硫化锌精矿沸腾焙烧工艺特点探析

陶家荣

摘 要：在炼锌的过程中，锌精矿的沸腾焙烧是第一道工序，也是最关键的一道工序。沸腾焙烧后的焙砂能否达到后续炼锌工序的质量要求，关系着整个炼锌过程能否顺利进行。锌精矿的物理状况及其化学成分都将对其沸腾焙烧过程和后续的炼锌工序产生重要的影响。简要介绍和对比了鲁奇式沸腾炉氧化焙烧和硫酸盐化焙烧工艺技术，探析了锌精矿沸腾焙烧的特点和影响因素，并据此提出了科学的预防和控制措施，同时，还指出了沸腾焙烧技术未来的研究和发展方向，以期为日后的相关工作提供参考。

关键词：锌精矿；沸腾焙烧；锌冶炼；焙砂

中图分类号：TF046.2 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.18.074

现代炼锌方法主要有火法炼锌和湿法炼锌2种。火法炼锌包括平罐炼锌、竖罐炼锌、密闭鼓风炉炼锌和电炉炼锌；湿法炼锌指电解法炼锌，它根据不同的浸出沉铁工艺又可分为黄钾铁钒法、针铁矿法和赤铁矿法等。除了锌精矿直接氧压浸出外，无论是火法炼锌，还是湿法炼锌，锌精矿的沸腾焙烧都是第一道必不可少的工序。锌精矿的沸腾焙烧是固体流态化技术在锌冶炼工业中的具体应用。沸腾焙烧炉内沸腾层高度在1～1.5 m，沸腾层温度高达849.85～1 149.85℃，炉内热容量大且均匀，反应速度快，强度高，传热传质效率高，温差小，精矿与空气接触时间长，大大强化了焙烧过程，这对促进炼锌工业的发展有重要的意义。目前，国内外炼锌企业使用的焙烧炉主要有道尔型和鲁奇型2种，国内锌冶炼沸腾焙烧以鲁奇式沸腾炉为主，所以，本文主要分析了鲁奇炉在高温（1049.85～1099.85 ℃）氧化焙烧和在低温（939.85～979.85 ℃）硫酸盐化焙烧条件下的特点和区别。

1 硫化锌精矿沸腾焙烧技术概况

1.1 氧化焙烧

氧化焙烧的目的是去除硫化矿中全部或部分硫，使硫化物变成氧化物。氧化焙烧主要分为2种：①把锌精矿中的硫全部烧尽，所得焙烧矿仅由氧化物组成。这种焙烧称作死焙烧。火法炼锌采用的就是这种死焙烧。②部分烧去硫，比如铜、镍硫化矿的焙烧就采用部分氧化焙烧。

氧化焙烧主要是为了得到适用于火法炼锌用的焙砂。在实施过程中，要求该道工序除了把精矿硫含量脱除至最低限度外，还要脱除大部分精矿中铅、镉等主要杂质，以便得到较好的还原指标。高温氧化焙烧主要是利用铅、镉的氧化物和硫化物的挥发性大以及硫酸锌的分解特性去除杂质。在沸腾层中，硫、铅、镉的脱除主要取决于焙烧温度。生产实践表明，在过剩空气量为20%的条件下，焙烧矿中硫、铅、镉的含量会随着沸腾层温度的升高而降低，具体情况如表1所示。

1.2 硫酸盐化焙烧

硫酸盐化焙烧主要是为了得到适合湿法炼锌浸出工序使用的焙砂。这种焙砂要求，其中要含有一定数量硫酸盐形态的硫。为了保证在脱除大部分硫的同时又能获得一定数量硫酸盐形态的硫，沸腾层焙烧温度不能像高温氧化焙烧时那样高，焙烧过程是在氧化气氛中进行的。但是，其温度比较低，应低于硫酸锌的分解温度，一般为939.85～979.85 ℃。焙烧温度对部分硫酸化焙烧矿质量的影响如表5所示。

1.3 2种焙烧方法的对比

火法炼锌要求通过氧化焙烧除去全部硫和绝大部分的铅、镉，从而得到以金属氧化物组成的多孔度的粒度比较粗的焙砂。如此可以强化还原熔炼蒸馏过程，产出比较纯的粗锌，提高粗锌精馏的直收率。湿法炼锌则要求硫酸盐化焙烧尽可能地使金属硫化物变成氧化物，得到粒度比较细的焙砂，并得到少量的硫酸盐，同时，使砷、锑氧化挥发除去，并尽可能少产出不溶于稀硫酸的铁酸盐。

