從富銦粗鉛中富集銦的工藝改造

徐 海

(中冶葫蘆島有色金屬集團(tuán)有限公司， 遼寧 葫蘆島 125003)

在粗鋅精煉過(guò)程中，高沸點(diǎn)金屬銦富集在粗鉛中。由于銦與大多數(shù)雜質(zhì)金屬對(duì)氧的親和力比鉛大，在一定溫度下加入氧化劑，使銦與其他金屬優(yōu)先氧化進(jìn)入浮渣中，從而可達(dá)到富集銦和精煉鉛的作用。

中冶葫蘆島有色金屬集團(tuán)公司綜合利用廠原采用空氣氧化法富集銦，該工藝有多年的生產(chǎn)歷史，雖然穩(wěn)定可靠，但存在銦回收率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、環(huán)境污染嚴(yán)重、能耗高等問(wèn)題。后來(lái)，該廠通過(guò)采用NaNO3代替壓縮空氣做氧化劑、加大熔煉鍋等措施，取得了預(yù)期的效果。

1 改造前基本工藝流程

1.1 富銦粗鉛化學(xué)成份

富銦粗鉛化學(xué)成份見(jiàn)表1。

表1 富銦粗鉛化學(xué)成份 %

1.2 改造前工藝流程

在850～900 ℃溫度條件下，向富銦粗鉛熔液中鼓入壓縮空氣，壓縮空氣中的氧與銦、鋅等金屬優(yōu)先氧化進(jìn)入浮渣中，從而達(dá)到富集銦和精煉鉛的作用。含銦氧化物浮在鉛液表面，人工用撈勺撈出，液體鉛直接鑄錠，煙塵經(jīng)布袋收塵后排空。由于含銦浮渣的粒度比較大，含銦浮渣經(jīng)球磨機(jī)磨碎后才能進(jìn)入硫酸浸出工序。主要的化學(xué)反應(yīng)式見(jiàn)式(1)～(5)[1]。

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

改造前富銦粗鉛富集銦工藝流程簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1[2-3]。

圖1 改造前富銦粗鉛富集銦工藝流程圖

2 改造前的富集銦工藝存在的問(wèn)題

從粗鉛中富集銦的工藝在改造前存在如下問(wèn)題。

1)在粗鉛的吹煉過(guò)程中，溫度高達(dá)800～900 ℃，鉛揮發(fā)量大，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，鉛害十分嚴(yán)重。

2)處理量小，每爐處理量?jī)H為800 kg，生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大。

3)在球磨的過(guò)程中，煙塵飛揚(yáng)損失大。

4)銦浸出效率低，渣中含銦高達(dá)0.3%。

5)銦的回收率低，從粗鉛到電銦，銦的回收率僅為79%左右。

3 改造的思路及改造的內(nèi)容

3.1 改造的思路

通過(guò)降低操作溫度，降低鉛的揮發(fā)，減少對(duì)操作人員的危害；通過(guò)取消磨礦工序，減少煙塵的飛揚(yáng)損失，從而達(dá)到提高回收率的目的。

3.2 改造的內(nèi)容

3.2.1 增加熔析法除鋅

含銦粗鉛在鉛鍋中溶化后，利用鉛、鋅密度與熔點(diǎn)相差比較大的特點(diǎn)先用熔析法除鋅，使鉛鋅得到初步分離。之后，再往熔析除鋅后的鉛液中加入氫氧化鈉造渣，進(jìn)行二次除鋅。

3.2.2 用NaNO3+NaOH作氧化劑取代壓縮空氣

要達(dá)到從富銦粗鉛中使銦氧化進(jìn)入渣中，在降低溫度的條件下，采用的氧化劑的氧化能力必須比空氣要強(qiáng)。采用NaNO3作氧化劑，同時(shí)在NaOH保護(hù)下，可在較低的溫度條件下(400～500 ℃)使銦氧化進(jìn)入浮渣中，實(shí)現(xiàn)銦、鉛的初步分離。

該工藝的基本原理是片堿和硝酸鈉在450 ℃以上的高溫條件下與粗鉛中的砷、錫、銻、鋅、銦等金屬發(fā)生氧化反應(yīng)，形成浮渣，并與鉛液分離。

發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)見(jiàn)式(6)～(11)[4-5]。

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

一些鉛也被氧化生成鉛酸鈉(Na2PbO2),但其中的Pb最后又被Sn、As、Sb等金屬置換出來(lái)，見(jiàn)化學(xué)反應(yīng)式(12)～(16)[4-5]。

