锌浸出渣回转窑富氧烟化工艺研究

锌浸出渣回转窑富氧烟化工艺研究

贾继臣

山东省泰安市肥城市石横特钢集团有限公司 山东省泰安市 271612

摘要：使用富氧供风还原挥发锌浸出渣能有效降低燃料消耗，提高次氧化锌品位，显著降低生产成本。低品位锌渣在回转窑富氧挥发处理，理论上可用于其他低品位锌资源的挥发富集。

关键词：锌浸出渣；回转窑；富氧；烟化

烟化富集工艺是处理低品位锌资源的主要工艺，包括回转窑烟化法、烟化炉烟化法和富氧侧吹法等。在处理低品位锌资源的现代火法工艺中，烟化炉烟化法、回转窑烟化法被广泛应用于工业生产。烟化炉在处理热熔渣方面具有优势，处理冷料时能耗较高。当使用煤粉或焦粉作为燃料及还原剂时，燃料率通常超过50%；回转窑可处理含锌冷料，包括氧化锌矿、锌浸出渣、钢厂烟尘等，燃料消耗相对较低。

一、试验

1、试验设备。试验用回转窑、烟气余热锅炉、空压机、锅炉引风机，并选用加压吸附真空解吸(VPSA)制氧机。

2、锌浸出渣成分。锌浸出渣化学组成：Zn全≤20％，H20≤23％。

通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜能谱(SEM-EDS)分析了锌浸出渣中主要元素物相。铅以PbS、PbSO4、Pb3SiO5等形式存在。Ag以AgS和AgSO4形式存在，各物相以细颗粒形式均匀分散在渣中。锌浸出渣的理化性质分析表明，由于其粒径小，比表面积大，热稳定性差，具有较强吸水性。

二、试验结果与讨论

试验以锌浸出渣为原料，并选择同一回转窑在过去生产期内的生产数据，以单一锌浸出渣为原料进行比较分析。

1、氧浓度对锌回收率的影响。在不改变原料和燃料性质及燃料配比情况下，将回转窑供风氧浓度分别调整为24±0.5%、26±0.5%、29±0.5%。受限于制氧设备产能，未在较高氧浓度下对生产进行试验。试验运行条件为：回转窑转速2.5～3min，鼓风压力150～160kPa，抽风压力48～49kPa；混合料投入量约250t/d。

随着供风氧浓度的增加，产品次氧化锌中的锌含量增加。可解释为：随着鼓入空气中氧含量的增加，鼓风量减少，烟气流速降低，烟气带入烟尘中的生料减少，从而增加了次氧化锌的锌含量。不同氧浓度挥发的次氧化锌中铅含量无显著差异，其他元素富集规律不明显。窑渣中有价金属元素锌的含量与氧浓度呈正相关，但差异小。这可能是由于空气中高氧含量和窑头局部高温区域的还原能力不均衡，或取样偏差造成。

此外，随着富氧浓度的增加，锌的回收率显著增加，并且增加幅度与氧浓度呈正相关。与普通风相比，29%O2的富氧风烟化锌回收率提高了10.6个百分点，这是相当可观的。以含10%锌的混合料为例，当回收率提高10%时，产出的氧化锌价值将增加约75元，超过1t低锌原料处理成本的10%。可认为，增加供风氧浓度能显著提高次氧化锌品位，而窑渣中残锌量仍能维持在较低水平，并且能显著提高富集比。

2、投料量对锌回收率的影响。在试验中，使用含约29%O2的富氧空气作为助燃气体，燃料率50%，回转窑速度控制在2～2.5min/r，鼓风压力150kPa，排风机抽风压为-48kPa。试验期间，每班投料量分别控制在230t、250t、280t、300t，每次投料量试验持续1周。同样，每班应取样分析混合料、氧化锌、窑渣的化学成分，并记录投料量及氧化锌产出量。为简化分析，只分析主要元素富集、回收等指标。由于炉渣用高压水冲洗，因此窑渣含水量高，价值低，所以未计量，只分析其主要有价成分含量。

四个试验段投料量、原料主成分、产出氧化锌成分与产量、窑渣中锌含量，以及由此计算的锌回收率见表1。表中投料量与次氧化锌产出量是指一周内累加值。混合料锌含量为每班化验的平均值，原料锌含量是每班投料量与当班原料锌含量之积的1周累加值。

