低品位氧化铅锌矿资源化利用的工业试验

2018-03-16陈志红赵新宏

中国有色冶金 2018年1期

朱军，陈志红,，赵新宏

(1.西安建筑科技大学冶金工程学院，陕西西安 710055, 2.陕西有色金属矿山公司, 陕西凤县 721707)

目前，我国已探明的铅锌矿产地有600 多处，探明储量约9 000万t，在已探明的储量中约有五分之一为氧化铅锌矿[1-5]。由于氧化铅锌矿是自然界风化的产物，矿物在开采和破碎时极易“泥化”，一般情况下选矿十分困难[6-7]。目前对氧化锌矿的处理大致分为两类[8]：一类是含锌10%左右的低品位铅锌矿和含锌15%～25%的中等品位氧化铅锌矿，这类矿石一般采用火法或火- 湿法联合的工艺进行处理；另一类是含锌大于25%的高品位氧化锌矿，这类矿石直接采用湿法工艺处理。

陕西有色金属矿山公司拥有Zn+Pb<10%的氧化矿约60万t，占公司矿产资源总量的5%左

右。目前这类矿石处理的主要工艺有：硫酸浸出得到硫酸锌溶液[9]；制得碱式碳酸锌，最终得到活性氧化锌或纳米氧化锌[10]。2013年公司关闭了冶炼厂的烧结系统，原有鼓风炉和烟化炉闲置。公司欲利用闲置的烟化炉进行生产，产出次级氧化锌粉外销或进行深加工。

1 试验原料与方法

1.1 试验原料

试验样品为公司的氧化铅锌矿，矿样的化学分析结果如表1。

表1 矿样的化学成分分析结果 %

由表1可知，该氧化锌矿锌品位不高，属低品位氧化锌矿，含铁量也较低；杂质中铅、硫和砷的含量虽不高，但要有效地去除这些杂质，需要控制好焙烧条件；矿石的四元碱度在1以上，属碱性矿物。

1.2 试验方法

对原烟化炉进行局部改造，以满足生产要求；拟采用全冷料工艺技术提取矿物中的铅锌。本试验对低品位氧化矿全冷料烟化生产氧化锌进行研究，

2 工艺流程及参数

2.1 工艺流程

氧化铅锌矿烟化处理工艺流程见图1。块状氧化铅锌矿由汽车运至冶炼厂卸到粗矿仓，用颚式破碎机破碎至20 mm，粒度小于20 mm通过振动筛，用斗式提升机送至细矿仓。通过配料装置控制，氧化铅锌矿和熔剂等用皮带运输机从烟化炉冷料口加入。烟煤用球磨机磨碎至200目以下(占85%)，通过管道送至粉煤仓储存，然后用风机送入烟化炉内。烟化炉的水套均采用软化水，防止结垢。氧化铅锌矿经过一定时间的吹炼后，熔渣通过渣口放出，水淬后直接外销。烟气通过水冷收尘、表冷收尘和脉冲收尘排空。因矿石中含有Pb等重金属，所以水冷和表冷收集的烟尘颗粒较粗和较重，经过沉积，外卖给冶炼厂作为生产原料。脉冲收集到的烟尘含氧化锌较高，颗粒较细，可用作生产高级氧化锌的原料。

图1 氧化铅锌矿烟化处理工艺流程图

2.2 工艺参数

(1)作业温度：1 100～1 200 ℃

(2)作业周期：240 min/炉

(3)空气利用系数α：加热期0.75～1.0，还原期0.55～0.7

(4)燃料率：25%～35%

(5)风压：0.04～0.07 MPa；风量：14 000～16 000 m3/h

(6)风比：一次风∶二次风=4∶6～3∶7

(7)燃烧风煤比：0.7～0.9

(8)一次风压：60 000～70 000 Pa

(9)二次风压：85 000～125 000 Pa

(10)三次风口负压：-30～-80 Pa

(11)每炉生产时间：进料40 min，吹炼180 min，放渣20 min

(12)弃渣含锌≤1.2%

3 全冷料生产特殊工况研究

全冷料入炉风量风压与热料吹炼有较大差别，由于大量冷料入炉熔化，需要强的氧化气氛和一定的时间，工况有其特殊性。

3.1 烟化温度

烟化温度对锌金属挥发率的影响如图2 。

图2 烟化温度对锌挥发率的影响

在其它条件一定时，铅锌的挥发速度随着温度的升高而增大。但温度过高(如超过1 350 ℃)，可能会形成积铁或Zn- Fe、Sn- Fe合金，增加操作难度，不利于烟化作业。温度过低，金属氧化物的还原速度变慢，挥发速度降低，炉渣流动性变坏，排渣困难，甚至有结炉的危险。生产实践中，烟化炉温度控制在1 200～1 300 ℃较为适宜。

3.2 风量风压

送风量的大小决定着燃料消耗和过剩空气利用系数α值。在全冷料投入的情况下，风量过大会使固态物料大量进入收尘系统，降低烟尘质量，影响生产的经济性；但风量过小会降低吹炼强度。烟化过程中，风量表现为先高后低(见图3)，风压表现为先低后高。

图3 烟化过程风量变化

块状冷料入炉熔化的过程中，空气和粉煤进入炉内，多呈细粒状翻腾，在此状态下，鼓入的空气在炉内穿透性极好，风压与加料前相比变化不大，随着氧化矿和熔剂逐步熔化，熔渣层厚度增加，炉内阻力上升，风压逐步增高，风量则呈下降趋势。此时是区分熔化段与还原段的最好时机。

3.3 鼓风强度

由于烟化过程的还原剂主要是CO，因此影响挥发速度最主要的因素是鼓风强度，因为炉温、CO/CO2、气体量和金属蒸气压等都与鼓风强度有关，而鼓风强度的大小又决定燃料消耗和α值，α值越大，CO2分压越高，则炉温越高，生产效率越高；反之，α值越小，CO分压增大，则炉内还原能力增强，锌蒸气的分压也升高，即挥发速度加快。通常烟化过程开始α值接近1，使碳几乎全部燃烧成CO2，以提高熔渣温度，转入还原期后，调整α值为0.62～0.65时，锌的挥发率可达86.7%，生产率能达到14 t/(m2·d)。图4为鼓风强度对生产率的影响。

图4 鼓风强度对生产率的影响

3.4 给煤频率

全冷料生产需要高温强氧化气氛快速熔化矿石。因此，给煤量在进料和提温阶段是高低交替的，见图5。

在加料阶段，矿石量小，因此给煤频率较小；加料完成后进入提温吹炼阶段，为尽快将矿石熔化，给煤频率逐渐增大；随着吹炼时间的延长，熔渣中的铅锌含量逐渐减少，因此到后期给煤频率逐渐变小。

4 结论

对工业试生产过程及工艺参数进行了总结，对全冷料生产特殊工况的烟化温度、风量风压、鼓风强度和给煤频率进行了研究，为后期生产提供技术支撑。在烟化炉温度1 200～1 300 ℃、烟化时间240 min、鼓风强度28 m3/(m2·min)等条件下，弃渣平均含Zn 1.15%、Pb 0.13%，铅锌的挥发率较高。要进一步降低煤耗，还需对烟化炉进一步优化，加强烟化炉的操作，或采取氧化矿干燥预热处理等措施。