2 锌精矿沸腾焙烧特点分析

在未经处理的硫化锌精矿中，铅元素主要以硫化铅的形式存在，而硅元素主要以石英的形式存在。经过高温焙烧后，硫化铅发生氧化还原反应，形成了氧化铅。如果锌精矿中的铅和硅含量过高，沸腾焙烧过程中产生的大量氧化铅与二氧化硅就会发生反应，生成熔点比较低的硅酸盐。这些低熔点硅酸盐熔化后会形成一种黏合剂，将产出的焙砂黏合在一起，大大降低了焙砂的产率。不仅如此，如果被黏合的焙砂过多，还会造成严重的烧结事故。在锌精矿沸腾焙烧的过程中，氧化铅、氧化锌在特定的温度和酸性气体的共同作用下，会与硅的氧化物发生反应，生成PbO·SiO2和ZnO·SiO2，这两者都会在冷却盘管的外侧形成一层致密物质，大大降低了沸腾炉中冷却盘管的散热效果，导致炉内温度过高，出现焙砂的黏稠度增大和焙烧炉排料口堵塞等问题。增大焙烧过程中的风料比有助于吹散炉内结块，降低黏结性；降低焙烧炉的温度，可以减少低熔点黏结物的熔融效应，减少焙砂被黏结的可能，预防烧结事故的发生。

在工业焙烧温度下，氧化锌的蒸气压非常小，几乎可以忽略不计，氧化铅的蒸气压则具有一定的数值。同时，锌、铅的硫化物的蒸气压都大于其氧化物的蒸气压，因此，可以采用高温焙烧来气化脱铅。提高焙烧温度可以降低焙砂中的铅含量。另外，降低过剩空气系数，设法使铅以硫化物而不是氧化物挥发，也可以提高脱铅率，但是，降低过剩空气系数会导致焙砂中残硫含量增加。熔融状态下的硅酸铅还可以与其他金属氧化物形成复杂的硅酸盐。对于湿法炼锌，入炉精矿的含铅量在1.5%以下，含硅量在2.5%以下；对于火法炼锌，硅酸盐的生成对其影响不大，无需过多要求。

锌精矿的粒度对沸腾炉的生产稳定运行影响非常大。锌精矿粒度越大，着火温度会随着升高，沸腾焙烧时反应速度则会下降，而且大颗粒精矿会造成局部堆积，影响沸腾效果甚至堵塞风帽。粒度偏细则会造成细颗粒锌精矿在烟气系统中燃烧，沸腾炉烟气出口的温度很高，导致大量的颗粒燃烧，使烟气系统出现黏结的情况。频繁的清理工作也大大降低了作业的连续性，影响了生产效率。

锌精矿氟元素含量主要影响冶炼烟气制酸，如果氟含量过高，会导致焙烧产生的烟气中氟含量增加。烟气中的氟元素危害性极大，它不仅会腐蚀制酸工艺设备中的瓷砖、瓷环等，还会严重破坏催化剂的载体，使催化剂粉化，增加转化器的阻力，降低转化效率，从而缩短设备的使用寿命。

3 沸腾焙烧技术未来的研究和发展方向

为了改善沸腾焙烧过程中产生的烟气质量，提高焙烧炉对高杂原料的处理能力，应研发新型的沸腾焙烧技术和装备，从根本上提升沸腾焙烧技术水平。总的来说，沸腾焙烧炉正在向大型化、采用富氧空气、扩大炉膛空间、利用余热和自动化控制等方向发展。

目前，沸腾焙烧工艺已经从利用空气焙烧发展到富氧焙烧，从单层焙烧发展到双层或者多层焙烧等。其中，富氧焙烧技术是在焙烧过程中通入氧气焙烧的一种方法，它与空气焙烧相比，具有以下优点：①氧气浓度高，可以适当降低焙烧温度；②焙砂质量好，金属回收率高；③大大提高了焙烧炉生产率，减小了烟气体积，提高了烟气二氧化硫的浓度；④工艺设备可实现小型化，减少投资。

砷、汞等物质所带来的污染问题严重困扰着我国众多锌冶炼企业，特别是当砷和汞同时存在于同一生产流程时，其处理更是难上加难。为此，在沸腾焙烧过程中，有害物质分离与处理的研究工作受到了人们的高度重视。双层焙烧技术是指焙烧炉内有2个沸腾层，一层在另一层之上，各层之间不是以炉栅隔开，而是在不同平面上送入空气，将沸腾层分开，在炉的下部送入足以使炉料沸腾的风量，在上部补送风量，使其形成涡流沸腾层。双层焙烧炉热效率比较高，而且上下两层可以采用完全不同的焙烧制度，这对砷、汞和其他有害杂质的去除有很大的帮助。焙烧炉的上层沸腾床运用低温缺氧焙烧技术，保证了砷元素和汞元素的快速挥发，而下层的沸腾床则运用高温过氧焙烧技术，这样有助于原料中硫元素的去除。将锌精矿中的有害杂质去除后，必须妥善处理产生的污染物，防止发生二次污染事件。

4 结论

为湿法炼锌或火法炼锌提供符合质量要求的焙砂半成品是锌精矿沸腾焙烧的首要目的，完成金属锌及其化合物的生产是其最终任务。本文简要研究和探析了锌精矿沸腾焙烧的工艺技术特点，以期帮助工艺技术管理人员分析和解决沸腾焙烧实际生产过程中可能发生的问题。这样，有利于炼锌企业优化沸腾焙烧的工艺技术指标，降低生产成本，提高生产效率，增加系统产能。

参考文献

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〔编辑：白洁〕