一段焙烧回收铅锌浮选尾矿中的铁和硫

陈伟军

（广东中金岭南环保工程有限公司，广东 韶关 512000）

国内某大型铅锌矿经过多年的开采与生产产生了大量的尾矿，尾矿产生量由由投产初期的20万t/年增加到目前的70万t/年，30多年来共产生尾矿约1000余万t，除部分用于井下充填外，其它均堆存于尾矿库。尾矿库运行多年，不仅造成严重的环境污染问题，且由于储量大，尾矿库占用大量土地资源，且面临溃坝的风险，给周边居民生命财产安全带来巨大的隐患。经过尾矿资源调查结果显示，凡口铅锌矿锌尾溢流尾矿中Fe含量约18%～25%、S含量约20%～26%，两者含量接近尾矿的50%，若将其回收利用，不仅能缓解尾矿堆积造成的环境污染，还能变废为宝，产生一定经济效益。本研究通过全面分析尾矿资源特性解析有价元素的赋存状态、物相种类、含量及分布等因素，确定了“磁化焙烧-磁选-尾气制酸”的工艺路线，以达到综合回收利用铅锌浮选尾矿中铁和硫的目的。

现有火法回收硫铁的工艺多为两焙烧，即一段脱硫，二段还原磁化焙烧，工艺复杂，成本高昂。为简化工艺流程，降低生产成本，本研究针对一段焙烧，同步脱硫磁化焙烧开展了试验[1]。

1 分析化验方法

（1）烟气中二氧化硫的测定：碘量法测定焙烧尾气中的二氧化硫浓度。

（2）焙烧熟料磁性测定：本次试验采用XCGS型磁选管，采用“高磁场粗选-低磁场精选”的工艺流程来测定焙烧熟料磁性物质的含量，以判定一段磁化焙烧的效果。

（3）物料中Fe含量的测定：EDTA滴定法测定原料及熟料中Fe的含量。

2 一段焙烧条件优化试验研究

通过S、Fe回收理论分析及前期小试试验研究可知，通过焙烧工艺条件的优化，可实现一段焙烧回收铅锌尾矿中的S、Fe资源。项目组在现场开展了中试试验，研究了不同焙烧条件对S、Fe一段焙烧回收的影响。

2.1 焙烧温度对铅锌尾矿S、Fe回收率的影响

表1为不同焙烧温度对铅锌尾矿S、Fe回收率的影响，由表可知，在填充率为7%，停留时间30min，气料比为3.11L/g时，在焙烧温度区间为600℃～900℃的条件下，烟气中SO2浓度均大于6%，说明烟气焙烧浓度完全满足制备硫酸的要求。而焙烧温度对Fe磁选回收率影响较大，焙烧温度为600℃时，精矿Fe的回收率仅为7%，精矿产率仅为3.5%，而结合表1可知，烧渣有效S含量仅为2.2%，说明在低温条件下，回转窑内负压较高，硫、铁相对较易被氧化，分别形成SO2及三价Fe，导致烧渣磁选精矿产率低，Fe回收率低。焙烧温度升高至750℃时，Fe回收率升高至92%，当焙烧温度为800℃时，回收率降低至72%。焙烧温度对精矿Fe品位影响较小，但焙烧温度达到900℃时，Fe回收率达到87.2%，精矿产率达到55.6%，但精矿Fe品位仅为38.3%，说明温度过高时，Fe与其它元素相互结合，形成了磁性较强的物质，提高了精矿产率，但由于Fe与其它元素的结合，导致精矿产品Fe品位较低。由温度试验结果可知，焙烧温度为700℃～750℃时，有利于Fe的磁选回收[2]。

2.2 气料比对铅锌尾矿S、Fe回收率的影响

表2是不同给气量对有效S回收的影响，由表可以看出，当焙烧温度为600℃、填充率7%、停留时间30min的条件下，随着气料比的增加，烧渣中有效S降低，有效S回收率升高。当气料比达到2.89L/g时，有效S回收率达到91.1%。进一步提高气料比达到3.33L/g时，烧渣中仍有1.7%的有效S，因此仅靠提高给气料比，无法进一步提高有效S的回收率。

另外，由表可以看出，虽然气料比不同，但是烟气中SO2浓度均高于6%，满足制酸要求。同时，由表中还可以看出，在气料比为3.11L/g时，铁精矿产率较低，仅为3.5%，因此Fe的回收率仅为7.3%。降低气料比至2.89L/g时，精矿产率升高至24.1%，而进一步降低给气量时[3]，精矿产率改变不大，而空气量的下降将导致有效S回收率的降低。因此，最佳气料比应低于3.11L/g，高于2.89L/g。

表2 气料比对铅锌尾矿S、Fe回收率的影响（t=30min，T=600℃，90kg/h，3000GS+500GS）

表3 填充率对铅锌尾矿S、Fe回收率的影响 （t=30 min，T=750℃，3000GS+500GS）

2.3 填充率对铅锌尾矿S、Fe回收率的影响

填充率是回转窑设计的重要参数，主要与窑管内径、停留时间及给料速度等参数有关，而填充率的大小直接影响物料与空气接触效率，从而影响有效S回收率及Fe的氧化率。表3为不同填充率对矿泥有效S回收率的影响，由表可见，焙烧温度、转速及给气量一定时，当填充率达到9.52%时，焙烧烧渣中有效S含量高达6.7%，烟气二氧化硫浓度仅为3.97%。相同焙烧条件下，当填充率为9.52%时，烟气二氧化硫浓度可达6.24%。

给料速度决定了填充率大小，当填充率过低时，给料速度较小，从而导致回转窑处理量降低，导致硫总量降低，在气量不变的条件下，二氧化硫浓度也进而降低。

此外，根据《化工回转窑设计规定》可知，回转窑常用填充率为5%～15%，因此回转窑填充率不宜选择3.57%。当填充率为7.14%时，烟气二氧化硫浓度可达6.15%。此外，从表中还可看出，精矿Fe品位随填充率的增加而升高。在填充率为9.52%时，精矿Fe品位可达55.02%，精矿产率仅为33.8%，且Fe回收率仅为80.3%，说明高填充率时，尾矿中有效S、Fe并未被完全氧化，仍多以硫铁存在，被氧化的Fe多以Fe3O4存在，因此Fe的回收率较低，当填充率为7.14%时，精矿Fe品位可达55.59%，精矿产率达到49.74%，Fe的回收率也提升至92%，因此，综合考虑以上因素，最佳填充率选择7.14%。。

通过铅锌尾矿一段焙烧试验表明，焙烧温度750℃，给料量为90kg/h，给气量为280m3/h时，窑内填充率为7.14%的条件下，烟气中SO2浓度能满足制酸标准，焙烧熟料经磁选回收可得到Fe品位大于55%的铁精矿产品[4]。