回轉(zhuǎn)窯焙燒鋅冶煉廢渣的技術(shù)要點(diǎn)研究

摘要：目前，綜合回收及無害化處理鋅冶煉廢渣的常用方式是通過回轉(zhuǎn)窯高溫焙燒，大部分有價金屬及重金屬揮發(fā)成氣態(tài)，冷卻后以煙塵形式收集?；剞D(zhuǎn)窯焙燒過程的技術(shù)參數(shù)將直接影響含鋅煙塵的品位。本文以某鋅冶煉企業(yè)為例，結(jié)合原料及輔料的實(shí)際情況，分析回轉(zhuǎn)窯焙燒工藝流程，明確回轉(zhuǎn)窯焙燒鋅冶煉廢渣的技術(shù)要點(diǎn)，從而有效利用廢渣回收有價金屬，實(shí)現(xiàn)廢渣的無害化處理。

關(guān)鍵詞：回轉(zhuǎn)窯；焙燒；鋅冶煉廢渣；技術(shù)要點(diǎn)

中圖分類號：TF813 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）08-00-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.08.011

Study on technical Points of roasting zinc smelting Waste slag in Rotary kiln

LI Ting

（Sichuan vocational college of Chemical technology， Luzhou 646300， China）

Abstract： At present， the common way of comprehensive recovery and harmless treatment of zinc smelting waste slag is through high-temperature roasting in rotary kiln， most valuable metals and heavy metals are volatilized into gas and collected in the form of smoke and dust after cooling. The technical parameters of rotary kiln roasting process will directly affect the grade of zinc containing dust. Taking a zinc smelting enterprise as an example， combined with the actual situation of raw materials and auxiliary materials， this paper analyzes the roasting process of rotary kiln， clarifies the technical points of rotary kiln roasting zinc smelting waste slag， so as to effectively use the waste slag to recover valuable metals and realize the harmless treatment of waste slag.

Keywords： rotary kiln; roasting; zinc smelting waste slag; technical points

近年來，我國鋅產(chǎn)量迅速增長，我國既是世界上最大的鋅生產(chǎn)國，又是最大的鋅消費(fèi)國，我國鋅冶煉企業(yè)大多采用濕法冶煉工藝，少部分采用火法冶煉工藝[1-3]。濕法冶鋅的主要工藝流程為鋅精礦焙燒→浸出→凈化→電解→熔鑄→鋅錠（產(chǎn)品）。濕法冶煉過程中，鋅精礦中伴生的稀貴金屬（銦、鍺等）、重金屬（鉛、鎘等）均富集進(jìn)入浸出和凈化工序產(chǎn)生的廢渣中。廢渣堆存既污染環(huán)境，又浪費(fèi)資源。西昌市某鋅冶煉企業(yè)通過建設(shè)回轉(zhuǎn)窯來處理濕法冶鋅各工序產(chǎn)生的廢渣?；剞D(zhuǎn)窯高溫焙燒鋅冶煉廢渣，可以實(shí)現(xiàn)有價金屬的綜合回收及廢渣的無害化處理[4-5]。本文針對該企業(yè)回轉(zhuǎn)窯焙燒各工序的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行研究，探索最佳技術(shù)參數(shù)，以期獲得高的鋅及有價金屬的綜合回收率。

1 原料及輔料

該鋅冶煉企業(yè)回轉(zhuǎn)窯的原料主要為鋅冶煉自產(chǎn)的浸出渣、凈化渣、銅鎘渣等廢渣。鋅冶煉廢渣含有鋅及有價金屬，主要成分如表1所示。廢渣鋅含量不穩(wěn)定，水分含量較高，因此配料時要嚴(yán)格按要求進(jìn)行配比，為后續(xù)工序創(chuàng)造條件?；剞D(zhuǎn)窯輔料為焦粉及無煙煤，焦粉既是回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)的還原劑，也為反應(yīng)提供熱量，該企業(yè)要求使用的焦粉發(fā)熱量大于24 278 J/g，無煙煤發(fā)熱量大于20 929 J/g。