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

3.2.3 對(duì)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造

改造后的主要生產(chǎn)設(shè)備見(jiàn)表2。改造后富銦粗鉛回收銦的工藝流程見(jiàn)圖2。

表2 改造后的主要生產(chǎn)設(shè)備

圖2 改造后富銦粗鉛富集銦工藝流程圖

4 改造的效果

4.1 空氣氧化法和堿性提銦法操作條件對(duì)比

空氣氧化法和堿性提銦法技術(shù)操作條件對(duì)比見(jiàn)表3。

4.2 改造后的效果

1)降低了操作溫度，減少了能源的消耗。由于硝酸鈉的活性比氧的活性高，因此，從富銦粗鉛中富集銦時(shí)操作溫度比較低。

表3 空氣氧化法和堿性提銦法技術(shù)操作條件

2)減少了鉛的揮發(fā)。操作溫度越高，鉛的揮發(fā)就越嚴(yán)重。由于堿法富集銦比空氣氧化法富集銦的操作溫度降低，從而降低了鉛的蒸汽揮發(fā)。另外，在空氣氧化法富集銦的過(guò)程中，鼓入的空氣溢出液面時(shí)，會(huì)增加鉛蒸汽的揮發(fā)。而堿法富集銦的過(guò)程中，加入NaOH，使融熔的NaOH覆蓋在鉛液表面，可以有效地降低鉛蒸汽揮發(fā)。

3)降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。由于空氣氧化法處理粗鉛工序設(shè)備配置不夠,撈渣和出鉛必須由人工進(jìn)行，操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度比較大。而堿法提銦使用吊車加料和撈渣，液體鉛直接用泵打出。

4)增加了處理量，簡(jiǎn)化了操作過(guò)程?？諝庋趸ㄌ幚砹?00 kg/鍋，周期3～4 h；堿性提銦法處理量60 t/鍋，周期4～5 d。處理同樣的粗鉛物料，空氣氧化法必須多次循環(huán)操作，升溫、降溫交替進(jìn)行，能源消耗大，浪費(fèi)也多；堿法提銦一次性操作，相對(duì)能源浪費(fèi)少。另外，處理相同量的粗鉛物料，鼓風(fēng)法耗工時(shí)長(zhǎng)，工作效率低；堿法縮短了工時(shí)，間接增加了經(jīng)濟(jì)效益。

5)簡(jiǎn)化了含銦浮渣預(yù)處理過(guò)程?？諝庋趸óa(chǎn)出的浮渣(主要PbO)，顆粒比較大，直接進(jìn)行浸出，反應(yīng)比較緩慢,因此，必須經(jīng)過(guò)電動(dòng)篩分，篩出比較大的顆粒，再經(jīng)過(guò)球磨機(jī)磨成符合浸出粒度要求的浮渣。電動(dòng)篩分和球磨時(shí)產(chǎn)生了大量的粉塵，帶走很多含銦物料。盡管采用布袋收塵器加以回收，但物料損失在所難免，使銦的回收率降低。此外，飛揚(yáng)的粉塵污染環(huán)境嚴(yán)重，對(duì)操作人員的身體健康造成極大危害。堿性提銦產(chǎn)生的浮渣粒度雖然較大，但結(jié)構(gòu)疏松，可以滿足浸出的要求。

6)提高了浮渣銦含量，減少了銦在浸出渣中的損失?？諝庋趸óa(chǎn)出的浮渣，一般含銦量在2.0%以下，而且浮渣品位受粗鉛品位的影響比較大。如果粗鉛品位比較低，產(chǎn)出的浮渣含銦會(huì)更低。堿性提銦法提升了產(chǎn)出的浮渣品位，一般情況下，浮渣含銦量在6%～8%。而浸出效率與原料的含銦量有直接的關(guān)系，原料中含銦越高，浸出效率越高。由于空氣氧化法提銦產(chǎn)出的物料含銦約在2.0%以下，浸出液經(jīng)過(guò)多次循環(huán)浸出富集，浸出液中含銦量才能達(dá)到置換的要求，其操作異常繁瑣；由于物料含銦低，含鉛高，產(chǎn)生的鉛泥量大，鉛泥里含銦量達(dá)到了0.2%左右，造成銦的損失，降低了銦的回收率。堿法提銦法產(chǎn)出的物料含銦量達(dá)到了6%～8%，雜質(zhì)含量少，經(jīng)過(guò)一次性浸出，浸出液中含銦量就可以達(dá)到要求，操作簡(jiǎn)單，銦的損失量少；產(chǎn)生鉛泥量相對(duì)較少，相對(duì)損失的銦減少，提高了銦的回收率。

7)降低了電銦的生產(chǎn)成本。以生產(chǎn)1 kg電銦計(jì)算，空氣氧化法經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表4，堿性提銦法經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表5。表4和表5的數(shù)據(jù)表明，空氣氧化法的成本約為2 697.9元/kg銦，堿性提銦法氧化法的成本約為2 465.4元/kg銦，兩者之間相差232.5元/kg銦。

表4 空氣氧化法經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

表5 堿性提銦法經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

5 結(jié)論

中冶葫蘆島有色金屬集團(tuán)有限公司綜合利用廠在從富銦粗鉛中富集銦的工藝中，采用NaOH+NaNO3代替空氣作氧化劑，操作溫度從850～900 ℃降低到了480～520 ℃，減少了能源消耗和鉛的揮發(fā)，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)化了操作流程，提高了浮渣銦含量和銦的回收率，并且將電銦的生產(chǎn)成本從2 697.9元/kg銦降低到了2 465.4元/kg銦。以年產(chǎn)8 t銦計(jì)算，每年增加經(jīng)濟(jì)效益186萬(wàn)元。