锌冶炼厂铅锌渣铅锌分离工艺研究

摘要：某锌冶炼厂铅锌渣的铅含量为43.89%，锌含量为14.29%，其中锌未得到有效回收，造成资源浪费。试验通过“焙烧+酸浸”的方式探索铅锌渣中锌回收的最佳条件。结果表明，铅锌渣在600 ℃温度下焙烧40 min后，在浸出温度85 ℃、浸出时间2 h、终酸浓度25 g/L和钙硅比1.5的条件下，经浸出，铅锌渣的锌品位降低到小于1%的水平，锌回收率超过95%，浸出渣满足铅锌渣售卖要求，有效实现铅锌分离和铅锌资源的高效回收利用。

关键词：锌冶炼；铅锌渣；铅锌分离；焙烧；酸浸；回收；利用

中图分类号：TD952 文献标识码：A 文章编号：1008-9500（2024）08-000-05

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.08.001

Study on Lead-Zinc Separation Process of Lead-Zinc

Slag in Zinc Smelter

CHE Xian1， HE Guotao2

（1. Zijin Mining Group Co.， Ltd.， Shanghang 362400， China; 2. Xinjiang Zijin Nonferrous Metals Co.， Ltd.， Wuqia 845350， China）

Abstract： The lead content of lead-zinc slag in a certain zinc smelting plant is 43.89%， and the zinc content is 14.29%， among them， zinc has not been effectively recovered， resulting in resource waste. The experiment explores the optimal conditions for zinc recovery from lead-zinc slag through a combination of roasting and acid leaching. The results show that after roasting lead-zinc slag at 600 ℃ for 40 min， under the conditions of leaching temperature of 85 ℃， leaching time of 2 h， final acid concentration of 25 g/L， and calcium-silicon ratio of 1.5， the zinc grade of lead-zinc slag decreases to less than 1% after leaching， the zinc recovery rate exceeds 95%， and the leaching residue meets the sales requirements of lead-zinc slag， effectively achieving lead-zinc separation and efficient recovery and utilization of lead-zinc resources.

Keywords： zinc smelting; lead-zinc slag; lead-zinc separation; roasting; acid leaching; recovery; utilization

近年来，随着基础设施建设的扩张，我国锌产量一直处于供不应求的状态[1]，而在锌冶炼过程中，部分锌出现在被定义为废物的中间产出渣中，这些渣的堆积不仅占用场地资源，还造成严重的金属资源浪费[2-3]，如何实现渣中锌的有效回收成为当前任务的重中之重。某锌冶炼厂位于新疆维吾尔自治区，早期生产过程产生大量铅锌渣，其铅和锌含量高。针对铅锌渣的铅锌分离，目前多采用浮选工艺[4-6]、湿法浸出工艺[7-9]、配矿返炉工艺和火法湿法联合工艺[10-11]。浮选工艺具有生产成本低和分离效果好的特点，但浮选指标易受工艺波动影响。湿法浸出工艺多为氯化浸铅法，铅的浸出率多在90%以上，但高浓度氯离子会对设备造成严重腐蚀，致使设备维护成本增大。若铅锌渣返炉处理，则炉中铅的富集易导致炉况恶化，对生产带来不利影响，同时造成一定的铅资源浪费。火法湿法联合工艺兼顾火法的高效率和湿法的低能耗、高回收率，在工业生产中得到广泛应用。经综合考虑，试验以“焙烧+浸出”方式对铅锌渣进行单独处理，并对焙烧温度、焙烧时间、浸出时间、液固比和终酸条件进行探究，以期为难浮选铅锌渣铅锌分离工艺流程设计提供思路。

1 试验部分

1.1 试验材料

试验所用铅锌渣来源于该锌冶炼厂渣仓，主要化学成分如表1所示。数据显示，铅锌渣中，有价金属主要为铅和锌，SiO2含量为2%～5%。焙烧过程易生成可溶硅，加大过滤难度。其余金属含量较少，没有回收价值。铅锌渣的物相分析结果如表2所示。经分析，铅锌渣中，铅主要以铅矾的形式赋存，少量以方铅矿的形式存在。锌主要以闪锌矿的形式存在，闪锌矿种类较多，主要为镉闪锌矿，其次为铁闪锌矿及普通闪锌矿。浸出液采用锌电解产生的废酸，硫酸浓度为160～180 g/L，具有一定的黏度，主要成分如表3所示。

1.2 试验设备

试验采用的主要设备有马弗炉（控温精度±1 ℃）、数显恒温水浴锅（控温精度±0.1 ℃）、恒速电动搅拌器和循环水式多用真空泵，基本参数如表4所示。使用慢速滤纸配合循环水式多用真空泵，抽滤抽气量为10 L/min。

