物

1.3 實驗原理

1.3.1 氧化熔煉時各組分的行為

基于管理會計這一視角，在進(jìn)一步優(yōu)化與完善公立醫(yī)院財務(wù)管理組織的過程中，相關(guān)工作人員必須要實現(xiàn)轉(zhuǎn)型，也就是財務(wù)會計需要像管理會計轉(zhuǎn)型。這就要求在新醫(yī)改的推動之下，在構(gòu)建現(xiàn)代管理會計體系的驅(qū)動之下，公立醫(yī)院要進(jìn)一步強(qiáng)化醫(yī)院財務(wù)管理隊伍建設(shè)。一方面，公立醫(yī)院應(yīng)該積極引進(jìn)管理會計人才，在引進(jìn)人才的過程中，不僅應(yīng)該考核相關(guān)人才的財務(wù)管理能力，更應(yīng)該對其管理意識以及經(jīng)濟(jì)管理能力進(jìn)行考核，從而充實醫(yī)院的財務(wù)管理隊伍；另一方面，公立醫(yī)院應(yīng)該針對財務(wù)管理組織內(nèi)部的全體人員積極開展時效性的職后培訓(xùn)，從而進(jìn)一步提高財務(wù)管理工作人員的職業(yè)技能與職業(yè)素養(yǎng)，為進(jìn)一步優(yōu)化公立醫(yī)院財務(wù)管理組織奠定堅實的人力資源基礎(chǔ)。

渣物料搭配一定比例的鉛精礦進(jìn)入富氧頂吹爐氧化脫硫，其中各主要成分發(fā)生的反應(yīng)如下所述。

（1）入爐物料含鉛最優(yōu)控制為45%～50%，最低不小于40%，最高不高于55%，即可保證富氧頂吹爐熔池的流動性，又可防止還原爐因含鉛過高而導(dǎo)致還原反應(yīng)過于激烈形成泡沫渣。

（1）硫化鉛

硫化鉛的氧化是一個放熱過程，PbS在氧化熔煉時發(fā)生主反應(yīng)2PbS+3O

=2PbO+2SO

，其氧化過程可以用Pb-S-O系的lgPO

與lgPS

的關(guān)系討論。

熔渣渣型影響熔渣的熔點、粘度和流動性等物理性質(zhì)，間接影響能耗、噴槍及爐窯內(nèi)襯的使用壽命。若熔渣的粘度較大，不僅影響還原速率，而且會增大熔渣對鉛的機(jī)械夾雜，降低鉛的回收率。還原爐以粒煤和焦丁作為還原劑，粒煤的還原性強(qiáng)于焦丁，在還原初期鉛含量高，加入大量粒煤導(dǎo)致爐內(nèi)反應(yīng)過于強(qiáng)烈，熔渣翻滾劇烈從熱渣口成股流出，不僅降低作業(yè)率，且造成極大的安全隱患。因此，本節(jié)擬研究適宜還原爐煉鉛的渣型和還原劑的給入方式。

（2）碳酸鉛

在如東縣不同地區(qū)選擇山羊，根據(jù)品種和養(yǎng)殖方式分類，按照月齡，每戶分別選擇3月齡以下、3—6月齡、6—12月齡、1年以上的山羊各20只，采集糞便，每個糞樣約6～10 g，總共采集糞樣80份。

碳酸鉛在高溫下容易分解，生成的PbO大部分形成硅酸鹽和鐵酸鹽。

本文以H-103樹脂作為處理廢水中Cl-的吸附劑，研究H-103樹脂對水溶液中Cl-的吸附熱力學(xué)特性，探討樹脂對Cl-的吸附機(jī)理。

富氧頂吹爐入爐原料先經(jīng)過配料系統(tǒng)按比例混合后進(jìn)入圓筒制粒機(jī)進(jìn)一步混合制粒，再經(jīng)過皮帶運輸進(jìn)入富氧頂吹爐，原料在富氧頂吹爐內(nèi)發(fā)生氧化脫硫反應(yīng)產(chǎn)出富鉛渣，富鉛渣進(jìn)入還原爐還原產(chǎn)出粗鉛和還原渣，具體流程如圖1所示，系統(tǒng)設(shè)備示意圖如圖2所示。