2 回轉(zhuǎn)窯焙燒工藝流程

回轉(zhuǎn)窯焙燒鋅冶煉廢渣的工藝流程如圖1所示。浸出工序的浸出渣、凈化渣、銅鎘渣和其他含鋅物料通過渣車運(yùn)至配料廠房，通過烘干機(jī)后傳送至干渣倉，運(yùn)用抓斗行車配料至皮帶運(yùn)輸機(jī)，抓斗提至混料倉，下料至窯尾，在窯內(nèi)經(jīng)干燥、預(yù)熱、還原揮發(fā)、冷卻四個過程?？諌簷C(jī)對窯頭強(qiáng)制送風(fēng)，同時不定期噴煤升溫，高溫?zé)煔饨?jīng)窯尾至煙道表冷器、電收塵，收集氧化鋅粉產(chǎn)品；煙氣經(jīng)脫硫處理后由煙囪外排，脫硫泥漿經(jīng)廂式壓濾機(jī)壓濾后返回配料倉循環(huán)使用；窯頭水淬渣由抓斗裝入渣車外運(yùn)或外售。

2.1 回轉(zhuǎn)窯焙燒鋅冶煉廢渣的原理

將浸出渣與焦粉（或無煙煤）混合，加入回轉(zhuǎn)窯中。當(dāng)回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)動時，爐料隨之翻動，在高溫下，爐料中的金屬被還原為金屬蒸氣進(jìn)入氣相，在氣相中被空氣氧化成氧化物，隨煙氣進(jìn)入收塵設(shè)備中，搜集得到氧化鋅粉產(chǎn)品，銅、金、銀等留于窯渣中。浸出渣中鎘、銦、鍺等皆易揮發(fā)進(jìn)入氧化煙塵中，使稀散金屬得到富集。

2.2 回轉(zhuǎn)窯中的主要化學(xué)反應(yīng)

2.2.1 鋅的化合物

鋅的化合物主要有鐵酸鋅、硫化鋅、硫酸鋅、氧化鋅和硅酸鋅。鐵酸鋅占渣含鋅量的50%～60%，在窯中轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3O4、FeO、Fe進(jìn)入渣中，Zn揮發(fā)進(jìn)入氣相。冶煉廢渣中25%～30%的鋅以硫化鋅形式存在。在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，硫化鋅與通入窯內(nèi)的空氣接觸被氧化，而后在焦炭的作用下被還原為單質(zhì)鋅。同時，硫化鋅將與窯內(nèi)金屬鐵和浸出渣中的氧化鈣相互作用，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成單質(zhì)鋅。硫化鋅的氧化還原反應(yīng)物都是固相，且反應(yīng)需要較高溫度，因此當(dāng)爐料中硫化鋅含量較高時，要對爐內(nèi)強(qiáng)制鼓風(fēng)，才能達(dá)到較好的效果，否則硫化鋅很難揮發(fā)。

在氧化性氣氛下，溫度為900 ℃左右時，硫酸鋅將劇烈分解為ZnO、SO2。其中，ZnO為固相產(chǎn)物，隨著爐料進(jìn)入高溫帶被還原。如果攪拌不良，或者爐料中焦粉含量過高，或者預(yù)熱帶呈現(xiàn)還原性氣氛，硫酸鋅將被還原成硫化鋅，導(dǎo)致鋅回收率降低。在窯內(nèi)，氧化鋅被還原成Zn（氣）。溫度為1 100～1 200 ℃時，硅酸鋅被還原為Zn（氣）。當(dāng)物料含CaO時，可加速硅酸鋅的還原。

2.2.2 鉛的化合物

廢渣內(nèi)的鉛大部分以硫酸鉛形態(tài)存在，部分鉛以氧化鉛、硫化鉛、硅酸鉛等鉛的化合物形式存在。硫酸鉛在窯內(nèi)可被還原成硫化鉛，氧化鉛在窯內(nèi)被還原成金屬鉛。硫酸鉛、硫化鉛和氧化鉛還可能發(fā)生交互反應(yīng)，形成金屬鉛。在窯內(nèi)高溫條件下，鉛、硫化鉛、氧化鉛都易揮發(fā)。

