铅锌冶炼渣综合回收利用研究

王光辉　王海北　张帆　刘贵清

摘 要：我国铅锌冶炼企业每年产生大量的铅锌冶炼渣。这些废渣既是一种危险废物，又是一种重要的二次资源。对铅锌冶炼废渣，提出磁化焙烧—弱磁选的工艺方案，该技术方案具有生产效率高、资源利用率高、节能环保等优点。不仅能有效回收铅锌冶炼渣中的有价金属，而且又实现了铅锌冶炼渣的无害化处理。

关键词：铅锌冶炼渣；磁化焙烧；弱磁选；无害化处理

中图分类号：X756 文献标识码：A 文章编号：2095-7394（2017）02-0007-06

近10几年来，世界铅、锌精矿和铅、锌生产量的增量主要来自中国。中国已经成为名副其实的世界铅、锌生产加工国，2016年，我国铅锌产量达到1 094万t。[1-2]与此同时，大量废渣的排放带来的有价金属损失及给周围居民带来的环境问题日益突出。据统计，铅冶炼系统每生产万吨铅排放7 100t废渣，每生产万吨锌排放9 600t渣，渣场堆积成山，数量过亿吨，为此，铅锌冶炼废渣的资源化及无害化处理是铅锌行业未来可持续发展的必由之路。[3-4]

铅锌冶炼渣的综合利用技术主要包括火法、湿法以及选冶联合的方法。火法处理主要有回转窑法即威尔兹法、烟化法、奥斯麦特法、基夫赛特法、旋涡炉等方法[5-6]；湿法处理采用酸或碱性浸出方式，回收其中的有价金属。田万东[7]验证了用铅锌冶炼渣代替钢屑混合加料生产硅酸钡铝合金的可行性；闫亚楠等人[8]以毕节赫章炼锌尾渣为主要原料制备的免烧普通砖和砌块28d抗压强度可达到15MPa以上；陈永明等[9]提出了先碱浸分解铁矾渣，再选择性酸浸Zn 和In的全湿法工艺。薛佩毅[10]提出焙烧—浸出黄钾铁矾渣中多种有价金属。梁彦杰，柴立元[11]等提出选冶联合工艺处理冶炼渣，采用水热硫化法处理含锌中和污泥，再通过浮选回收人造硫化矿使重金属得到回收。

1 铅锌冶炼渣工艺矿物学研究

1.1 物料来源及化学组成

本课题实验原料来自某铅锌冶炼厂的铅鼓风炉熔炼后的水淬渣。其中铁、铅、锌含量见表1，随后对冶炼渣磨矿处理，其粒度如图1所示：铅锌冶炼渣粒度98%达到200目。

1.2 铅锌冶炼渣的矿物组成

铅锌冶炼渣中主要含有铁氧化物，铅锌氧化物以及硅酸盐等。为达到综合利用的效果，对铅锌冶炼渣原料中铁进行了物相分析，分析结果如表2所示。

由表2可知，铅锌冶炼渣中铁主要是由强磁性的金属Fe、磁性铁以及弱磁性的赤褐铁矿组成，其中弱磁性褐铁矿含铁约占全铁的66.30%。

通过扫描电镜分析（图2）和铁物相分析，可以看出：铅锌冶炼渣中铁分布比较分散，与硅酸盐相互包裹，分布不集中，造成选矿困难，由此可知，欲将赤褐铁矿中的铁回收，必须将其与硅打开，只有这样，才能回收铁精矿，否则，会造成铁精矿品位不高，铁精矿无法利用的局面。铅分布相对比较集中，锌主要与铁和硅酸盐包裹较多。

1.3 实验试剂及设备

煤粉：无烟煤（C含量为75%）；DTCXG-ZN50型磁选管；XCSQ型湿式强磁选机；管式炉：贝意克BTF-1500℃管式炉。

2 磁化焙烧原理

还原焙烧原理就是利用煤粉与铅锌冶炼渣发生还原反应。最终使褐铁矿还原反应生成四氧化三铁，并使渣中的铅锌等金属化合物被还原成金属的过程。由于Zn、Pb、PbO的蒸汽压较大，因此，Zn、Pb、PbO以气态挥发。气相中的铅锌随炉气上升到炉子的上部空间或烟道系统，遇到CO2和吸入的空气再度被氧化为ZnO和PbO，最终以氧化物的形式被捕集到烟尘中。还原过程的主要反应如下：

根据热力学计算，Fe2O3被还原成Fe3O4和FeO是不可避免的，但是他们进一步被还原则需要相当强的还原气氛，因此，在磁化焙烧过程中被还原成金属铁的可能性很小，即使局部被还原成铁，也会按照下个方程式被氧化：

只有随着氧化锌的逐步降低，渣锌含量小于3%的情况下，才有可能被还原成金属铁。

3 结果与讨论

3.1 温度对还原焙烧的影响

固定条件如下：煤粉加入量：15%；焙烧时间：60min；磁场强度：140mT

表3可知，温度对还原焙烧影响很大，当温度在950℃时，铁精矿品位仅为28.28%，回收率為69.15%，当温度提高到1 100℃时，精矿铁品位提高到58.82%，精矿品位提高了2倍；同时，铅挥发率达到74.72%，锌挥发率为96.30%，铁回收率达到89.89%。主要原因是由于温度提高到1 050～