鐵的硫化物高溫氧化反應(yīng)的最終產(chǎn)物主要是Fe

O

和Fe

O

以及各種硅酸鹽和鐵酸鹽。

銅在鉛精礦中主要以黃銅礦（CuFeS

）存在，有時也有輝銅礦（Cu

S）、銅藍(lán)（CuS）和斑銅礦（3Cu

S.Fe

S

），氧化過程可能會生成硫酸鹽，但最終產(chǎn)物都是Cu

O和結(jié)合的Cu

O。

（4）硫化鋅

2.2.2 還原劑加入方式的研究

（5）金、銀

俺答與明廷達(dá)成隆慶和議，可以看作是蒙古方面的經(jīng)濟(jì)欲求力量和明朝的政治支配力量協(xié)調(diào)平衡的結(jié)果；是正確的民族政策將游牧、農(nóng)業(yè)兩種生產(chǎn)方式組織成互補(bǔ)型依存關(guān)系，也是雙方調(diào)整邊防策略的結(jié)果。和議達(dá)成后，雙方在北方邊界掀開了和平交往的新篇章。

富鉛渣中的金、銀主要以Au、Ag、Ag

S和Ag

SO

存在，還原熔煉時，Ag

SO

一部分還原成Ag

S，一部分分解成金屬銀。Ag

S可被Pb和PbO分解。鉛是金、銀的良好捕集劑，絕大部分金、銀都溶入粗鉛中，實現(xiàn)金銀的富集，小部分進(jìn)入鉛冰銅。脈石成分如CaO、MgO、Al

O

、SiO

等在還原熔煉時都不被還原，而是全部與FeO和ZnO一起造渣。

（6）脈石

脈石主要成分為石英和石灰石，石英在高溫下與PbO、FeO、CaO結(jié)合生產(chǎn)硅酸鹽，碳酸鈣分解為CaO，CaO能與SiO

和Fe

O

生成硅酸鹽和鐵酸鹽。

（7）硫酸鉛

鉛渣和銅浮渣中的PbSO

發(fā)生氧化分解反應(yīng)，生產(chǎn)氧化鉛。

1.3.2 還原熔煉時各組分的行為

各物料在富氧頂吹爐經(jīng)過氧化熔煉作業(yè)形成富鉛渣，富鉛渣進(jìn)入還原爐主要發(fā)生各金屬氧化物的還原反應(yīng)和造渣反應(yīng)。

職業(yè)素養(yǎng)細(xì)分為“隱性”和“顯性”兩層面。前者側(cè)重技能，比較便于評估；后者的職業(yè)素養(yǎng)，也就是整體層面的職業(yè)素養(yǎng)，是比較難于養(yǎng)成與評估的。職業(yè)素養(yǎng)可以劃分成二、三級素養(yǎng)，以專門化知識、實踐動手能力、職業(yè)道德、職業(yè)意識、個人發(fā)展和社會素養(yǎng)為二級素養(yǎng)，以思想品質(zhì)、職業(yè)興趣、自主學(xué)習(xí)能力、自我管理水平、與他人合作共事、適應(yīng)環(huán)境與自我調(diào)節(jié)能力等三級子素養(yǎng)。

由圖4可知，圖中位于上方的氧化物最容易被還原，而且位于CO-CO

線上方的氧化物容易被CO還原，位于C-CO線以上的氧化物在熱力學(xué)上也易被C還原。

精礦中的金以金屬狀態(tài)存在，氧化時不起變化。銀則以Ag

S存在，氧化時生產(chǎn)金屬銀或者穩(wěn)定的硫酸銀化合物。

2 結(jié)果與討論

2.1 富氧頂吹爐處理重金屬冶煉廢渣工藝研究

2.1.1 富氧頂吹爐入爐原料配料模型研究

富氧頂吹爐入爐原料作為粗鉛系統(tǒng)冶煉的開端，原料成分直接決定粗鉛系統(tǒng)冶煉運行是否順暢。富氧頂吹爐入爐原料種類多，各種原料的成分差異較大，增大了配料難度。通過對富氧頂吹爐冶煉工藝的研究，總結(jié)出適宜富氧頂吹爐熔煉的入爐物料成分為：

