回轉(zhuǎn)窯二次焙燒提高鋅礦品位的工藝研究

劉予成

（文山學(xué)院 化學(xué)與工程學(xué)院，云南 文山 663099）

回轉(zhuǎn)窯二次焙燒提高鋅礦品位的工藝研究

劉予成

（文山學(xué)院 化學(xué)與工程學(xué)院，云南 文山 663099）

金屬鋅主要用于工業(yè)、電子產(chǎn)業(yè)、軍事等領(lǐng)域，市場(chǎng)需求量大，我國(guó)鋅礦資源豐富，但是品位相對(duì)較低，使得從低品位礦中提取金屬的研究愈加迫切。文章綜述了鋅礦及伴生礦銦資源的特點(diǎn)，介紹了鋅礦在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)反應(yīng)及其工藝過(guò)程，該工藝包括回轉(zhuǎn)窯焙燒、電爐熔煉、粗鋅精餾精煉、浸出、電解等，為了提高進(jìn)電爐熔煉的鋅和銦品位，結(jié)合煉鋅工藝特點(diǎn)，在回轉(zhuǎn)窯焙燒工藝過(guò)程中采取二次焙燒的方法，根據(jù)焙燒物料中鋅、銦含量分析了二次焙燒的可行性，除去氟、氯、硫等揮發(fā)物，從而提高鋅礦品位。

鋅礦；銦；回轉(zhuǎn)窯；焙燒工藝

鋅在自然界中多以硫化物狀態(tài)存在，主要含鋅礦物是閃鋅礦，也有少量氧化礦，如菱鋅礦、硅鋅礦、異極礦、水鋅礦等[1]，我國(guó)的鋅礦資源十分豐富，但是，品位相對(duì)較低[2]。銦主要集中在硫化物中，其中最重要的載體礦物是閃鋅礦，有90 %以上的銦伴生于鉛鋅礦中[3]。在煉鋅過(guò)程中，也將富集得到的銦收集起來(lái)，等待下一步的處理。目前，銦主要是從鉛、鋅、銅、錫等礦石冶煉過(guò)程中回收的副產(chǎn)品中冶煉，再生銦占的總量不大[4]。銦與鋅礦伴生，在金屬生產(chǎn)中廣泛分布于冶金流程各工序，有煙塵、爐渣、陽(yáng)極泥、硬鋅塊、廢液、置換渣等[5]。

火法生產(chǎn)金屬鋅的主要過(guò)程是氧化鋅的還原。還原過(guò)程用碳作還原劑，在1200～1300 ℃時(shí)進(jìn)行。被還原的金屬鋅揮發(fā)，然后在冷凝器中冷凝成液體鋅。在火法煉鋅生產(chǎn)過(guò)程中提取銦的原料來(lái)源粗鋅中的煙塵、熔煉渣[6]。本工藝采用回轉(zhuǎn)窯來(lái)還原氧化鋅礦，由于采用的鋅礦原料中鋅和銦品位較低，為了保證進(jìn)電爐熔煉的鋅和銦品位達(dá)到要求，本文針對(duì)該煉鋅工藝的特點(diǎn)，采用二次回轉(zhuǎn)窯的方法焙燒鋅礦，從而提高鋅的品位,在回轉(zhuǎn)窯焙燒過(guò)程中采取二次焙燒的方法，除去氟、氯、硫等揮發(fā)物。銦沒(méi)有獨(dú)立的礦體，在制備鋅的過(guò)程中，在煙塵，煙渣中把銦富集起來(lái)，在冶煉過(guò)程中，銦隨鋅蒸氣進(jìn)入到氣相中在氣相中又會(huì)與氧氣發(fā)生反應(yīng)生成氧化銦，最后在冷卻收塵系統(tǒng)中被收集下來(lái)，從而得到品位較高的鋅礦。銦再經(jīng)過(guò)下一步精煉可以得到較純的單質(zhì)銦。另外銅、鎘及貴金屬留在爐渣中。從而實(shí)現(xiàn)鋅、銦與其他金屬的分離。

