銻熔煉堿性渣回用鉛熔煉系統(tǒng)的探索

張迎軍 馮瑞康 杜新路

(河南豫光金鉛股份有限公司綜合回收廠(chǎng)， 河南 濟(jì)源 459000)

0 前言

熔煉渣是熔煉企業(yè)常見(jiàn)的污染物之一，在未經(jīng)處理的情況下排放會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的破壞。熔煉渣經(jīng)過(guò)回收處置后，可以作為固廢處理，但處理熔煉渣會(huì)明顯降低企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，熔煉渣回用是一項(xiàng)既可節(jié)約成本又可提高回收率的有效措施，而如何回收利用熔煉渣一直是熔煉企業(yè)的一大難題。目前國(guó)內(nèi)對(duì)熔煉渣回用已有研究探索[1-3]，方法較多[4]，但這些方法普遍為含有價(jià)金屬渣類(lèi)的濕法提純[5]或本系統(tǒng)返渣回用[6-7]，末端熔煉渣回收利用的生產(chǎn)實(shí)踐較少。

某廠(chǎng)鉛熔煉系統(tǒng)以除銅渣為主要原料，以鐵屑、純堿、焦粒為輔料進(jìn)行熔煉，產(chǎn)出粗鉛、銅锍及堿渣。另一個(gè)冶煉廠(chǎng)進(jìn)行銻熔煉，產(chǎn)生的銻熔煉堿渣主要成分為Na2O和As等化合物。本文根據(jù)已有的堿渣回用方法和經(jīng)驗(yàn)[8-9]，將銻熔煉產(chǎn)出的棄渣重新投入鉛熔煉爐中，利用棄渣中的堿性物質(zhì)代替部分純堿進(jìn)行鉛熔煉，探索銻熔煉堿渣回用的新型工藝，對(duì)企業(yè)節(jié)能減排、提高效益和提升技術(shù)指標(biāo)具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 半工業(yè)實(shí)驗(yàn)

1.1 生產(chǎn)原料及能源

銻熔煉堿渣(河南豫光金鉛某廠(chǎng)生產(chǎn))，除銅渣(河南豫光金鉛某廠(chǎng)生產(chǎn))，純堿(工業(yè)碳酸鈉)，鐵屑(執(zhí)行Q/YG 054—2017標(biāo)準(zhǔn))，焦粒(C>60%,V<15%,A<15%，H2O<4%，粒度≤30 mm)，天然氣(執(zhí)行GB 17820—2012標(biāo)準(zhǔn))，氧氣(工業(yè)氧)。

取銻熔煉堿渣進(jìn)行化驗(yàn)分析，主要成分見(jiàn)表1。從表1可以看出，銻熔煉堿渣中Na、As含量較高，F(xiàn)e、Si、Ca等元素含量較低。

表1 銻熔煉堿渣主要元素含量

取鉛冶煉原料除銅渣進(jìn)行化驗(yàn)分析，主要成分見(jiàn)表2。從表 2 可以看出，除銅渣中 Pb、Cu含量較高，S、Sn含量較低。

表2 鉛冶煉原料除銅渣主要元素含量

1.2 銻熔煉堿渣回用原理

河南豫光金鉛某廠(chǎng)使用純堿- 鐵屑法對(duì)除銅渣進(jìn)行鉛熔煉試驗(yàn)，純堿的主要作用是與除銅渣中的PbS反應(yīng)生成鈉銅锍，以及與各類(lèi)鹽反應(yīng)進(jìn)入爐渣，從而降低爐渣與銅锍的熔點(diǎn)。而另一個(gè)冶煉廠(chǎng)采用堿性熔煉方法進(jìn)行銻熔煉，產(chǎn)生的銻熔煉堿渣熔點(diǎn)為850～1 050 ℃，而除銅渣冶煉過(guò)程中，渣熔點(diǎn)為1 200～1 300 ℃。因此將銻熔煉堿渣回用鉛熔煉過(guò)程，銻熔煉堿渣可先于除銅渣熔化，促使除銅渣熔化，增加表面渣層的流動(dòng)性，為熔池的形成提供良好條件，且銻熔煉堿渣中Na2O含量較高(可達(dá)50%)，可以代替部分純堿進(jìn)行鉛熔煉，從而形成一種新型工藝。

銻熔煉堿渣中除Na元素外，其他主要元素有As、Si、Ca、Fe等。對(duì)As元素來(lái)說(shuō)，在除銅渣熔煉過(guò)程中，銅锍中銅含量越高，則As在銅锍中的分配比例越大[10]，而且在富氧高溫條件下，As元素通常以As2O3、As2O5、AsS和As2S3等化合物進(jìn)入煙灰中，由此可見(jiàn)，As主要分布于銅锍和煙灰中。另外，Si、Ca、Fe作為銻熔煉熔渣的主要成分，鐵硅比越大，越容易生成砷酸鐵物相，導(dǎo)致As在爐渣中富集[11]，因此降低輔料中Fe元素的配入，可促使As元素從鉛冶煉堿渣向煙灰與銅锍中轉(zhuǎn)移，適量減少棄渣的生成。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