中醫(yī)法5～7分者的30日內(nèi)死亡率高于2～4分者，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（x2=55.456，P=0.000＜0.05）；7分以上者死亡率為89.19%。NEWS法5～7分者的20日內(nèi)死亡率高于2～4分者，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（x2=55.088，P=0.000＜0.05）；7分以上者死亡率為89.04%。見表1。二者的曲線擬合度Z為0.239，P為0.81。

（2）入爐物料含硫10%～14%，以目前的富氧頂吹爐尾氣流量約40000m

/h的生產(chǎn)工藝情況，入爐物料含硫為10%～14%可煙氣的SO

濃度滿足煙氣制酸條件，又不影響富氧頂吹爐進(jìn)料速度。

（3）入爐物料渣型控制為：CaO/SiO

：0.3-0.5，SiO

/Fe：0.8-1.0，選擇性采購礦（渣）物料，利用原料（包含鉛渣、硫化鉛精礦、氧化鉛精礦、銀鉛精礦、返塵等物料）自身組分調(diào)整渣型，代替了通過補(bǔ)充石灰石、石英砂來調(diào)節(jié)渣型，不僅提高了熔渣流動性，節(jié)約了造渣劑石灰石、石英砂的采購成本，而且減少渣量，增大了爐子處理能力。降低了正常熔煉所需的熔池溫度，熔渣具有較好的流動性。

（4）入爐物料含鋅小于8%，金屬在富氧頂吹爐內(nèi)以氧化鋅形式存在，氧化鋅熔點較高，確保富氧頂吹爐、還原爐熔渣的流動性，入爐物料含鋅須小于8%。

理論課程：堅持課堂教學(xué)是能力培養(yǎng)主陣地，理論教學(xué)是能力形成的重要渠道，關(guān)注知識傳授與能力培養(yǎng)相結(jié)合，寓能力培養(yǎng)于知識傳授之中，知識傳授服務(wù)于學(xué)生開發(fā)智力、培養(yǎng)應(yīng)用等能力的目的。傳授知識，培養(yǎng)學(xué)生的理論思維能力及其它能力。

（5）入爐物料水分控制為8%～12%，入爐物料水分主要影響艾薩爐煙塵率和富氧頂吹爐煤耗，入爐物料水分過低，物料制粒效果較差，導(dǎo)致煙塵率升高，有效投料量低；水分過高導(dǎo)致富氧頂吹爐煤耗升高，冶煉成本升高。

粗鉛系統(tǒng)備料7條電子皮帶稱可準(zhǔn)確稱量和給料，粗鉛系統(tǒng)所使用的原料鉛精礦、鉛渣、富氧頂吹爐煙塵、浸出渣、銀精礦等原料及原煤輔料均通過7個中間倉和電子皮帶稱進(jìn)行精準(zhǔn)給料，渣物料占富氧頂吹爐入爐物料的60%以上，鉛精礦為40%左右。給料控制由富氧頂吹爐主控通過DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，進(jìn)料過程經(jīng)過精準(zhǔn)計算和結(jié)果反饋，富氧頂吹爐爐入爐物料結(jié)果控制良好。

2.1.2 有價金屬的綜合回收

通過提高入爐原料中有價金屬金、銀、鍺、鋅的含量，增加產(chǎn)品鉛陽極板中銀的產(chǎn)量和中間產(chǎn)品鉛還原渣中金屬鋅、鍺的產(chǎn)量，提高鉛冶煉的經(jīng)濟(jì)效益。表2為部分鉛陽極板和還原渣有價金屬含量。

由于工期緊、工作量大，作業(yè)人員難免會輸錯身份證號。經(jīng)過實踐發(fā)現(xiàn)，身份證號的長度、數(shù)字寫錯的情況普遍存在。身份證號檢測功能可以快速的完成對身份證號的檢測，并把身份證號錯誤的數(shù)據(jù)導(dǎo)出為Excel表格式。