1　回轉(zhuǎn)窯工藝過(guò)程

整個(gè)煉鋅生產(chǎn)工藝包括回轉(zhuǎn)窯焙燒、電爐熔煉、粗鋅精餾精煉、浸出、電解等，為了保證進(jìn)電爐熔煉的鋅和銦品位達(dá)要求，在回轉(zhuǎn)窯焙燒工藝過(guò)程中增加了一道工序，回轉(zhuǎn)窯的二次焙燒。工藝過(guò)程中原料包括低品位鋅礦和外購(gòu)高品位鋅礦混合料。

1.1一次焙燒

回轉(zhuǎn)窯一次焙燒主要用于處理較低品位的氧化鋅礦，加工成較高品位的氧化鋅粉，作為二次焙燒的回轉(zhuǎn)窯原料，用焦炭粉作為一次焙燒回轉(zhuǎn)窯的還原劑和燃料。

1.1.1配料

將較低品位的氧化鋅礦破碎、篩分按一定比例與焦炭混合制粒、加入石灰石作為造渣劑，投入到回轉(zhuǎn)窯中。

1.1.2焙燒

窯內(nèi)溫度升至1100 ℃進(jìn)行反應(yīng)。在此條件下，爐料中的鋅、銦、鉛、鎘等金屬化合物與還原劑碳接觸，被C和CO還原成金屬鋅、銦蒸氣進(jìn)入到氣相中，而銅及貴金屬金、銀等則留在爐渣中。金屬鋅、銦在氣相中又被空氣中的氧氣氧化成氧化鋅和氧化銦粉塵，經(jīng)冷卻進(jìn)入收塵系統(tǒng)被捕集下來(lái)，捕集下來(lái)的煙塵即為含有高品位的氧化鋅和氧化銦，作為回轉(zhuǎn)窯二次焙燒的原料。

原料鋅礦中的鋅、銦在回轉(zhuǎn)窯中發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)為：

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

回轉(zhuǎn)窯中存在著空氣、二氧化碳等氧化性氣體，鋅蒸氣在煉鋅過(guò)程中易被這些氧化劑氧化成氧化鋅，即：

Zn+CO2=ZnO+CO

2Zn+O2=2ZnO

氧化鋅冷卻后，通過(guò)布袋收塵裝置收集氧化鋅粉塵。鋅、銦揮發(fā)率分別為：95 %和97 %。

1.2二次焙燒

二次焙燒回轉(zhuǎn)窯主要用于處理來(lái)自一次焙燒的氧化鋅粉和中高品位氧化鋅粉的混合料，生產(chǎn)焙燒礦含鋅50 %，銦0.014 %。

1.2.1配料

將一次回轉(zhuǎn)窯冶煉低品位鋅礦得到的氧化鋅粉與外購(gòu)中高品位氧化鋅粉和炭粉按一定比例混合，壓塊、制粒，放到回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行焙燒。

1.2.2焙燒

用電爐熔煉產(chǎn)生的煙氣作為燃料，當(dāng)窯內(nèi)溫度加熱到1200℃，混合物料開(kāi)始發(fā)生物理水和結(jié)晶水的揮發(fā)，以及部分碳酸鹽等離解反應(yīng)，失重較大；同時(shí)鉛、鎘、硫、氟、氯開(kāi)始揮發(fā)，物料中碳酸鹽完全離解，使其中的有用成分轉(zhuǎn)變成氧化物。

1.3工藝流程

整個(gè)回轉(zhuǎn)窯工藝流程如圖1：主要是將低品位氧化鋅礦、焦炭、石灰石混合配料，在1100 ℃高溫下進(jìn)行回轉(zhuǎn)窯第一次焙燒，焙燒物料作冷卻除塵處理，經(jīng)冷卻沉降、脫硫除塵后，在渣和煙氣中收集到鋅粉。再與外購(gòu)中高品位氧化鋅粉混合配料，加煤粉進(jìn)行回轉(zhuǎn)窯二次焙燒，將焙燒物料放入冷卻筒冷卻，待完全冷卻后進(jìn)行破碎處理得到焙燒礦，送往電爐車間進(jìn)行下一步工藝冶煉。