1.3 试验方法

将马弗炉由室温升至不同温度后，取适量铅锌渣在空气气氛下焙烧不同时间，后将焙烧渣在室温下冷却并均匀混样。浸出温度为85 ℃时，在不同的终酸浓度、液固比和浸出时间条件下，取适量焙烧渣与废酸进行浸出试验。确定基本浸出条件后，通过单因素试验探索不同钙硅比对浸出速度的影响。

1.4 试验原理

铅锌渣焙烧过程中，大部分硫化锌转化为氧化锌进入焙烧渣中，同时部分氧化锌会在氧气和二氧化硫作用下生成硫酸锌，少量硫化铅则转化为氧化铅，主要反应如式（1）、式（2）和式（3）所示。焙烧渣浸出是将氧化锌尽量溶解到废酸中，锌以Zn2+的形式留在溶液中，而铅则以PbSO4的形式留在浸出渣中，从而达到铅锌分离的目的，主要反应如式（4）、式（5）所示，其余氧化物与硫酸的反应通式如式（6）所示。焙烧渣浸出过程中，部分SiO2也会进入溶液，并与硫酸作用生成正硅酸，如式（7）所示，溶液中的正硅酸很不稳定，受热易分解或脱水形成偏硅酸等胶体物质，造成固液分离困难，此时可加入生石灰协助除硅，反应如式（8）所示。

2ZnS+3O2=2ZnO+2SO2（1）

2ZnO+2SO2+O2=2ZnSO4（2）

2PbS+3O2=2PbO+2SO2（3）

ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O（4）

PbO+H2SO4=PbSO4+H2O（5）

MeO+H2SO4=MeSO4+H2O（6）

Zn2SiO4+2H2SO4=2ZnSO4+H4SiO4（7）

CaO+H2SiO3=CaSiO3+H2O（8）

2 结果与讨论

首先针对铅锌渣开展焙烧条件试验，分析焙烧反应的影响因素，然后针对焙烧渣开展浸出条件试验，分析浸出反应的影响因素，最后在最佳反应条件下开展综合条件试验，从而实现铅锌渣铅锌分离。

2.1 焙烧条件试验

2.1.1 焙烧温度

焙烧时间为1 h时，将焙烧温度分别控制在400 ℃、

450 ℃、500 ℃、550 ℃、600 ℃、650 ℃和700 ℃，分别取200 g铅锌渣进行焙烧试验。焙烧温度对焙烧渣中可溶锌和可溶硅含量的影响规律如图1所示。焙烧时间为1 h时，焙烧渣中，可溶硅含量与温度呈正相关，温度达到700 ℃时，可溶硅与总硅之比达到最大值（80.17%）。温度不小于600 ℃时，焙烧渣中，可溶锌与总锌之比大于99%。经综合考虑，焙烧温度取600 ℃。

2.1.2 焙烧时间

焙烧温度为600 ℃时，将焙烧时间分别控制在10 min、25 min、40 min和60 min，分别取200 g铅锌渣进行焙烧试验。焙烧时间对焙烧渣中可溶锌和可溶硅含量的影响规律如图2所示。焙烧温度为600 ℃，焙烧时间达到40 min时，焙烧渣中，可溶锌与总锌之比大于99%。同样，焙烧时间和可溶硅与总硅之比也呈正相关。综上，焙烧温度取600 ℃，焙烧时间取40 min。

2.2 浸出条件试验

2.2.1 终酸浓度

焙烧渣浸出时，终酸浓度越高，锌的浸出率越高，但终酸浓度过高易造成溶液中可溶硅含量增加，固液分离困难，所以有必要探索合适的终酸浓度。液固比为7 mL/g，浸出温度为85 ℃，浸出时间为2 h时，将终酸浓度分别控制在5 g/L、15 g/L、25 g/L和35 g/L，分别取100 g焙烧渣进行浸出试验，分析不同终酸浓度对锌浸出率和过滤速度的影响，其规律变化如图3所示。终酸浓度小于25 g/L时，锌浸出率随着终酸浓度的增大而升高；终酸浓度达到25 g/L后，锌浸出率升高趋势不明显；终酸浓度为25 g/L时，锌浸出率可达97.82%。此外，随着终酸浓度的升高，过滤速度会逐渐降低。经综合考虑，终酸浓度取25 g/L。

2.2.2 液固比

一定条件下，液固比越高，浸出速率和浸出率越高，但液固比过高，后续废液处理量会增大，不利于生产的进行，所以需要探索合适的液固比。终酸浓度为25 g/L，浸出温度为85 ℃，浸出时间为2 h时，将液固比分别控制在6 mL/g、7 mL/g、8 mL/g和9 mL/g，分别取100 g焙烧渣进行浸出试验，分析不同液固比对锌浸出率和过滤速度的影响，其变化规律如图4所示。液固比达到7 mL/g时，锌浸出率为97.82%，随着液固比的增大，锌浸出率增长幅度不明显。伴随液固比的升高，过滤速度呈上升趋势，但最大过滤速度和最小过滤速度差值约为3 mL/min，总体增幅不大。经综合考虑，液固比取7 mL/g。

