CN105349793B - 一种针铁矿渣和铅还原渣的联合处理方法 - Google Patents

一种针铁矿渣和铅还原渣的联合处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种针铁矿渣和铅还原渣的联合处理方法，其处理步骤是：首先配料；然后是还原熔炼；再是吹炼；最后是水淬，反应结束后将所得熔渣水淬，得到性质稳定的玻璃体，该玻璃体含铅<0.1%，含锌<0.2%。实现铅还原渣和针铁矿渣的无害化处理，由于其含铁较高，在配料时不需加入铁剂造渣，根据渣中钙、硅的成分调节，减少熔剂使用量，节省成本；同时实现铅、锌等有价金属的回收，产生一定的附加价值；还原熔炼使得原本包裹在冶炼渣中的铅、锌等易挥发的金属或金属合金熔化，由于其氧化物蒸汽压较低，在后续氧化吹炼的过程中形成氧化物挥发进入烟尘，得到回收，同时形成稳定的玻璃体渣，从而实现无害化处理。

Description

一种针铁矿渣和铅还原渣的联合处理方法
技术领域
本发明属于有色金属冶金技术领域，涉及一种针铁矿渣和铅还原渣的联合处理方法。
背景技术
铅火法冶炼产出的还原熔炼渣和锌湿法冶炼产出的浸出渣含有Pb、Zn、Ge、In等有价金属，属于国家规定的危废渣，在堆存、运输、处理过程中都必须符合国家的法规和标准。在国家日益严格的环保政策和铅锌冶炼利润空间逐渐被压缩的情况下，这些铅锌冶炼中间渣采用环保节能的工艺实现冶炼渣中有价金属的综合回收利用对冶炼厂显得尤为重要。铅锌冶炼渣一般分开单独处理。目前铅冶炼还原渣基本采用烟化炉回收其中的有价金属，炉渣经水淬无害化处理；锌浸出渣大多采用回转窑挥发典型流程，存在有价金属回收率低、工作环境差、运行费用高、能耗高且需消耗大量冶金焦等缺点。
目前国内用烟化炉处理锌浸出渣的有云南驰宏锌锗有限股份公司和蒙自矿冶有限责任公司，国外的相关应用未见报道，专利CN 202808915 U公开了一种用于处理锌浸出渣的烟化炉，除了具备传统烟化炉的烟化挥发冶炼渣功能外，还具有热利用率高、使用周期长的优点；专利CN102899502 A公开的一种从高锡高铟锌浸出渣中提取锌铟及回收锡的方法也是对浸出渣进行还原熔炼，对本项目有一定的借鉴意义。
会泽冶炼分公司旧厂烟化炉从2006年开始进行烟化炉处理锌浸出渣及氧化矿，新厂烟化炉每年处理热渣约20万吨，冷渣约20-25万吨，同时回收铅锌；曲靖分公司烟化处理鼓风炉热渣及锌浸出冷渣并在2013年底全部处理完以前堆存的锌***浸出渣。
烟化炉搭配处理铅还原熔炼渣、锌浸出渣有一定的优势；由于使用较为廉价的燃料煤，市场适应性较好；作业过程使用DCS过程控制，自动化水平较高，节约人工也降低劳动强度；采用自动定量给煤***，实现风煤比自动控制，可精准控制炉内气氛，节约燃料，安全风险显著降低。
发明内容
为克服上述的技术缺点，本发明提供一种针铁矿渣和铅还原渣的联合处理方法，它能够解决传统铅锌冶炼中针铁矿渣及铅还原渣渣量大、含少量有价金属但重金属含量超标，直接堆存或丢弃不仅占地面积大、而且环境危害严重等问题，所得产物玻璃渣性质稳定、无毒害，可直接丢弃或铺路、填海等。
本发明解决其技术问题所采用的技术方法是：一种针铁矿渣和铅还原渣的联合处理方法，其处理步骤是：
步骤一 配料
以针铁矿渣和铅还原渣为原料，按照预定渣型配入熔剂和还原剂，将炉料混合均匀，装入反应设备中，其中针铁矿渣与铅还原渣包括铁、硅、钙、铅、锌、铟、锗、镉、氧、硫元素，所述针铁矿渣与铅还原渣的质量比为1:3-3:1，熔剂为石英、氧化钙，所述的还原剂为固体碳质还原剂，包括焦粉、焦炭、粉煤、劣质煤和木炭其中的一种或任意几种的混合物；
步骤二 还原熔炼
反应设备进行加热升温，到达设定温度后进行保温，还原熔炼，其中设定温度为1200-1400℃，保温时间为90-180min；
步骤三 吹炼
通过进气管向反应设备内通气，提供氧化气氛，控制气体压力及流量，使已还原的Pb、Zn、In、Ge、Cd氧化挥发，其中铅挥发率>98%，锌挥发率>98.5%，回收进入排气管中的铅、锌金属氧化物，其中通气时间为≤100min，通气使用到的气体为气体流速为≤3.5m/min的空气或氧气；
步骤四 水淬
反应结束后将所得熔渣水淬，得到性质稳定的玻璃体，该玻璃体含铅<0.1%，含锌<0.2%。
所述步骤一中的渣型以混合物料的铁硅比和钙硅比来表征。
所述铁硅比指氧化亚铁与二氧化硅的质量比，钙硅比指氧化钙与二氧化硅的质量比，其中铁硅比为1.5-1.8，钙硅比为0.4-0.7，所述的还原剂用量为混合物料的5%-20%；
所述步骤二使用的反应设备能够通气及排气，并与风机以管道相连。
优选的，针铁矿渣与铅还原渣按质量比1:1配料，铁硅比为1.6，钙硅比为0.5，还原剂用量为混合物料的5%，在熔炼温度为1400℃的条件下保温180min，在空气流速为2.5m3/h的条件下通气90min；水淬后得到的玻璃体含铅0.007%，含锌0.008%，铅、锌的挥发率分别为99.41%、99.90%。
本发明的有益效果是：实现铅还原渣和针铁矿渣的无害化处理，由于其含铁较高，在配料时不需加入铁剂造渣，根据渣中钙、硅的成分调节，减少熔剂使用量，节省成本；同时实现铅、锌等有价金属的回收，产生一定的附加价值；