1 100℃，增强了煤粉的活性，使煤粉与铅锌冶炼渣反应能够快速进行；另外，管式炉能够保持很好的还原气氛，所以能够促使还原反应顺利进行。

3.2 保温时间对还原焙烧的影响

本组固定条件如下：煤粉加入量：15%；焙烧温度：1 100℃；磁场强度：140mT。

由表4所示：铅锌冶炼渣与煤粉的还原反应能够快速进行，在较短时间内就能完成。铅锌冶炼渣中铁精矿品位在还原反应40min后达到最大，精矿中铁品位达到64.69%，铅挥发率达到66.67%，锌挥发率达到97.08%。延长时间反而造成精矿中铁品位的下降，主要因为随着保温时间延长，可能造成铁重新被氧化，从而造成精矿中铁品位的下降。

3.3 煤粉加入量对还原焙烧的影响

本组条件固定如下：保温时间：40min；焙烧温度：1 100℃；磁场强度：140mT。

由表5可知：铁精矿品位随着煤粉加入量增加，精矿品位也有所增加，但增加幅度不大，煤粉加入量10%时，精矿铁品位为57.96%，铁回收率达到91.03%；当煤粉加入量为15%时，精矿铁品位为64.69%，铁回收率达到92.76%，同时，铅挥发率66.67%，锌挥发率达到97.08%，铅锌可以通过烟尘回收，达到了综合利用铅锌冶炼渣的目的。

3.4 综合条件实验

通过对温度、保温时间和煤粉加入量的探索试验，确定了最佳试验条件。

温度：1 100℃；保温时间：40min；煤粉加入量：15%；磁场强度：140mT

并对综合条件重新进行验证，结果如表6所示。

由表6可知：在综合条件下，铁精矿品位在62.15%～63.24%，精矿铁回收率在92.41%～95.55%，铅挥发率67.54%～69.14%，锌挥发率93.95%～95.47%。

并对铅锌冶炼渣磁选精矿进行XRD分析，如图3所示。

由铁精矿XRD图可知，铁精矿中主要还是金属铁，还含有少量铅和硅酸盐。这说明在焙烧过程中，由于还原气氛较强，赤褐铁矿被还原为金属铁。这主要由于在高温下，铁的价态及其不稳定；另外，由于较强的还原气氛，铅65%以上挥发，锌97%以上都得到挥发，四氧化三铁向着更稳定的金属铁方向转化。

4 结论

（1）通过对铅锌冶炼渣的工艺矿物学分析：铅锌冶炼渣中主要含有铁氧化物，铅锌氧化物以及硅酸盐；铁主要是由强磁性的金属Fe、磁性铁以及弱磁性的赤褐铁矿组成，其中弱磁性褐铁矿含铁约占全铁的66.30%。

（2）通过管式炉对铅冶炼渣进行还原焙烧试验，由于管式炉能保持较好还原气氛，赤褐铁矿得到充分还原，在最佳条件下铁精矿品位在62.15%～63.24%，精矿铁回收率在92.41%～95.55%，铅挥发率67.54%～69.14%，锌挥发率93.95%～95.47%。

参考文献：

[1] 王成彦，陈永强.中国铅锌冶金技术状况及发展趋势：铅冶金[J].有色金属科学与工程，2016，7（6）：1-7.

[2] 国家统计局.2016我国铜铅锌铝产量稳定增长[EB/OL].（2017-01-23）[2017-02-21].http：//data.stats.gov.cn/.2017.

[3] 蒋继穆.我国铅锌冶炼现状与持续发展[J].中国有色金属学报，2004，14（s1）：52-62.

[4] 候晓波.铅锌冶炼渣处理的系统分析及研究[J].云南冶金，2011，40（3）：42-46.

[5] 彭容秋，任鸿九，张训鹏.铅锌冶金学[M].北京：科学出版社，2003.

[6] Abdel-latif，M.A.Fundamentals of zinc recovery from metallurgical wastes in the Enviroplas process[J]. Minerals Engineering，2002，15（11）：945-952.

[7] 田万东.用铅锌渣代替钢屑冶炼硅钙钡铝合金试验[J].铁合金，2011（1）：22—24.

[8] 闫亚楠，晏拥华，贺深阳.利用炼锌尾渣生产新型墙体材料性能研究[J].砖瓦，2013（1）：13—15.

[9] 陈永明，唐谟堂，杨声海.NaOH 分解含铟铁矾渣新工艺[J].中国有色金属学报，2009，19（7）：1 322—1 331.

[10] 薛佩毅，巨少华，张亦飞，等.焙烧—浸出黄钾铁矾渣中多种有价金属[J].过程工程学报，2011，11（1）：56-59.

[11] Liang Y J， Chai L Y，Liu H， et al.Hydrothermal sulfidation of zinc-containing neutralization sludge for zinc recovery and stabilization [J].Minerals Engineering，2012，25（1）：14-19.

Comprehensive Recycling Research on the Lead -zinc Smelting Slag

WANG Guang-hui， WANG Hai-bei，ZHANG Fan，LIU Gui-qing

（Xuzhou Bgrimm Metal Recycling Institute，Xuzhou 221006，China）

Abstract： Lead and zinc smelting slag，a kind of hazardous solid waste，is produced in the process of lead and zinc smelting，which has become important resource.magnetization roasting - weak magnetic separation technology is put forward in this paper， which has following advantages：high production eficiency，hish resource utilization，energy conservation，environment protection and so on.The valuable metal in lead and zinc smelting slag can be recycled efectively，and the harmless treatment of lead and zinc smelting slag is realized too.

Key words： lead and zinc smelting slag； magnetization roasting； weak magnetic separation； harmless treatment

責任编辑 张志钊