2.2.3 銅、金、銀的化合物

銅、金、銀的化合物都不揮發(fā)，完全遺留在窯渣中。

3 回轉(zhuǎn)窯各工序技術(shù)要點(diǎn)

該企業(yè)回轉(zhuǎn)窯采用第四代柔性傳動技術(shù)等強(qiáng)度筒體，窯傾斜3°，窯長為44 m，外徑為2.95 m，窯殼外徑與長度的比值為1.00∶14.92。其內(nèi)襯分段為鉻渣磚、高鋁磚、黏土磚，耐火度大于1 790 ℃。

3.1 皮帶給料工序技術(shù)要點(diǎn)

啟動前，應(yīng)嚴(yán)格檢查給料機(jī)、皮帶輸送機(jī)及所用設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，若出現(xiàn)問題，及時處理。應(yīng)嚴(yán)格按照工段要求的配料比準(zhǔn)確配料，傳動時使料均勻地進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯，給料管不能堵塞。保持工作環(huán)境衛(wèi)生及設(shè)備清潔，記錄清楚，工具齊全。窯尾部分未入窯的粉末需要人工放下冷卻后轉(zhuǎn)入料倉，經(jīng)攪拌均勻后沖稀，再攪拌均勻，然后通過給料機(jī)返入窯內(nèi)。

3.2 窯溫控制技術(shù)要點(diǎn)

窯內(nèi)溫度分為3個帶，即預(yù)熱帶、干燥帶和反應(yīng)帶。焦粉及配好的鋅冶煉渣從窯尾加入回轉(zhuǎn)窯后，首先經(jīng)過預(yù)熱帶，溫度為800～1 000 ℃，經(jīng)爐內(nèi)熱氣流加熱干燥，脫去部分水分，預(yù)熱帶未發(fā)生大量的氣化反應(yīng)，僅部分焦粉分解釋放CO2、少量H2S和有機(jī)硫。熱量依靠熱氣流對流換熱，預(yù)熱帶的長度為窯長的40%。干燥帶爐膛溫度應(yīng)控制在900～1 200 ℃，熱風(fēng)管入口處溫度為900～1 000 ℃，除塵器入口廢氣溫度為100～150 ℃。經(jīng)過干燥帶后，窯渣水分含量應(yīng)小于18%。反應(yīng)帶最長，溫度最高，金屬Zn的沸點(diǎn)是906 ℃，還原后的金屬鋅揮發(fā)成蒸氣，由窯尾進(jìn)入煙氣系統(tǒng)，在接觸空氣后被氧化為ZnO而收集。大部分ZnO還原及蒸發(fā)都發(fā)生在900～1 150 ℃。因此，反應(yīng)帶爐料溫度應(yīng)保持在1 150～1 200 ℃，爐料溫度過高，鋅鉛氧化物還原速度愈大，揮發(fā)愈快，此時，爐料由粉色變黑，爐子內(nèi)襯壽命縮短，ZnO產(chǎn)品雜質(zhì)增加，產(chǎn)品質(zhì)量較差。爐料溫度太低，還原反應(yīng)不完全，焦粉消耗量增大，金屬揮發(fā)不好，進(jìn)而導(dǎo)致水淬渣含鋅高，金屬回收率低，此時，窯渣從窯頭出來較散。

3.3 窯內(nèi)風(fēng)量控制技術(shù)要點(diǎn)

焙燒過程中通過窯頭強(qiáng)制送風(fēng)來控制窯內(nèi)風(fēng)量。強(qiáng)制送風(fēng)是在窯頭插入一根風(fēng)管，通過空壓機(jī)在回轉(zhuǎn)窯斜對面一定距離進(jìn)行送風(fēng)。送風(fēng)使得部分爐料揚(yáng)起，能起到更好的翻動作用，有利于反應(yīng)的充分進(jìn)行，有利于有價金屬的揮發(fā)和回收。在整個操作過程中，盡量保持風(fēng)壓風(fēng)量穩(wěn)定。

