高温挥发法处理难选低品位氧化锌矿★

韦响，何启贤，覃永奔

（1.广西现代职业技术学院资源工程系，广西河池547000；2.贵州大学材料与冶金学院，贵州贵阳550000）

高温挥发法处理难选低品位氧化锌矿★

韦响1，2，何启贤1，覃永奔1

（1.广西现代职业技术学院资源工程系，广西河池547000；2.贵州大学材料与冶金学院，贵州贵阳550000）

研究采用高温挥发法处理难选低品位氧化锌矿，还原挥发回收其中的锌。研究使用氧化气氛高温电炉对由矿物与焦粉、煤粉组成的试验物料进行处理。着重考察煤矿与焦矿质量比、反应温度、反应时间对锌挥发率的影响。研究结果表明：选用烟煤作为还原剂，煤矿质量比1∶2，反应温度1 200℃，反应时间40m in时，锌可达到挥发率85.3%。此法处理工艺简单，锌挥发率高，回收利用经济效益好，具有实用可行性。

高温挥发法低品位氧化锌矿锌回收

低品位含锌物料是指含锌质量百分数低于15%的固体物料。广西河池某氧化锌矿，高硅高铁、成分复杂，选矿处理效率低，在实践中难以得到利用。研究从此低品位氧化锌矿中富集锌，对锌冶金企业调整原料结构，提高矿产资源的综合利用和经济效益，有着非常重要的现实意义。考虑到低品位氧化锌矿的复杂性，本试验采用高温还原挥发法从低品位氧化锌矿中富集锌[1-6]，对煤矿比、焦矿比、反应温度、反应时间进行针对性的优化，考察其可行性。

1 试验部分

1.1 试验原料

试验用低品位氧化锌矿主要成分为异极矿，伴有少量的水锌矿、铅锌矿，主要成分见表1。

表1 低品位氧化锌矿化学成分表%

还原剂采用普通烟煤及碎焦，主要成分见表2。

表2 还原剂成分（质量分数）表%

1.2 试验仪器与设备

试验仪器有ICP-G300电感耦合等离子体发射光谱仪，SJCLY-300Y型微机一体测硫仪，FA2004电子天平，SD101-2电热鼓风干燥箱，SXID-V120-13A气氛数显箱式电炉。

1.3 试验方法

为去除原料中的水分，每次试验前对矿样和还原剂进行干燥[7]。将干燥后的矿样100 g与一定质量的还原剂（粒度20目以下）混合均匀，放入500mL的方形刚玉坩埚，投入电阻炉中电炉加热到一定温度并保温还原挥发一段时间。考察煤矿及焦矿质量比、反应温度、保温时间对锌矿中锌挥发率的影响，确定最优工艺条件。

2 试验原理

低品位氧化锌矿中锌主要以氧化锌、铁酸锌、硅酸锌和少量硫化锌等形式存在。在高温和还原剂中C、CO的作用下，矿物中的锌被还原挥发出来，锌蒸气在空气中又氧化生氧化锌。氧化锌、铁酸锌和硅酸锌在高温炉内温度1 000℃以上时分别发生如下反应[8]：