2.2.3 浸出时间

浸出时间对焙烧渣的锌浸出率有至关重要的影响。液固比为7 mL/g，浸出温度为85 ℃，终酸浓度为25 g/L时，将浸出时间分别控制在1.5 h、2.0 h、2.5 h和3.0 h，分别取100 g焙烧渣进行浸出试验，分析不同浸出时间对锌浸出率和过滤速度的影响，其变化规律如图5所示。当浸出时间达到2.0 h时，锌浸出率为97.82%，延长浸出时间，锌浸出率无明显提升，同时过滤速度也无明显提升。经综合考虑，浸出时间取2.0 h。

2.2.4 钙硅比

液固比为7 mL/g，浸出温度为85 ℃，终酸浓度为25 g/L，浸出时间为2 h时，将钙硅比分别控制在0.0、0.5、1.0、1.5和2.0，分别取100 g焙烧渣进行浸出试验，分析不同钙硅比对锌浸出率和过滤速度的影响，其变化规律如图6所示。需要注意的是，生石灰在反应结束前0.5 h加入。随着钙硅比的增加，锌浸出率略微下降，钙硅比为2时，锌浸出率达到95.58%。随着钙硅比的增大，过滤速度则呈上升趋势，但上升趋势逐渐减缓，主要原因可能为溶液硅含量降低，钙离子主要以硫酸钙形式进入渣中。经综合考虑，钙硅比取1.5。

2.3 综合条件试验

在渣仓内3个取样点取铅锌渣样品，进行3组焙烧-浸出试验，对最佳试验条件进行验证，试验结果如表5所示。3组试验的锌回收率均大于95%，浸出渣的Zn含量低于1%，Pb含量大于49%，满足售卖要求（Zn含量低于5%，Pb含量大于45%）。

3 结论

取适量铅锌渣样品进行焙烧，然后对焙烧渣进行浸出，最佳试验条件确定后，进行综合条件试验。结果表明，焙烧渣中，可溶硅与总硅之比与焙烧温度、焙烧时间呈正相关，焙烧温度为600 ℃，焙烧时间为40 min时，可溶硅与总硅之比为35%左右。液固比为7 mL/g，浸出温度为85 ℃，终酸浓度为25 g/L，浸出时间为2 h，钙硅比大于1.5时，焙烧渣浸出后，浸出渣锌含量低于1%，锌回收率大于95%，相较于铅锌渣，浸出渣铅含量较大（大于49%），满足售卖要求。

参考文献

1 中华人民共和国自然资源部.中国矿产资源报告（2019）[M].北京：地质出版社，2019：17.

2 Liu F，Wang J，Peng C，et al.Recovery and separation of silver and mercury from hazardous zinc refinery residues produced by zinc oxygen pressure leaching[J].Hydrometallurgy，2019（5）：38-45.

3 Palden T，RegadIo M，Onghena B，et al.

Selective metal recovery from jarosite residue by leaching with acid-equilibrated ionic liquids and precipitation-strip[J].ACS Sustainable Chemistry amp; Engineering，2019（4）：4239-4246.

4 钟旭群，苏振华，占小龙，等.硫化钠分离难选铅锌矿试验研究[J].湖南有色金属，2023（5）：17-19.

5 李 鑫，邓荣东，王锦荣，等.福建某铅锌浮选尾矿再选试验研究[J].金属矿山，2023（3）：127-134.

6 彭贵熊，皇甫明柱，李法坤，等.青海某含铅锌金银复杂多金属矿综合回收工艺研究[J].现代矿业，2023（1）：143-147.

7 王 林，王秋银，曾 鹏，等.氧化锌粉浸出渣中铅银的回收工艺研究[J].世界有色金属，2017（15）：31-35.

8 周起帆，蒋开喜，王海北，等.锌冶炼铅银渣湿法浸出工艺研究[J].有色金属（冶炼部分），2018（6）：1-4.

9 Raghavan R，Mohanan P K，Patnaik S C.

Innovative processing technique to produce zinc concentrate from zinc leach residue with simultaneous recovery of lead and silver[J].Hydrometallurgy，1998（2）：225-237.

10 王俊娥，林泓富，陈 杭，等.铅锌渣中铅的湿法高效回收工艺研究[J].有色金属（冶炼部分），2022（1）：8-13.

11 李黎婷.利用铅银渣综合提取锌铅银的试验研究[J].矿产综合利用，2010（3）：15-18.