还原熔炼使得原本包裹在冶炼渣中的铅、锌等易挥发的金属或金属合金熔化，由于其氧化物蒸汽压较低，在后续氧化吹炼的过程中形成氧化物挥发进入烟尘，得到回收，同时形成稳定的玻璃体渣，从而实现无害化处理。
附图说明
图1是本发明工艺步骤图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进一步说明。
实施例1
参见图1，以湿法炼锌过程中的针铁矿渣和底吹炉炼铅还原渣为原料，其组成如表1。
表1 针铁矿渣和铅还原渣元素组成/%
成分 Pb Zn Fe SiO2 CaO S
针铁矿渣 3.92 11.90 29.90 1.96 0.095 5.00
铅还原渣 11.66 3.94 29.10 24.18 6.08 0.22
（1）分别取铅还原渣200g和针铁矿渣200g，按照铁硅比为1.5，钙硅比为0.5，配入熔剂石英48.6g，氧化钙36.0g，以及还原剂焦粉为原料总量的10%，即48.3g，充分混合均匀，装入石墨粘土坩埚中；
（2）将装上原料的石墨粘土坩埚置于高温熔炼设备中，使其在1400℃下保温120min，以保证炉料充分熔化并还原；
（3）然后向进气管通入空气45min，空气流速为2.5m/min，提供氧化气氛，使已还原的Pb、Zn、In、Ge、Cd等氧化挥发，同时起到了搅拌熔体，强化反应的作用；
（4）反应结束后在1400℃下将熔渣水淬，待冷却至室温，称重，对水淬渣中铅、锌含量进行分析，并对铅、锌的挥发率进行计算；
（5）实验结果为：
反应结束后水淬渣的铅、锌含量分别为0.007质量%、0.008质量%；
铅、锌的挥发率分别为99.41%、99.90%。
实施例2
参见图1，以湿法炼锌过程中的针铁矿渣和底吹炉炼铅还原渣为原料，其组成如表1。
（1）分别取铅还原渣200g和针铁矿渣200g，按照铁硅比为1.6，钙硅比为0.4，配入熔剂石英48.5g，氧化钙48.6g，以及还原剂焦粉为原料总量的20%，即99.4g，充分混合均匀，装入刚玉坩埚中；
（2）将装上原料的石墨粘土坩埚置于高温熔炼设备中，使其在1400℃下保温180min，以保证炉料充分熔化并还原；
（3）反应结束后在1360℃下将熔渣水淬，待冷却至室温，称重，对水淬渣中铅、锌含量进行分析，并对铅、锌的挥发率进行计算；
（4）实验结果为：
反应结束后水淬渣的铅、锌含量分别为0.019质量%、0.076质量%；
铅、锌的挥发率分别为98.68%、99.25%。
实施例3
参见图1，以湿法炼锌过程中的针铁矿渣和底吹炉炼铅还原渣为原料，其组成如表1。
（1）分别取铅还原渣200g和针铁矿渣200g，按照铁硅比为1.7，钙硅比为0.5，配入熔剂石英38.3g，氧化钙31.4g，以及还原剂焦粉为原料总量的5%，即23.5g，充分混合均匀，装入石墨粘土坩埚中；
（2）将装上原料的石墨粘土坩埚置于高温熔炼设备中，使其在1400℃下保温90min，以保证炉料充分熔化并还原；
（3）然后向进气管通入空气70min，空气流速为3.0m/min，提供氧化气氛，使已还原的Pb、Zn、In、Ge、Cd等氧化挥发，同时起到了搅拌熔体，强化反应的作用。
（4）反应结束后在1280℃下将熔渣水淬，待冷却至室温，称重，对水淬渣中铅、锌含量进行分析，并对铅、锌的挥发率进行计算；
（5）实验结果为：
反应结束后水淬渣的铅、锌含量分别为0.022质量%、0.067质量%；
铅、锌的挥发率分别为98.46%、99.33%。
实施例4
参见图1，以湿法炼锌过程中的针铁矿渣和底吹炉炼铅还原渣为原料，其组成如表1。
（1）分别取铅还原渣200g和针铁矿渣200g，按照铁硅比为1.8，钙硅比为0.7，配入熔剂石英30.5g，氧化钙37.7g，以及还原剂焦粉为原料总量的20%，即93.7g，充分混合均匀，装入刚玉坩埚中；
（2）将装上原料的石墨粘土坩埚置于高温熔炼设备中，使其在1400℃下保温120min，以保证炉料充分熔化并还原；
（3）然后向进气管通入空气100min，空气流速为2.0m/min，提供氧化气氛，使已还原的Pb、Zn、In、Ge、Cd等氧化挥发，同时防止空气将还未熔化的炉料吹出。通入气体同时起到了搅拌熔体，强化反应的作用；
（4）反应结束后在1400℃下将熔渣水淬，待冷却至室温，称重，对水淬渣中铅、锌含量进行分析，并对铅、锌的挥发率进行计算；
（5）实验结果为：
反应结束后水淬渣的铅、锌含量分别为0.017质量%、0.104质量%；
铅、锌的挥发率分别为98.54%、98.73%。
由上述实施例可以看出本发明实现铅还原渣和针铁矿渣的无害化处理，由于其含铁较高，在配料时不需加入铁剂造渣，根据渣中钙、硅的成分调节，减少熔剂使用量，节省成本；同时实现铅、锌等有价金属的回收，产生一定的附加价值；
还原熔炼使得原本包裹在冶炼渣中的铅、锌等易挥发的金属或金属合金熔化，由于其氧化物蒸汽压较低，在后续氧化吹炼的过程中形成氧化物挥发进入烟尘，得到回收，同时形成稳定的玻璃体渣，从而实现无害化处理。