某廠(chǎng)鉛熔煉系統(tǒng)以除銅渣為主要原料，以鐵屑、純堿、焦粒為輔料進(jìn)行熔煉，產(chǎn)出粗鉛、銅锍及鉛熔煉堿渣，具體流程如圖1所示。通常鐵屑配入比例為7%～8%，焦粒配比為2%，純堿配比為6%～8%。為了在回用堿性熔煉渣的同時(shí)降低產(chǎn)渣率，實(shí)驗(yàn)中降低鐵屑的配入比例至3%～5%，增加焦粒的配入比例至3%～5%，嘗試以銻熔煉堿渣替代部分純堿與原料混合，銻熔煉摻入比例分別為2%、3%、4%，具體方案見(jiàn)表3。

圖1 鉛熔煉爐熔煉流程

表3 熔煉配料比例

2 結(jié)果討論

2.1 銻熔煉堿渣回用對(duì)鉛熔煉產(chǎn)渣率的影響

在試驗(yàn)過(guò)程中降低輔料配入比例，其中純堿和鐵屑的配入比例由13%～16%降低至7%～8%，雖然平均下降了7.5%，但由于銻熔煉堿渣中40%～50%的Na、Fe、Si、Ca等金屬進(jìn)入鉛熔煉渣，在銻熔煉堿渣配入比例為4%時(shí)，進(jìn)入鉛熔煉渣的成分總量約為1.8%，由此產(chǎn)渣率平均降低5.7%。銻熔煉堿渣回用后3個(gè)月的產(chǎn)渣率與回用前的產(chǎn)渣率對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 銻熔煉堿渣回用前后鉛熔煉產(chǎn)渣率對(duì)比

由表4可知，在正常生產(chǎn)情況下，未回用銻熔煉堿渣時(shí)平均產(chǎn)渣率為19.17%。回用后的3個(gè)月內(nèi)，每個(gè)月產(chǎn)渣率最大值為14.91%，最小值為12.33%，平均產(chǎn)渣率為13.52%。在試驗(yàn)3中，鉛熔煉爐渣率下降至13.34%，與銻熔煉堿渣未回用時(shí)相比，平均產(chǎn)渣率降低了5.83%，符合試驗(yàn)預(yù)期目標(biāo)。

2.2 銻熔煉堿渣回用對(duì)鉛熔煉堿渣指標(biāo)的影響

銻熔煉堿渣回用前后鉛熔煉堿渣指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表5。

表5 銻熔煉堿渣回用前后鉛熔煉堿渣指標(biāo)對(duì)比

由表5可知，銻熔煉堿渣回用后，鉛熔煉渣中的Pb、Cu、Ag含量均不同程度地下降，其中Pb含量由平均5.76%下降至平均2.00%，Cu含量由平均3.92%下降至平均1.97%，Ag含量由82.73 g/t下降至平均47.82 g/t。

鉛熔煉渣中金屬含量的下降，一方面，是由于焦粒配入比例增加，鉛熔煉爐中還原性氣氛明顯增強(qiáng)，鉛熔煉堿渣中的PbO、CuO、Ag2O等還原成金屬鉛、銅、銀的量明顯增大；另一方面，回用銻熔煉堿渣后，由于銻熔煉堿渣的熔點(diǎn)為850～1 050 ℃，顯著低于鉛熔煉系統(tǒng)的1 200～1 300 ℃，因此當(dāng)銻熔煉堿渣加入鉛熔煉爐熔化后，具有良好的流動(dòng)性，可以顯著降低爐渣的粘稠度，促使?fàn)t內(nèi)鉛熔煉渣與銅锍、粗鉛分離，增強(qiáng)金屬的沉降分離效果，使金屬富集進(jìn)入銅锍及粗鉛中，由此鉛熔煉堿渣中的Pb、Cu、Ag含量顯著下降。

2.3 銻熔煉堿渣回用對(duì)鉛熔煉爐的影響

在銻熔煉堿渣回用之前，鉛熔煉爐內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)塌料與結(jié)殼的現(xiàn)象，對(duì)環(huán)保收塵系統(tǒng)造成較大壓力；銻熔煉堿渣回用鉛熔煉系統(tǒng)中熔化后，具有較大過(guò)熱度，起到稀釋鉛熔煉爐中熔渣的作用，從而使熔池中原料與輔料的熔化更加均勻，明顯減少了塌料與結(jié)殼現(xiàn)象。

2.4 銻熔煉堿渣回用對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的影響

回用銻熔煉堿渣后，鉛熔煉生產(chǎn)中純堿、鐵屑的配入比例下降，焦粒配入比例上升，除銅渣輔料費(fèi)用整體下降。同時(shí)由于生產(chǎn)中減少了棄渣的產(chǎn)出量，固廢處理費(fèi)用明顯降低。

3 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)3個(gè)月的試驗(yàn)探索，銻熔煉堿渣回用至鉛熔煉系統(tǒng)后，鉛熔煉棄渣中的鉛、銅、銀的含量以及產(chǎn)渣率均下降并趨于穩(wěn)定，對(duì)鉛熔煉系統(tǒng)具有較大改善作用，同時(shí)減輕職工勞動(dòng)強(qiáng)度及環(huán)保壓力，為企業(yè)帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)效益。由于堿渣回用比例仍有提升空間，回用方法仍需改進(jìn)，回用效果可能會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)不同而有所差異，但為熔煉堿渣重復(fù)利用提供了一種新的方法，同時(shí)也為各類(lèi)熔煉企業(yè)減少?gòu)U物排放提供了新的思路。