矿物中含有氧化钙，可促进硅酸锌的还原：

矿物中少量的硫化锌会与氧化钙和还原产生的金属铁发生如下反应：

矿物中存在的氧化锌、铁酸锌、硅酸锌和少量硫化锌在高温条件下都可以被还原，锌以气体状态挥发出来，在氧化性气氛条件下生成氧化锌烟尘，收集回收可以作为锌冶金原料。

3 结果与讨论

3.1 煤矿与焦矿质量比对锌挥发率的影响

控制炉内温度1 000℃，反应时间40min，进行试验。煤矿与焦矿质量比对低品位氧化锌矿中锌挥发率的影响结果如图1所示。

图1 煤矿与焦矿质量比对锌挥发率的影响

从图1看出：使用烟煤和焦炭作还原剂时，同等试验条件下，锌挥发率相差不大。煤矿与焦矿质量比不断升高，锌的挥发率随煤矿与焦矿质量比的增大而升高。煤矿与焦矿质量比过低，物料含C量过低，炉内还原气氛较差，还原挥发反应不完全，挥发率较低；当煤矿与焦矿质量比增加到2∶4，锌挥发率大幅升高；煤矿与焦矿质量比大于1∶2后，锌挥发率升高趋于平缓。物料中烟煤和焦炭主要起还原剂和疏松物料的作用[9-10]，煤矿与焦矿质量比过高，物料质量大，透气性差，不利于反应生成的气体扩散，过量的剩余烟煤和碎焦随渣排出，造成原料成本提高。综合考虑，选用烟煤作为还原剂，选取最佳煤矿质量比1∶2。

3.2 温度对锌挥发率的影响

煤矿质量比1∶2，反应时间40min，不同温度进行试验。温度对低品位氧化锌矿中锌挥发率的影响结果如图2所示。

图2 温度对锌挥发率的影响

由图2看出：温度较低时，锌挥发率较低。温度由1 000℃升高至1 200℃时，由于低品位氧化锌矿中的铁酸锌和硅酸锌在高温下分解转化成ZnO，且与还原剂反应，锌挥发率随温度升高而增大，升高温度对锌还原挥发有利[11]；温度高于1 200℃后，锌挥发率有减小的趋势，这是由于温度过高，反应生成的FeO可能会被还原形成积铁和Fe-Zn合金，影响锌的挥发，造成锌挥发率下降。因此，温度应控制在1 300℃以下。温度1 200℃，锌挥发率为85.3%，所以选取最佳温度为1 200℃。

3.3 高温时间对锌挥发率的影响

煤矿质量比1∶2，炉内温度1 200℃，不同反应时间进行试验。高温时间对低品位氧化锌矿中锌挥发率的影响结果如图3所示。

图3 高温时间对锌挥发率的影响

由图3看出：高温还原挥发时间越长，反应越充分，锌挥发率越高。但40min以后锌挥发率升高不大，高温时间越长，虽然可以升高一定挥发率但能耗也会越大，经济效益下降。综合考虑，选取最佳反应时间40min，锌挥发率为85.3%。

4 结论

1）高温挥发法处理低品位氧化锌矿能较好的回收矿物中的锌，锌回收利用率较高。

2）处理工艺涉及煤矿质量比、反应温度和反应时间三大主要参数。试验证明：当煤矿质量比1∶2，反应温度1 200℃，反应时间40min时，锌挥发率85.3%，工艺最优。

3）高温挥发法处理难选低品位氧化锌矿，工艺简单，锌挥发率高，经济效益好，具有实用可行性。

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（编辑：苗运平）

Treatment of Refractory Low-grade Zinc Oxide Ore by Hightem perature Volatilization

WEIXiang1,2,HE Qixian1,QIN Yongbeng1
（1.Departm ent of Resource Engineering,GuangxiM odern Polytechnic College,Hechi Guangxi 547000;2.College of M aterials and M etallurgy,Guizhou University,Guiyang Guizhou 550000）

In this paper,high-temperature volatilization method is used to treat refractory low-grade zinc oxide ore, and the zinc is recovered by volatilization.By use of oxidizing atmosphere high-temperature electric furnace,the test material with mineral,coke powder and coal powder is processed.The effects of mass ratio of coal and coke ore, reaction temperature and reaction time on zinc volatilization are investigated.The results show that the volatilization rate of zinc is 85.3%when the bituminous coal is used as reductant,the coal mass ratio is 1:2,the reaction temperature is 1 200℃and reaction time is 40 min.Thismethod is simple in process,high in zinc volatilization rate, good in economic efficiency of recycling,which is practical and feasible.

high temperature volatilization,low grade zinc oxide ore,zinc recovery

TD952.5

A

1672-1152（2017）02-0003-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.02.02

2017-02-25

2014年度广西高校科学技术研究项目（低品位含锌物料处理工艺的优化研究，YB2014559）

韦响（1983—），男，广西河池人大学本科，高校讲师，东北大学冶金工程专业毕业，研究方向为冶金工程。