Claims (5)

1.一种针铁矿渣和铅还原渣的联合处理方法，其特征在于处理步骤是：
步骤一 配料
以针铁矿渣和铅还原渣为原料，按照预定渣型配入熔剂和还原剂，将炉料混合均匀，装入反应设备中，其中针铁矿渣与铅还原渣包括铁、硅、钙、铅、锌、铟、锗、镉、氧、硫元素，所述针铁矿渣与铅还原渣的质量比为1:3-3:1，熔剂为石英、氧化钙，所述的还原剂为固体碳质还原剂，包括焦粉、焦炭、粉煤、劣质煤和木炭其中的一种或任意几种的混合物；
步骤二 还原熔炼
反应设备进行加热升温，到达设定温度后进行保温，还原熔炼，其中设定温度为1200-1400℃，保温时间为90-180min；
步骤三 吹炼
通过进气管向反应设备内通气，提供氧化气氛，控制气体压力及流量，使已还原的Pb、Zn、In、Ge、Cd氧化挥发，其中铅挥发率>98%，锌挥发率>98.5%，回收进入排气管中的铅、锌金属氧化物，其中通气时间为≤100min，通气使用到的气体为气体流速为≤3.5m/min的空气或氧气；
步骤四 水淬
反应结束后将所得熔渣水淬，得到性质稳定的玻璃体，该玻璃体含铅<0.1%，含锌<0.2%。
2.如权利要求1所述针铁矿渣和铅还原渣的联合处理方法，其特征是：所述步骤一中的渣型以混合物料的铁硅比和钙硅比来表征。
3.如权利要求2所述针铁矿渣和铅还原渣的联合处理方法，其特征是：所述铁硅比指氧化亚铁与二氧化硅的质量比，钙硅比指氧化钙与二氧化硅的质量比，其中铁硅比为1.5-1.8，钙硅比为0.4-0.7，所述的还原剂用量为混合物料的5%-20%。
4.如权利要求1所述针铁矿渣和铅还原渣的联合处理方法，其特征是：所述步骤二使用的反应设备能够通气及排气，并与风机以管道相连。
5.如权利要求1所述针铁矿渣和铅还原渣的联合处理方法，其特征是：针铁矿渣与铅还原渣按质量比1:1配料，铁硅比为1.6，钙硅比为0.5，还原剂用量为混合物料的5%，在熔炼温度为1400℃的条件下保温180min，在空气流速为2.5m3/h的条件下通气90min；水淬后得到的玻璃体含铅0.007%，含锌0.008%，铅、锌的挥发率分别为99.41%、99.90%。
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