熔化-烟化法处理铅银渣中锌的挥发行为的研究

苏瑞娟

（甘肃有色冶金职业技术学院，甘肃 金昌 737100）

0 引言

金属锌[1]是一种极为重要的重金属，目前，国内提取金属锌主要以湿法为主。传统火法炼锌的设备自动化程度较低，会造成严重污染。而湿法炼锌的设备自动化程度高，污染相对较小，但依然会产生渣。由于湿法炼锌工艺常采用高温高酸[2]浸出，产生的渣为铅银渣，里面含有多种可以再次回收利用的有价金属。因此，合理有效地回收铅银渣中的有价金属迫在眉睫。合理回收铅银渣不仅可以产生经济效应[3]，而且可以带来环境效益。合理有效地利用好铅银渣，可以起到保护环境的作用。目前，我国主要回收铅银渣的方法，可以分为传统技术和新兴技术。传统技术以火法为主，包括浮选法[4]、回转窑挥发法、配入铅冶炼系统（QSL 炼铅法、基夫赛特炼铅法、SKS 炼铅法）固化稳定法、还原造锍熔炼处理和热处理技术等，新兴技术很少得到推广。

1 实验部分

1.1 实验原料

实验原料包括铅银渣、煤粉和石灰石（CaO）。

1.2 实验步骤

先将大块的铅锌渣加工成小的碎块，将小块的铅锌渣均匀散布至蒸发皿底部，置于恒温干燥箱内，设定温度为100 ℃，干燥10 h 后进行破碎。称取铅锌渣、碳粉和石灰，并搅拌混合均匀。将搅拌混合均匀的铅银渣进行压片，制得的样品放至坩埚内，在马弗炉中进行化学反应。

2 结果与分析

2.1 铅银渣微观物理形貌分析

铅银渣在1 000 倍高等倍率下的扫描电镜图如图1 所示。

图1 铅银渣扫描电镜图

由图1 可知，铅银渣形貌呈不规则微细粒状或形成晶粒状集合体。部分矿物嵌布粒度较细分散在脉石基体中，嵌布粒度在300 μm 之间，与脉石嵌布关系密切，多与脉石接触界线多呈港湾状、孤岛状等比较复杂形态，少部分比较平滑，回收时会粘连部分脉石。另一部分矿物被少量脉石矿物包裹，形态不规则，界线不明显。

2.2 铅银渣烟尘的微观物理形貌分析

铅银渣烟尘在1 000 倍高等倍率下的扫描电镜图如图2 所示。

图2 铅银渣烟尘扫描电镜图

由图2 可知，烟尘中绝大数颗粒为单一透明颗粒，且为同一相。有极少一部分是不透明的，图中的氧化锌为胶状团状，铅银渣烟尘中氧化锌所占的百分比，也就是嵌布粒度，在50～300 μm 之间。

铅银渣烟尘能谱仪图如图3 所示。

图3 铅银渣烟尘能谱

由图3 可知，铅银渣烟尘中含量较高的的金属元素主要有Zn、Pb、Ag 和Zr 等。

2.3 铅银渣的XRD 分析

铅银渣X 射线衍射图，如图4 所示。

图4 铅银渣X 射线衍射图

由图4 可知，铅银渣里含有CaSO4、ZnFe2O4、SiO2、Fe2O3、ZnSO4及KFe3（SO4）2（OH）6等多种化合物。Zn元素的赋存状态主要为ZnFe2O4和ZnSO4。

2.4 铅银渣烟尘的XRD 分析

2.4.1 温度对铅银渣中金属回收率的影响

温度在1 200 ℃和1 300 ℃下，含煤粉量（煤粉质量分数，全文相同）分别为40%、50%和60%时得到的XRD 图，如图5、图6 和图7 所示。

图6 50%煤粉量烟尘XRD 图

图7 60%煤粉量烟尘XRD 图

由图5、图6 和图7 可知，在31°、37°、48°和57°衍射角度，铅银渣烟尘中的主要物相表现为ZnO。在26°、34°和67°衍射角度，铅银渣烟尘中的主要物相表现为Zn2SiO4。虽然存在两种物相，但是，氧化锌物相峰的数量和高度明显比硅酸锌物相的要多且高（XRD 图谱峰的面积表示晶体含量，面积越大，晶相含量越高。XRD 图谱峰高如果是A 峰相对B峰高很多，那么A 就比B 含量高）。因此，可以得出，氧化锌是锌在烟尘中的主要存在形式。1 200 ℃、31°衍射角时，氧化锌结晶度最高，但未检测到铅的物相，说明铅的含量很低。图中都含有杂峰，说明里面含有各种杂质，并不只是氧化锌。经计算，得出锌的挥发率，图5 中，1 200 ℃时，锌的挥发率为87.4%；1 300 ℃时，挥发率为89.4%。图6 中，1 200 ℃时，锌的挥发率为88.6%；1 300 ℃时，挥发率为89.7%。图7 中，1 200 ℃时，锌的挥发率为88.9%；1 300 ℃时，挥发率为91.4%。

2.4.2 碳含量对铅银渣中金属回收率的影响

温度为1 200 ℃、1 300 ℃时，煤粉量分别为40%、50%和60%下得到的XRD 图谱如图8、图9 所示。

图8 1 200 ℃煤粉量烟尘XRD 图

图9 1 300 ℃煤粉量烟尘XRD 图

由图8、图9 可知，在31°、37°、48°和57°衍射角度，铅银渣烟尘中的主要物相表现为ZnO，在26°、34°和67°衍射角度，铅银渣烟尘中的主要物相表现为Zn2SiO4。虽然存在两种物相，但氧化锌物相峰的数量和高度明显比硅酸锌物相的要多且高。因此，可以得出，氧化锌是锌在烟尘中的主要存在形式。w（C）为60%、31°衍射角时，氧化锌结晶度最高，但未检测到铅的物相，说明铅的含量很低。图中都含有杂峰，说明里面含有各种杂质，而并不只是氧化锌。经计算得出锌的挥发率，图8 中，当煤粉含量分别为40%、50%和60%时，锌的挥发率分别为84.4%、88.4%和91.0%。图9 中，煤粉含量分别为40%、50%和60%时，锌的挥发率分别为88.4%、88.4%和91.9%。

在不同温度、不同碳含量条件下进行烟尘的X 射线衍射分析，在1 300 ℃、60%碳含量时，烟尘里的ZnO 的结晶度是最好的，元素Zn 的挥发最好，高达91.9%。

3 结论

本实验采用正交试验、控制变量等方法，对铅银渣中的有价金属进行烟化挥发处理，得到如下结论：

1）铅银渣呈不规则微细粒状或形成晶粒状集合体。

2）铅银渣中锌的主要赋存状态为ZnFe2O4、ZnSO4。

3）当系统温度为1 300 ℃、煤粉含量为60%时，铅银渣中有价金属的回收率高达91.9%。