表1  不同投料量下还原挥发时锌的回收率(O2 29％)

表中，第一周产出氧化锌的锌含量接近投入混合料的锌含量，即回收率高达99.2%。其原因是，尽管收尘系统定期清灰，每天三班各出一次烟尘，从长远来看，出尘量与实际产出烟尘量相对应，但事实上，具体某一天或短时间并不能严格对应于当前产出量，可能是此前积尘结块脱落等造成锌回收率虚高。

当处理含水约20%的原料时，在低处理量下，燃煤配入量以1t浸出渣配0.5t无烟煤和焦粉混合燃料，用于富氧供风试产，锌金属平均回收率不低于87%，窑渣平均锌含量为1.5～2.2%，均在可接受范围内。然而，当投料量增加到每班300t时，窑渣中锌含量等指标会恶化，窑渣中锌含量从约2%迅速增加到3.3%，锌回收率显著降低。

3、燃料率对锌回收率的影响。因使用抓斗配煤，给煤控制精度受限，因此每个试验组配煤量宜相差5%。在试验前期，设置两种投料量(250t/班和280t/班)对照生产；先考察燃煤配入量从50%降到45%、40%的影响，每期试验时间为10d。燃料率50%数据直接采用前阶段试验数据，不重复试验。低燃料率和低投料量的双低试验应分别进行一个月，以通过增加生产时长来提高数据可靠性。

从其结果可知，使用低投料率和低燃料率生产能获得高锌回收率。增加投料量，即减少炉料在窑内停留时间，将显著影响锌的挥发，从而降低锌回收率。提高燃料率对提高锌回收率有一定作用，但当投料率提高到280t/班以上时，锌回收率等指标明显下降。也就是说，在燃料率达到36～40%后，单位时间投料量是影响锌回收率的主要因素。

4、回转窑富氧还原挥发锌渣的生产实践。当富氧空气含氧30%、燃料率36%时，控制每班200～220t的投料也能获得很低的窑渣含锌和高锌回收率。回转窑处理量适当提高到2700L/班以上，并且燃料率控制在约42%，仍能获得较低的窑渣锌含量及较高的锌金属回收率。在一定容积率下，单位时间内投料量的增加意味着锌在炉内停留时间缩短。试验表明，投料量，即锌在炉内停留时间将显著影响其挥发。另外，提高司炉工操作水平也较重要。

5、富氧挥发处理低锌原料成本和效益。锌浸出渣处理成本根据富氧还原挥发处理锌浸出渣生产中回转窑平均生产经济技术指标计算。若每天处理500t锌浸出渣，锌渣的锌含量按10%计，则含金属锌50t。每吨锌渣配煤400kg，混合料含锌7%，含煤0.286t。湿锌渣含水20～23%，燃煤含水8～10%，混合料含水14～15%。分摊回转窑资及基建资产折旧、备品备件、职工工资，计算锌浸出渣处理成本为580.68元/t。

回转窑产出的次氧化锌平均含锌量55%，含铟660g/t，含铅10～12%。当原料中锌含量低于10%时，锌冶炼回收率约85%，按保守数据回收率80%计算，每1t锌渣处理将产生0.145t次氧化锌，含锌金属0.08t，含铟金属96g；根据锌渣含铅2%和90%回收率，进入次氧化锌铅金属量为18kg；同时产出0.7t窑渣。产出的次氧化锌相当于50%锌精矿，价值600元；铅按25%低品位铅料价格计算，价值144元；铟和银不计价。挥发窑余热锅炉每天产蒸汽14t/h×24h=336t，相当于0.672t蒸汽/t渣，按100元/t折价为67.2元。窑渣外售价150元/t，价值105元。若生产企业完全自行处理回转窑生产的次氧化锌，且所产蒸汽用于生产，则上述收入可全部计入，即总收入为600+144+67.2+105=916.2元。保守估算，企业不自行处理次氧化锌，也不会使用蒸汽，仅计算次氧化锌和窑渣价值，也有600+105=705元。每吨处理渣的最低毛利为705-580.68=124.32元，蒸汽和次氧化锌自行处理，毛利为916.2-580.68=335.52元/t。

参考文献：

[1]彭兵.锌浸出渣工艺矿物学与环境活性[J].中国有色金属学报，2016，23(05):1480-1488.