高温还原挥发法处理氧化铅锌矿的试验研究

孙明生

（1.巴彦淖尔紫金有色金属有限公司，内蒙古 巴彦淖尔 015543；2.河套学院理学系，内蒙古 巴彦淖尔 015000）

氧化铅锌矿石的处理一直是一个难题。目前，氧化铅锌矿的处理方法主要是浮选法和冶金法。国内某企业的矿山厂地表砂矿和坑内脉矿为性质复杂、高度氧化的难选氧化铅锌矿石，以碳酸盐和硅酸盐为主，常规的选矿方法很难处理该类型矿石[1-5]。

根据该氧化铅锌矿含碳酸盐较多的特点，本试验采用高温还原挥发法从该氧化铅锌矿中挥发、回收铅和锌，对矿石粒度、无烟煤用量、还原温度、反应时间等因素进行考察，得到最佳工艺条件。

1 试验部分

1.1　试验原料

试验原料为国内某企业寄来的氧化铅锌矿，矿样中Pb、Zn含量分别为2.04%和30.35%，二氧化硅含量为7.09%，SiO2/（CaO+MgO）约为0.70，还含有少量的铝和铁，其余杂质含量均较低。主要成分如表1所示。

还原剂采用无烟煤，其主要成分如表2所示。

1.2　试验方法

高温还原挥发试验在马弗炉中进行。先将矿样与无烟煤混合均匀，放入方形刚玉坩埚中，然后将坩埚放入马弗炉中加热到一定温度并保温，还原挥发一定时间后，取出烧渣样品自然冷却，对渣中化学成分进行分析，计算主要元素的还原挥发率。

表1　氧化铅锌矿化学成分

表2　无烟煤工业成分分析

2　试验原理

铅锌矿中的铅和锌主要以碳酸盐形态存在，由于矿物中还含有一定量的硅，因此少量铅和锌以硅酸盐形态存在，在还原挥发过程中主要发生如下反应：

矿物中含有氧化钙，可促进硅酸锌的还原：

铅和锌被还原后以气体状态挥发出来，在氧化性气氛条件下生成氧化锌和氧化铅烟尘，收集回收后作为铅锌冶炼的原料。

3　结果与讨论

3.1　矿石粒度对铅锌挥发率的影响

控制还原温度为1 250℃，高温还原时间为2 h，无烟煤量/矿量为15%条件下，分别考察矿石粒度为≤5 mm、≤3 mm、≤1 mm、≤0.2 mm、≤0.1 mm条件下对铅锌挥发率的影响。试验结果如图1所示。

图1　矿石粒度对挥发率的影响

由试验结果可以看出，随着矿石粒度的减小，铅锌的挥发率均逐步升高，当矿石粒度小于0.2 mm时，锌和铅的挥发率均达到99%。为了提高锌和铅的回收率，可适当降低矿石粒度，但矿石粒度越小，磨矿成本越高，因此在生产中需要综合考虑，本试验中选最佳粒度为小于0.2 mm。

3.2　还原剂用量对铅锌挥发率的影响

采用无烟煤作为还原剂，其主要作用是提供还原气氛，同时还起到疏松物料的作用，防止物料板结，影响挥发效果。矿石粒度≤0.2 mm，控制还原温度为1 250℃，高温还原时间为2 h，考察了还原剂量为矿量5%～30%范围内对还原挥发效果的影响。试验结果如图2所示。

图2　还原剂用量对铅锌挥发率的影响

试验结果表明，还原剂量/矿石量超过10%后，锌和铅的挥发率均达到99%，说明该氧化铅锌矿还原挥发所需无烟煤用量较小。其主要原因可能是该氧化铅锌矿绝大部分为碳酸盐矿物，反应过程中碳酸盐所分解产生的CO2可以与加入的无烟煤反应，生成CO，形成了部分还原剂，使得还原反应所需C量减少，从而降低了还原剂用量。

3.3　还原温度对铅锌挥发率的影响

矿石粒度≤0.2 mm，无烟煤/矿为10%，反应时间为2 h，在还原温度为1 150℃、1 200℃、1 250℃、1 300℃条件下进行试验，考察还原温度对锌和铅的挥发率的影响。试验结果如图3所示。

图3　还原温度对铅锌挥发率的影响

从试验结果可以看出，在试验所选择的温度范围内（1 150～1 300℃），Zn的挥发效果都较好，挥发率均超过99%，而铅挥发率随温度升高上升明显，在温度1 150℃时挥发率只有87.22%，当温度升高到1 250℃时挥发率达到99.64%，再提高温度，虽然铅的挥发率略有提高，但温度越高，能耗越大，经济效益下降，因此挥发温度为1 250℃即可。

3.4　还原时间对铅锌挥发率的影响

矿石粒度≤0.2 mm，无烟煤量/矿量为10%，还原温度升高到1 200℃后，考察高温段反应时间对铅锌挥发率的影响。试验结果如图4所示。

从试验结果可以看出，还原挥发时间为1 h，挥发率即可达到99%，表明该铅锌矿中的锌较易挥发，反应很快。而反应时间对铅挥发影响较明显，随着反应时间从1 h延长至2 h，铅挥发率从84.75%上升至99.84%，继续延长反应时间，铅的挥发率增加不明显。反应时间越长，能耗越高，因此将反应时间控制在1.75 h即可。

图4　还原时间对铅锌挥发率的影响

4　结论

高温还原挥发法适于处理该类型的氧化铅锌矿，锌和铅的挥发率均较高。通过条件试验，笔者确定了该氧化铅锌矿还原挥发的最佳工艺条件，在无烟煤量/矿量为10%，还原温度1 250℃，还原时间1.75 h条件下，铅锌挥发率分别达到99.8%和99.6%，挥发效果良好。在生产中，企业可采用回转窑对该类型氧化铅锌矿进行处理，该工艺具有实用可行性。