3.4 窯內(nèi)負(fù)壓控制技術(shù)要點(diǎn)

窯內(nèi)負(fù)壓是決定強(qiáng)制鼓風(fēng)的具體條件之一。負(fù)壓過大，進(jìn)入窯內(nèi)的冷空氣增多，反應(yīng)帶將往后移，致使窯內(nèi)反應(yīng)帶溫度降低，窯尾溫度升高，造成機(jī)械帶塵增多，影響氧化鋅產(chǎn)品質(zhì)量。負(fù)壓過小，窯前部有冒火危險，并將導(dǎo)致窯前部產(chǎn)生局部高溫，將反應(yīng)帶縮短，也會造成還原反應(yīng)不充分。因此，負(fù)壓過大或過小，都不利于鋅及其他有價金屬的揮發(fā)，都會使水淬渣含鋅量增高，降低有價金屬回收率。要嚴(yán)格控制窯內(nèi)負(fù)壓，一般用肉眼從窯頭觀察，以窯頭爐料層火焰略往后移，窯尾不冒煙為宜。

3.5 窯身轉(zhuǎn)速控制技術(shù)要點(diǎn)

根據(jù)回轉(zhuǎn)窯單次廢渣處理量的大小、廢渣含鋅量及含水量的變化情況、開爐時間長短等來決定窯身轉(zhuǎn)速，一般采用0.75 r/min。窯身轉(zhuǎn)動快慢，將決定爐料在窯內(nèi)停留時間的長短。窯身轉(zhuǎn)動過快，物料在窯內(nèi)停留時間短，反應(yīng)不完全，揮發(fā)也不充分，渣含鋅高，回收率低；窯身轉(zhuǎn)速太慢，物料停留時間過長，易使物料黏度大，窯易結(jié)塊，窯內(nèi)各部分受力不均勻，嚴(yán)重者甚至?xí)斐筛G身竄動，并且會造成窯內(nèi)還原反應(yīng)不充分，進(jìn)入收塵系統(tǒng)的產(chǎn)品產(chǎn)率降低。

3.6 氧化鋅粉收粉工序技術(shù)要點(diǎn)

收粉前要檢查設(shè)備的使用情況，對收塵的管道、箱體進(jìn)行敲打，若發(fā)現(xiàn)問題，及時處理，確保收塵系統(tǒng)暢通。要對氧化鋅粉進(jìn)行3次攪拌，使之均勻冷卻在60 ℃以下，再進(jìn)行裝袋，粉重以40～50 kg/袋為宜。裝粉質(zhì)量要準(zhǔn)確計量，裝后按指定地點(diǎn)堆放。表冷箱放空要交叉進(jìn)行，電收塵器溫度小于300 ℃，做到規(guī)范操作和安全生產(chǎn)。

4 結(jié)語

鋅冶煉廢渣經(jīng)回轉(zhuǎn)窯高溫焙燒后，絕大多數(shù)鋅、鉛和鎘進(jìn)入氧化鋅粉被收集。銅、金、銀等金屬均進(jìn)入水淬渣中，渣中砷和鎘等元素的含量顯著降低。生產(chǎn)實(shí)踐表明，使用回轉(zhuǎn)窯焙燒處理鋅冶煉廢渣，精確控制回轉(zhuǎn)窯各工序技術(shù)參數(shù)，可有效利用廢渣回收有價金屬，實(shí)現(xiàn)廢渣的無害化處理，并且回轉(zhuǎn)窯焙燒產(chǎn)品氧化鋅粉市場需求量大，經(jīng)濟(jì)效益顯著。總體來看，使用回轉(zhuǎn)窯焙燒處理鋅冶煉廢渣，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益。

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