低品位氧化鉛鋅礦資源化利用的工業(yè)試驗(yàn)

朱 軍， 陳志紅,， 趙新宏

(1.西安建筑科技大學(xué)冶金工程學(xué)院， 陜西 西安 710055, 2.陜西有色金屬礦山公司, 陜西 鳳縣 721707)

目前，我國(guó)已探明的鉛鋅礦產(chǎn)地有600 多處，探明儲(chǔ)量約9 000萬(wàn)t，在已探明的儲(chǔ)量中約有五分之一為氧化鉛鋅礦[1-5]。由于氧化鉛鋅礦是自然界風(fēng)化的產(chǎn)物，礦物在開采和破碎時(shí)極易“泥化”，一般情況下選礦十分困難[6-7]。目前對(duì)氧化鋅礦的處理大致分為兩類[8]：一類是含鋅10%左右的低品位鉛鋅礦和含鋅15%～25%的中等品位氧化鉛鋅礦，這類礦石一般采用火法或火- 濕法聯(lián)合的工藝進(jìn)行處理；另一類是含鋅大于25%的高品位氧化鋅礦，這類礦石直接采用濕法工藝處理。

陜西有色金屬礦山公司擁有Zn+Pb<10%的氧化礦約60萬(wàn)t，占公司礦產(chǎn)資源總量的5%左

右。目前這類礦石處理的主要工藝有：硫酸浸出得到硫酸鋅溶液[9]；制得堿式碳酸鋅，最終得到活性氧化鋅或納米氧化鋅[10]。2013年公司關(guān)閉了冶煉廠的燒結(jié)系統(tǒng)，原有鼓風(fēng)爐和煙化爐閑置。公司欲利用閑置的煙化爐進(jìn)行生產(chǎn)，產(chǎn)出次級(jí)氧化鋅粉外銷或進(jìn)行深加工。

1 試驗(yàn)原料與方法

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)樣品為公司的氧化鉛鋅礦，礦樣的化學(xué)分析結(jié)果如表1。

表1 礦樣的化學(xué)成分分析結(jié)果 %

由表1可知，該氧化鋅礦鋅品位不高，屬低品位氧化鋅礦，含鐵量也較低；雜質(zhì)中鉛、硫和砷的含量雖不高，但要有效地去除這些雜質(zhì)，需要控制好焙燒條件；礦石的四元堿度在1以上，屬堿性礦物。

1.2 試驗(yàn)方法

對(duì)原煙化爐進(jìn)行局部改造，以滿足生產(chǎn)要求；擬采用全冷料工藝技術(shù)提取礦物中的鉛鋅。本試驗(yàn)對(duì)低品位氧化礦全冷料煙化生產(chǎn)氧化鋅進(jìn)行研究，

2 工藝流程及參數(shù)

2.1 工藝流程

氧化鉛鋅礦煙化處理工藝流程見圖1。塊狀氧化鉛鋅礦由汽車運(yùn)至冶煉廠卸到粗礦倉(cāng)，用顎式破碎機(jī)破碎至20 mm，粒度小于20 mm通過(guò)振動(dòng)篩，用斗式提升機(jī)送至細(xì)礦倉(cāng)。通過(guò)配料裝置控制，氧化鉛鋅礦和熔劑等用皮帶運(yùn)輸機(jī)從煙化爐冷料口加入。煙煤用球磨機(jī)磨碎至200目以下(占85%)，通過(guò)管道送至粉煤倉(cāng)儲(chǔ)存，然后用風(fēng)機(jī)送入煙化爐內(nèi)。煙化爐的水套均采用軟化水，防止結(jié)垢。氧化鉛鋅礦經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的吹煉后，熔渣通過(guò)渣口放出，水淬后直接外銷。煙氣通過(guò)水冷收塵、表冷收塵和脈沖收塵排空。因礦石中含有Pb等重金屬，所以水冷和表冷收集的煙塵顆粒較粗和較重，經(jīng)過(guò)沉積，外賣給冶煉廠作為生產(chǎn)原料。脈沖收集到的煙塵含氧化鋅較高，顆粒較細(xì)，可用作生產(chǎn)高級(jí)氧化鋅的原料。

圖1 氧化鉛鋅礦煙化處理工藝流程圖

2.2 工藝參數(shù)