由表2可知，鉛陽極板富集較多的金、銀，鍺、鋅則進(jìn)入還原渣。根據(jù)生產(chǎn)報表統(tǒng)計，該技術(shù)自2019年7月實施至2020年6月，產(chǎn)出粗鉛9.5萬t，粗鉛含銀172.5t，粗鉛含金170.8kg，鉛粗煉綜合回收率大于99.5%，金、銀粗煉回收率分別大于95%和99%。

2.2 還原爐快速還原煉鉛工藝研究

由圖3可知，PbO的穩(wěn)定區(qū)較小，而PbSO

和nPbO·PbSO

的穩(wěn)定區(qū)較大，PbS低溫氧化可以直接生成PbSO

和nPbO·PbSO

，而PbS高溫氧化才可以獲得金屬鉛和氧化鉛。在lgPSO

一定時，隨著氧位增加，穩(wěn)定區(qū)按PbS→Pb→PbO→nPbO·PbSO

→PbSO

的方向移動。

2.2.1 還原爐熔渣渣型的研究

富鉛渣的化學(xué)成分中，純氧化物的熔度都很高，一般熔煉情況下難以達(dá)到，富鉛渣中常見成分的熔點如表3所示

。

根據(jù)富氧頂吹爐氧化熔煉渣型的研究基礎(chǔ)，還原爐熔煉同樣采用FeO-SiO

-CaO三元渣系，F(xiàn)eO-SiO

-CaO三元相圖如圖3所示。

由圖3可知，圖中靠近橄欖石的區(qū)域熔點最低。因此，宜控制還原爐渣型在橄欖石附近，還原渣為高硅低鈣型，故需要補(bǔ)入石灰石提供鈣源。經(jīng)過多次試驗研究，得到了適宜還原爐煉鉛的渣型為：CaO/SiO

：0.3-0.6，SiO

/Fe：0.8-1.3，有效提高了熔渣流動性和降低了熔渣熔點，對還原爐能耗、鉛還原率等指標(biāo)提升明顯。

ZnS是致密的難焙燒硫化物，低溫氧化時生成硫酸鹽，高溫氧化時則生產(chǎn)氧化物，所以高ZnS的鉛精礦應(yīng)該在高于850℃時氧化，使硫酸鋅分解成ZnO。

經(jīng)過渣型優(yōu)化后，研究了還原爐加煤、焦的兩種給入方式，研究結(jié)論如下所述：

（1）減少焦丁加入總量。將焦丁加入總量由1.5t降至0.3t～0.5t，加入速率為1～1.5t/h，20min即可加完焦丁。同時附帶少量粒煤，控制粒煤加入速率為0.3t/h左右?？傮w上將還原劑調(diào)整為以粒煤為主，焦丁為輔的方式。圖4所示為兩種方式不同還原劑加入總量。

（2）提高粒煤加入速率。粒煤最大加入速率由1.8t/h提高到2.2t/h，泡沫渣可控，爐內(nèi)基本無隔層。兩種方式不同階段的還原劑加入速率如圖5所示。

經(jīng)過生產(chǎn)實踐可知，方式二不僅能提高還原速率，而且可避免“返渣”事故的發(fā)生。

第四，可以考慮將比較文學(xué)的理論和方法融入雙文化課程。比較文學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生以多元的文化視角去認(rèn)識不同民族和不同文化背景下的世界各國文學(xué)，這同新加坡雙文化課程的培養(yǎng)目標(biāo)是一致的。

（3）加煤速率提升幅度增大。粒煤加入方式為隨還原時間延長逐步提高加煤速率，并且縮短提高還原速率的間隔時間，短時間內(nèi)制造強(qiáng)還原氣氛，爐內(nèi)還原反應(yīng)更加劇烈。按照方式二，即先緩慢還原到熔池下降到一定高度時，再大煤量給入制造強(qiáng)還原氣氛，不僅避免了返渣事故發(fā)生，且每爐還原時間縮短20min～30min。具體操作方式如圖6所示。

