回转窑二次焙烧提高锌矿品位的工艺研究

刘予成

（文山学院 化学与工程学院，云南 文山 663099）

回转窑二次焙烧提高锌矿品位的工艺研究

刘予成

（文山学院 化学与工程学院，云南 文山 663099）

金属锌主要用于工业、电子产业、军事等领域，市场需求量大，我国锌矿资源丰富，但是品位相对较低，使得从低品位矿中提取金属的研究愈加迫切。文章综述了锌矿及伴生矿铟资源的特点，介绍了锌矿在回转窑内反应及其工艺过程，该工艺包括回转窑焙烧、电炉熔炼、粗锌精馏精炼、浸出、电解等，为了提高进电炉熔炼的锌和铟品位，结合炼锌工艺特点，在回转窑焙烧工艺过程中采取二次焙烧的方法，根据焙烧物料中锌、铟含量分析了二次焙烧的可行性，除去氟、氯、硫等挥发物，从而提高锌矿品位。

锌矿；铟；回转窑；焙烧工艺

锌在自然界中多以硫化物状态存在，主要含锌矿物是闪锌矿，也有少量氧化矿，如菱锌矿、硅锌矿、异极矿、水锌矿等[1]，我国的锌矿资源十分丰富，但是，品位相对较低[2]。铟主要集中在硫化物中，其中最重要的载体矿物是闪锌矿，有90 %以上的铟伴生于铅锌矿中[3]。在炼锌过程中，也将富集得到的铟收集起来，等待下一步的处理。目前，铟主要是从铅、锌、铜、锡等矿石冶炼过程中回收的副产品中冶炼，再生铟占的总量不大[4]。铟与锌矿伴生，在金属生产中广泛分布于冶金流程各工序，有烟尘、炉渣、阳极泥、硬锌块、废液、置换渣等[5]。

火法生产金属锌的主要过程是氧化锌的还原。还原过程用碳作还原剂，在1200～1300 ℃时进行。被还原的金属锌挥发，然后在冷凝器中冷凝成液体锌。在火法炼锌生产过程中提取铟的原料来源粗锌中的烟尘、熔炼渣[6]。本工艺采用回转窑来还原氧化锌矿，由于采用的锌矿原料中锌和铟品位较低，为了保证进电炉熔炼的锌和铟品位达到要求，本文针对该炼锌工艺的特点，采用二次回转窑的方法焙烧锌矿，从而提高锌的品位,在回转窑焙烧过程中采取二次焙烧的方法，除去氟、氯、硫等挥发物。铟没有独立的矿体，在制备锌的过程中，在烟尘，烟渣中把铟富集起来，在冶炼过程中，铟随锌蒸气进入到气相中在气相中又会与氧气发生反应生成氧化铟，最后在冷却收尘系统中被收集下来，从而得到品位较高的锌矿。铟再经过下一步精炼可以得到较纯的单质铟。另外铜、镉及贵金属留在炉渣中。从而实现锌、铟与其他金属的分离。

1　回转窑工艺过程

整个炼锌生产工艺包括回转窑焙烧、电炉熔炼、粗锌精馏精炼、浸出、电解等，为了保证进电炉熔炼的锌和铟品位达要求，在回转窑焙烧工艺过程中增加了一道工序，回转窑的二次焙烧。工艺过程中原料包括低品位锌矿和外购高品位锌矿混合料。

1.1一次焙烧

回转窑一次焙烧主要用于处理较低品位的氧化锌矿，加工成较高品位的氧化锌粉，作为二次焙烧的回转窑原料，用焦炭粉作为一次焙烧回转窑的还原剂和燃料。

1.1.1配料

将较低品位的氧化锌矿破碎、筛分按一定比例与焦炭混合制粒、加入石灰石作为造渣剂，投入到回转窑中。

1.1.2焙烧

窑内温度升至1100 ℃进行反应。在此条件下，炉料中的锌、铟、铅、镉等金属化合物与还原剂碳接触，被C和CO还原成金属锌、铟蒸气进入到气相中，而铜及贵金属金、银等则留在炉渣中。金属锌、铟在气相中又被空气中的氧气氧化成氧化锌和氧化铟粉尘，经冷却进入收尘系统被捕集下来，捕集下来的烟尘即为含有高品位的氧化锌和氧化铟，作为回转窑二次焙烧的原料。

原料锌矿中的锌、铟在回转窑中发生的主要化学反应为：

ZnCO3=ZnO+CO2

ZnO+C=Zn+CO

ZnO+CO=Zn+CO2

ZnS+2O2=ZnSO4

3ZnSO4+ ZnS=4ZnO+4SO2

4In+2O2=2In2O

2InO+C= In2O+CO

4InO = In2O+ In2O3

In2O3+2C= In2O+2CO

回转窑中存在着空气、二氧化碳等氧化性气体，锌蒸气在炼锌过程中易被这些氧化剂氧化成氧化锌，即：

Zn+CO2=ZnO+CO

2Zn+O2=2ZnO

氧化锌冷却后，通过布袋收尘装置收集氧化锌粉尘。锌、铟挥发率分别为：95 %和97 %。

1.2二次焙烧

二次焙烧回转窑主要用于处理来自一次焙烧的氧化锌粉和中高品位氧化锌粉的混合料，生产焙烧矿含锌50 %，铟0.014 %。

1.2.1配料

将一次回转窑冶炼低品位锌矿得到的氧化锌粉与外购中高品位氧化锌粉和炭粉按一定比例混合，压块、制粒，放到回转窑中进行焙烧。

1.2.2焙烧

用电炉熔炼产生的烟气作为燃料，当窑内温度加热到1200℃，混合物料开始发生物理水和结晶水的挥发，以及部分碳酸盐等离解反应，失重较大；同时铅、镉、硫、氟、氯开始挥发，物料中碳酸盐完全离解，使其中的有用成分转变成氧化物。

