锌冶炼铅银渣还原焙烧挥发铅锌试验研究

李银丽，李 敬，李彦龙，牛永胜，姚夏妍，陈一博，鲁兴武

(1.西北矿冶研究院，甘肃 白银 730900； 2.白银恒诚机械制造有限责任公司，甘肃 白银 730900)

铅银渣是湿法炼锌过程中高温高酸浸出后产生的渣，其中含有铅、锌、铁等有价金属和金、银等贵金属，是重要的二次资源。目前，对铅银渣的处理主要有火法[1-2]、湿法[3-5]、火法-湿法联合法[6-8]。火法主要是烟化法[9-10]，浸出渣与焦炭混合进行烟化处理，处理效率高，还能实现渣的无害化处理。对铅银渣进行焙烧使易挥发的铅、锌等元素进入烟尘再进行回收，或作为配料返炉熔炼，设备投资较高，二氧化硫烟气浓度低不易处理；但火法处理效率高且低浓度烟气和高浓度烟气可以混合处理，因此火法处理铅银渣应用的较多[11-14]。湿法处理主要是碱浸出[15]、氯盐浸出[16-17]、微生物浸出[18]等，处理流程较为简单，但渣中含锌时处理条件较为严苛，对设备要求高，成本大。火法-湿法联合是通过火法将渣中难处理物质(如硫酸铅、铁酸锌、硅酸锌等)的结构打开，让其包裹的有价金属裸露出来，然后用湿法浸出[19-21]

试验针对某铅银渣，通过还原焙烧处理，再通过浮选分离铅、锌等，以期高效回收有价金属。

1 试验原料

某铅锌厂的铅银渣，多元素分析结果见表1，铅、锌物相分析结果见表2、3。

表1 铅银渣多元素分析结果 %

表2 铅银渣中铅物相分析结果

表3 铅银渣中锌物相分析结果

由表2、3看出，在铅银渣中，铅主要以氧化铅和硫酸铅形式存在，锌主要以氧化锌形式存在，其次是铁酸锌和硅酸锌。

2 试验原理

采用马弗炉对铅银渣进行焙烧，用焦粉作还原剂，石灰作添加剂。焙烧过程中发生的主要反应如下：

还原挥发过程中，铅银渣中的铅、锌挥发进入氧化锌烟尘中，可进一步综合回收；铁、炭、银主要留在烧渣中，可通过浮选回收。

3 试验结果与讨论

3.1 焙烧升温制度的确定

马弗炉升温过程缓慢，并且在入炉前铅银渣和还原剂焦粉混合造球，混合物料入炉太早会导致炭提前挥发损失，因此，入炉温度设定为室温。将升温过程分为3个阶段：20～300 ℃(Ⅰ段)；300 ℃恒温10 min，300～800 ℃(Ⅱ段)；800 ℃恒温15 min，并放入混合物料，之后再升温至设定温度并保温一段时间(Ⅲ段)。

3.2 焙烧温度对铅、锌挥发率的影响

焙烧温度和焙烧时间是指物料在最高温度下恒温还原焙烧时的温度和时间。

焙烧时间60 min，添加剂氧化钙用量10%，焦粉用量40%，焙烧温度对铅、锌挥发率的影响试验结果如图1所示。

图1 焙烧温度对铅、锌挥发率的影响

由图1看出：随焙烧温度升高，铅、锌挥发率升高；焙烧温度大于1 200 ℃后，铅、锌挥发率趋于稳定，变化不大。综合考虑，确定适宜焙烧温度为1 200 ℃。

试验过程中：1 150 ℃下，焙烧产物体积有所减小，物料球形完好，没有碎末产生；1 200 ℃下，焙烧产物体积减小明显，物料球形结构被破坏，有碎末产生；1 300 ℃下，焙烧产物体积进一步减小，球形完全被破坏，焙烧产物呈碎末状。

3.3 焙烧时间对铅、锌挥发率的影响

焙烧温度1 200 ℃，添加剂氧化钙用量10%，焦粉用量40%，焙烧时间对铅、锌挥发率的影响试验结果如图2所示。

图2 焙烧时间对铅、锌挥发率的影响

由图2看出，30～90 min内：焙烧时间对铅挥发率影响不大，始终保持在98%左右，继续焙烧对铅挥发率的影响较小；锌挥发率随焙烧时间延长而提高，60 min时达97.6%；焙烧60 min 后，锌挥发率趋于稳定变化不大。综合考虑，确定焙烧时间以60 min为宜。

试验过程中：焙烧30 min时，焙烧产物球形结构基本完好，坩埚底部无焙烧碎末产生；焙烧75 min时，焙烧产物最上层为球壳，下层为碎粉末；焙烧90 min时，焙烧产物几乎全为粉末，说明挥发得较为完全。

3.4 焦粉用量对铅、锌挥发率的影响

焙烧温度1 200 ℃，焙烧时间60 min，添加剂氧化钙用量10%，焦粉用量对铅、锌挥发率的影响试验结果如图3所示。可以看出：铅、锌挥发率随焦粉用量增加而显著提高，在焦粉用量为40%时达最高，之后趋于稳定。综合考虑，确定焦粉用量以40%为宜。

图3 焦粉用量对铅、锌挥发率的影响

试验过程中：焦粉用量为10%时，焙烧后坩埚口边缘有棉棍状白色物质，烧后物料上部被烧化，下部物料仍保持球形结构，整个烧后物料结块严重，很难取出；焦粉用量为20%时，坩埚口边缘有少量棉状白色物质，焙烧产物球形结构完好，未发生在烧化现象；焦粉用量为30%时，棉状白色物质消失，焙烧产物保持球形结构，不粘坩埚；焦炭用量为40%时，白色棉状物质消失，焙烧产物呈粉末状。

3.5 添加剂用量对铅、锌挥发率的影响

氧化钙的添加对铅银渣中的硫化锌的分解有促进作用，有利于锌的挥发，改善渣型，减少熔渣黏度，有利于对后续焙烧产物的浮选。焙烧温度1 200 ℃，焙烧时间60 min，焦粉用量40%，添加剂氧化钙用量对铅、锌挥发率的影响试验结果如图4所示。

图4 添加剂用量对铅、锌挥发率的影响

试验过程中：添加剂用量对焙烧产物的渣形影响较大：添加剂用量为2%时，焙烧产物成团结块严重，黏结在坩埚内壁，很难取出；添加剂用量为4%～10%时，焙烧产物主要呈球形，结团黏结现象不明显。因为铅银渣中SiO2质量分数较高，约为9.37%，加入氧化钙有助于造渣，使焙烧产物黏度降低，不易黏结成团。综合考虑，确定适宜的添加剂氧化钙用量为4%。

4 结论

通过高温焙烧，可以使铅银渣中的铅、锌挥发进入烟尘，之后再从烟尘中回收铅、锌。铅银渣中加入焦粉和添加剂氧化钙，有助于铅、锌挥发并降低焙烧产物黏度。适宜条件下，铅、锌挥发率分别高达98.85%和97.6%，挥发效果较好。