試驗設(shè)計采用氮、磷、鉀肥總量控制設(shè)計，將氮、磷、鉀肥總量控制試驗整合為一個試驗，施肥量及施肥方法見表2，動態(tài)優(yōu)化施肥試根據(jù)要求，重點做好氮、磷、鉀肥總量控制試驗[16-20]。

2.3 應(yīng)用效果

富氧頂吹爐-側(cè)吹還原爐處理重金屬冶煉廢渣工藝的應(yīng)用，富氧頂吹爐煤耗、投料量、有價金屬回收量等經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)明顯提高，結(jié)果如圖7所示。

家長們你一言我一語，討論變得熱烈起來，等最后一個家長發(fā)言完畢，我點開了錄制好的視頻，說：“親愛的家長朋友們，在你們給孩子打分之前，孩子也給你們打了分，你們想不想看一看？”

由圖7可知，技術(shù)應(yīng)用后，富氧頂吹爐原料由2種提高到14種，月投料量由9215t/月提高到10074t/月，陽極板含銀產(chǎn)量由2848.5kg/月提高到4828.97kg/月，陽極板含金產(chǎn)量由零提高到8kg/月，富氧頂吹爐煤率由8.64%降低到6.46%，還原爐生產(chǎn)爐次由5～6爐提高到9～10爐/天。

3 結(jié)論

（1）富氧頂吹爐入爐原料含鉛最優(yōu)控制為45%-50%，含硫10%-14%，含鋅小于8%，水分控制為8%-12%，渣型控制為 ：CaO/SiO

：0.3-0.5，SiO

/Fe ：0.8-1.0。

（2）還原爐渣型控制為CaO/SiO

：0.3-0.6，SiO

/Fe：0.8-1.3，還原劑以進(jìn)粒煤為主，焦丁為輔。在該條件下生產(chǎn)，不僅避免了“泡沫渣”事故的發(fā)生，且提高了有價金屬的回收率，鉛粗煉綜合回收率大于99.5%，金、銀粗煉回收率分別大于95%和99%。

（3）富氧頂吹爐原料由2種提高到14種，月投料量由9215t/月提高到10074t/月，陽極板含銀產(chǎn)量由2848.5kg/月提高到4828.97kg/月，陽極板含金產(chǎn)量由零提高到8kg/月，富氧頂吹爐煤率由8.64%降低到6.46%，還原爐生產(chǎn)爐次由5～6爐/d提高到9～10爐/d。

[1]柴立元, 柯勇,梁彥杰，閔小波． 重金屬冶煉廢渣穩(wěn)定化/固化處理技術(shù)研究進(jìn)展[C]// 重金屬污染防治及風(fēng)險評價研討會暨重金屬污染防治專業(yè)委會學(xué)術(shù)年會． 中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會;中國有色金屬學(xué)會;中南大學(xué), 2013．

[2]梁彥杰． 鉛鋅冶煉渣硫化處理新方法研究[D]． 中南大學(xué), 2012．

[3]王光輝, 王海北, 張帆,等． 鉛鋅冶煉渣綜合回收利用研究[J]． 江蘇理工學(xué)院學(xué)報, 2017, 23(002)：7-12．

[4]盧中強(qiáng), 段理杰． 銅冶煉廢渣中鐵的回收工藝選擇[J]． 工業(yè)B,2015(48)：90-91．

[5]彭容秋，任鴻九，張訓(xùn)鵬．鉛鋅冶金學(xué)[M]．北京：科學(xué)出版社，2003．

[6]Abdel-latif，M．A．Fundamentals of zinc recovery from metallurgical wastes in the Enviroplas process[J]． Minerals Engineering，2002，15（11）：945-952．

[7]王國武,王國富,王國強(qiáng)等．廢舊蓄電池及銅浮渣熱風(fēng)密閉短窯熔煉：中國,200820149676．7[P]．2008-10-10．

[8]彭容秋．重金屬冶金學(xué)(第二版)[M]．長沙：中南大學(xué)出版社,2004．

[9]文平． 浸沒式熔池熔煉處理鉛鋅渣工藝研究[D]． 湖南工業(yè)大學(xué),2016．