1.3工艺流程

整个回转窑工艺流程如图1：主要是将低品位氧化锌矿、焦炭、石灰石混合配料，在1100 ℃高温下进行回转窑第一次焙烧，焙烧物料作冷却除尘处理，经冷却沉降、脱硫除尘后，在渣和烟气中收集到锌粉。再与外购中高品位氧化锌粉混合配料，加煤粉进行回转窑二次焙烧，将焙烧物料放入冷却筒冷却，待完全冷却后进行破碎处理得到焙烧矿，送往电炉车间进行下一步工艺冶炼。

图1　回转窑生产工艺流程

2　结果与讨论

2.1一次焙烧原料分析

将一次焙烧冷却沉降、脱硫除尘处理后收集到的锌粉进行成分及含量的检验。由表1可以看到经过一次焙烧后除去挥发物硫、氟、氯、镉等杂质后，物料中Zn含量由23.6 %上升为40 %，In含量由0.0061 %上升为0.011 %，Pb含量由1.45 %上升为2.066 %。

表1　原料及一次焙烧产出物料主要成分元素含量

2.2二次焙烧原料分析

二次焙烧以一次焙烧产生的氧化锌粉和外购中高品位的氧化锌粉为原料，其中一次焙烧自产的氧化锌粉144 000 t/a（锌含量40 %、铟含量0.011%），以煤粉作燃料，年用量为28 800 t/a，成分分析见表2。

表2　二次焙烧产出物料主要成分元素含量

二次焙烧的原辅料主要是用一次焙烧自产的氧化锌粉取代了部分原中高品位的氧化锌矿，从表2中可以看到，一次焙烧产物与外购中高品位氧化锌粉中Zn、In等元素含量基本一致，混合在一起生产加工，可以降低外购原料的成本。经过二次焙烧后，物料中Zn的品位达到了50 %，In的含量达到了0.014 %。相对于一次焙烧Zn、In含量有所提高，说明采用二次焙烧的方法能够大大改善原料中锌、铟的含量。

3　结论

目前用于冶炼的锌矿品位普遍偏低，冶炼提取率较低，采用二次回转窑的方式可以去除多余杂质金属、非金属，从而提高锌的提取率。

1）低品位锌矿经过一次回转窑焙烧后Zn含量由23.6 %提高到40%，In由0.0061 %提高到0.011 %；

2）将一次焙烧产物和外购氧化锌粉混合，进行二次焙烧，Zn的品位达到了50 %，In的含量达到了0.014 %。

3）低品位锌矿经过两次焙烧后，混合物料中的结晶水、部分碳酸盐等发生离解反应，杂质铅、镉、硫、氟、氯等挥发，为下一步工艺提供了品位较高的原料，从而降低了碳含量及能耗的损失，采用二次回转窑还原氧化锌矿可行。

[1] 孟波，王吉坤，张红耀，等. 锌冶金技术的发展概况[J].云南冶金，2010（2）：99-101.

[2] 高照国，曹耀华，刘红召，等. 从含铟氧化锌烟尘中回收铟[J].有色金属，2012（11）：41-43.

[3] 沈丽娟，吴克明，袁芳沁，等. 锌冶炼过程中铟的富集与回收技术研究进展[J].矿产综合利用，2012（4）：3-6.

[4] 张少广，邓勇，张国华，等. 高铟高铁闪锌矿电炉熔炼回收金属锌和铟的生产实践[J].中国有色冶金，2012（1）：14-16.

[5] 曹秀红. 从铅锌冶炼副产品氧化锌中综合回收铟的研究[J].资源再生，2011（12）：66-68.

[6] 秦曼曼，张小丽，李朝辉.从锌渣中提取铟的工艺研究[J].中国金属通报，2013（21）：44-45.

A Study on the Technology of Zinc Ore Roasting Twice in the Rotary Kiln

LIU Yucheng
(School of Chemistry and Engineering, Wenshan University, Wenshan Yunnan 663099, China)

Metal zinc is mainly used in industry, electronics industry, military and other fi elds, so market demand is large. Zinc ore resources of our country are rich, but the grade is relatively low, so making the research on the metal extraction from the low-grade ore is more urgent. The paper summarizes characteristics of indium resources and associated minerals in zinc ore and introduces the reaction and technology process of zinc mine in rotary kiln. The process includes the roasting in rotary kiln, smelting of electric furnace, refi ning of crude zinc, leaching, electrolysis and so on. In order to improve the zinc and indium grade of electric furnace melting, the volatile matter of fl uorine, chlorine and sulfur are removed by roasting twice method in the roasting process in rotary kiln considering process characteristics of zinc smelting. Based on the contents of zinc and indium in the roasting materials, the feasibility of the method is analyzed.

zinc ore; indium; rotary kiln; roasting process

TF813

A

1674 - 9200（2016）03 - 0028 - 03

（责任编辑张铁）

2016 - 03 - 16

云南省科技厅科研基金项目“细菌浸出伴生氧化铜矿铜回收实验研究”（2015FD051）。

刘予成，女，云南开远人，文山学院化学与工程学院讲师，硕士，主要从事冶金工程研究。