圖1　回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)工藝流程

2　結(jié)果與討論

2.1一次焙燒原料分析

將一次焙燒冷卻沉降、脫硫除塵處理后收集到的鋅粉進(jìn)行成分及含量的檢驗(yàn)。由表1可以看到經(jīng)過(guò)一次焙燒后除去揮發(fā)物硫、氟、氯、鎘等雜質(zhì)后，物料中Zn含量由23.6 %上升為40 %，In含量由0.0061 %上升為0.011 %，Pb含量由1.45 %上升為2.066 %。

表1　原料及一次焙燒產(chǎn)出物料主要成分元素含量

2.2二次焙燒原料分析

二次焙燒以一次焙燒產(chǎn)生的氧化鋅粉和外購(gòu)中高品位的氧化鋅粉為原料，其中一次焙燒自產(chǎn)的氧化鋅粉144 000 t/a（鋅含量40 %、銦含量0.011%），以煤粉作燃料，年用量為28 800 t/a，成分分析見(jiàn)表2。

表2　二次焙燒產(chǎn)出物料主要成分元素含量

二次焙燒的原輔料主要是用一次焙燒自產(chǎn)的氧化鋅粉取代了部分原中高品位的氧化鋅礦，從表2中可以看到，一次焙燒產(chǎn)物與外購(gòu)中高品位氧化鋅粉中Zn、In等元素含量基本一致，混合在一起生產(chǎn)加工，可以降低外購(gòu)原料的成本。經(jīng)過(guò)二次焙燒后，物料中Zn的品位達(dá)到了50 %，In的含量達(dá)到了0.014 %。相對(duì)于一次焙燒Zn、In含量有所提高，說(shuō)明采用二次焙燒的方法能夠大大改善原料中鋅、銦的含量。

3　結(jié)論

目前用于冶煉的鋅礦品位普遍偏低，冶煉提取率較低，采用二次回轉(zhuǎn)窯的方式可以去除多余雜質(zhì)金屬、非金屬，從而提高鋅的提取率。

1）低品位鋅礦經(jīng)過(guò)一次回轉(zhuǎn)窯焙燒后Zn含量由23.6 %提高到40%，In由0.0061 %提高到0.011 %；

2）將一次焙燒產(chǎn)物和外購(gòu)氧化鋅粉混合，進(jìn)行二次焙燒，Zn的品位達(dá)到了50 %，In的含量達(dá)到了0.014 %。

3）低品位鋅礦經(jīng)過(guò)兩次焙燒后，混合物料中的結(jié)晶水、部分碳酸鹽等發(fā)生離解反應(yīng)，雜質(zhì)鉛、鎘、硫、氟、氯等揮發(fā)，為下一步工藝提供了品位較高的原料，從而降低了碳含量及能耗的損失，采用二次回轉(zhuǎn)窯還原氧化鋅礦可行。

[1] 孟波，王吉坤，張紅耀，等. 鋅冶金技術(shù)的發(fā)展概況[J].云南冶金，2010（2）：99-101.

[2] 高照國(guó)，曹耀華，劉紅召，等. 從含銦氧化鋅煙塵中回收銦[J].有色金屬，2012（11）：41-43.

[3] 沈麗娟，吳克明，袁芳沁，等. 鋅冶煉過(guò)程中銦的富集與回收技術(shù)研究進(jìn)展[J].礦產(chǎn)綜合利用，2012（4）：3-6.

[4] 張少?gòu)V，鄧勇，張國(guó)華，等. 高銦高鐵閃鋅礦電爐熔煉回收金屬鋅和銦的生產(chǎn)實(shí)踐[J].中國(guó)有色冶金，2012（1）：14-16.

[5] 曹秀紅. 從鉛鋅冶煉副產(chǎn)品氧化鋅中綜合回收銦的研究[J].資源再生，2011（12）：66-68.

[6] 秦曼曼，張小麗，李朝輝.從鋅渣中提取銦的工藝研究[J].中國(guó)金屬通報(bào)，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

（責(zé)任編輯張鐵）

2016 - 03 - 16

云南省科技廳科研基金項(xiàng)目“細(xì)菌浸出伴生氧化銅礦銅回收實(shí)驗(yàn)研究”（2015FD051）。

劉予成，女，云南開(kāi)遠(yuǎn)人，文山學(xué)院化學(xué)與工程學(xué)院講師，碩士，主要從事冶金工程研究。