(1)作業(yè)溫度：1 100～1 200 ℃

(2)作業(yè)周期：240 min/爐

(3)空氣利用系數(shù)α：加熱期0.75～1.0，還原期0.55～0.7

(4)燃料率：25%～35%

(5)風(fēng)壓：0.04～0.07 MPa；風(fēng)量：14 000～16 000 m3/h

(6)風(fēng)比：一次風(fēng)∶二次風(fēng)=4∶6～3∶7

(7)燃燒風(fēng)煤比：0.7～0.9

(8)一次風(fēng)壓：60 000～70 000 Pa

(9)二次風(fēng)壓：85 000～125 000 Pa

(10)三次風(fēng)口負(fù)壓：-30～-80 Pa

(11)每爐生產(chǎn)時(shí)間：進(jìn)料40 min，吹煉180 min，放渣20 min

(12)棄渣含鋅≤1.2%

3 全冷料生產(chǎn)特殊工況研究

全冷料入爐風(fēng)量風(fēng)壓與熱料吹煉有較大差別，由于大量冷料入爐熔化，需要強(qiáng)的氧化氣氛和一定的時(shí)間，工況有其特殊性。

3.1 煙化溫度

煙化溫度對(duì)鋅金屬揮發(fā)率的影響如圖2 。

圖2 煙化溫度對(duì)鋅揮發(fā)率的影響

在其它條件一定時(shí)，鉛鋅的揮發(fā)速度隨著溫度的升高而增大。但溫度過(guò)高(如超過(guò)1 350 ℃)，可能會(huì)形成積鐵或Zn- Fe、Sn- Fe合金，增加操作難度，不利于煙化作業(yè)。溫度過(guò)低，金屬氧化物的還原速度變慢，揮發(fā)速度降低，爐渣流動(dòng)性變壞，排渣困難，甚至有結(jié)爐的危險(xiǎn)。生產(chǎn)實(shí)踐中，煙化爐溫度控制在1 200～1 300 ℃較為適宜。

3.2 風(fēng)量風(fēng)壓

送風(fēng)量的大小決定著燃料消耗和過(guò)?？諝饫孟禂?shù)α值。在全冷料投入的情況下，風(fēng)量過(guò)大會(huì)使固態(tài)物料大量進(jìn)入收塵系統(tǒng)，降低煙塵質(zhì)量，影響生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性；但風(fēng)量過(guò)小會(huì)降低吹煉強(qiáng)度。煙化過(guò)程中，風(fēng)量表現(xiàn)為先高后低(見圖3)，風(fēng)壓表現(xiàn)為先低后高。

圖3 煙化過(guò)程風(fēng)量變化

塊狀冷料入爐熔化的過(guò)程中，空氣和粉煤進(jìn)入爐內(nèi)，多呈細(xì)粒狀翻騰，在此狀態(tài)下，鼓入的空氣在爐內(nèi)穿透性極好，風(fēng)壓與加料前相比變化不大，隨著氧化礦和熔劑逐步熔化，熔渣層厚度增加，爐內(nèi)阻力上升，風(fēng)壓逐步增高，風(fēng)量則呈下降趨勢(shì)。此時(shí)是區(qū)分熔化段與還原段的最好時(shí)機(jī)。

3.3 鼓風(fēng)強(qiáng)度

由于煙化過(guò)程的還原劑主要是CO，因此影響揮發(fā)速度最主要的因素是鼓風(fēng)強(qiáng)度，因?yàn)闋t溫、CO/CO2、氣體量和金屬蒸氣壓等都與鼓風(fēng)強(qiáng)度有關(guān)，而鼓風(fēng)強(qiáng)度的大小又決定燃料消耗和α值，α值越大，CO2分壓越高，則爐溫越高，生產(chǎn)效率越高；反之，α值越小，CO分壓增大，則爐內(nèi)還原能力增強(qiáng)，鋅蒸氣的分壓也升高，即揮發(fā)速度加快。通常煙化過(guò)程開始α值接近1，使碳幾乎全部燃燒成CO2，以提高熔渣溫度，轉(zhuǎn)入還原期后，調(diào)整α值為0.62～0.65時(shí)，鋅的揮發(fā)率可達(dá)86.7%，生產(chǎn)率能達(dá)到14 t/(m2·d)。圖4為鼓風(fēng)強(qiáng)度對(duì)生產(chǎn)率的影響。

圖4 鼓風(fēng)強(qiáng)度對(duì)生產(chǎn)率的影響

3.4 給煤頻率

全冷料生產(chǎn)需要高溫強(qiáng)氧化氣氛快速熔化礦石。因此，給煤量在進(jìn)料和提溫階段是高低交替的，見圖5。

在加料階段，礦石量小，因此給煤頻率較小；加料完成后進(jìn)入提溫吹煉階段，為盡快將礦石熔化，給煤頻率逐漸增大；隨著吹煉時(shí)間的延長(zhǎng)，熔渣中的鉛鋅含量逐漸減少，因此到后期給煤頻率逐漸變小。

4 結(jié)論

對(duì)工業(yè)試生產(chǎn)過(guò)程及工藝參數(shù)進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)全冷料生產(chǎn)特殊工況的煙化溫度、風(fēng)量風(fēng)壓、鼓風(fēng)強(qiáng)度和給煤頻率進(jìn)行了研究，為后期生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。在煙化爐溫度1 200～1 300 ℃、煙化時(shí)間240 min、鼓風(fēng)強(qiáng)度28 m3/(m2·min)等條件下，棄渣平均含Zn 1.15%、Pb 0.13%，鉛鋅的揮發(fā)率較高。要進(jìn)一步降低煤耗，還需對(duì)煙化爐進(jìn)一步優(yōu)化，加強(qiáng)煙化爐的操作，或采取氧化礦干燥預(yù)熱處理等措施。

圖5 給煤頻率變化圖

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