竖罐炼锌蒸馏残渣中有价元素综合回收研究

摘要

中国锌冶炼行业的特点之一是火法炼锌仍占有较大比重，火法炼锌的年产量占到全国锌年产量的三分之一，其中竖罐蒸馏炼锌所产精锌占火法炼锌年产量的20％以上。
　　锌冶炼过程中有价金属的综合回收方法与锌冶炼的主工艺流程密切相关。硫化锌精矿的湿法冶金流程主要采用氧化焙烧-浸出-净化-电解工艺，相应形成了从焙烧烟尘、浸出渣、净化渣中综合回收有价金属的工艺。湿法炼锌工艺中的多金属综合回收无论从实际生产情况还是研究状况来看，大体相对成熟。相对而言，火法炼锌工艺中多金属回收的研究稍显薄弱。竖罐炼锌采用硫化锌精矿氧化焙烧-制团-焦结-竖罐蒸馏-精馏-铸锭的工艺流程，在竖罐炼锌的同时产出大量蒸馏残渣，其产出量基本与锌产量相当。竖罐炼锌蒸馏残渣含炭约45％，并含有锌、铅、镉、铜和银等多种有价元素，特别是锌精矿中的银，几乎全部富集在竖罐蒸馏残渣中。残渣如不进行进一步的回收处理，不但造成能源的大量浪费，也造成有价金属资源巨大损失。更重要的是，废弃的残渣含有大量的重金属，必然对环境造成恶劣影响。蒸馏残渣处理技术的研究，作为竖罐炼锌整体工艺不可分割的一部分，对完善整体火法竖罐炼锌工艺有着重要意义。
　　为实现蒸馏残渣中含量较高的残炭及其它有价金属的综合回收，本文对竖罐炼锌蒸馏残渣分别开展了物理分选和旋涡炉烟化处理两种工艺的研究。
　　物理分选的主要思路是利用炭与重金属矿物在密度和可浮性性质方面的差异，先分离炭，再分离重金属矿物。但研究表明摇床分选和超重力离心分选均无法实现蒸馏残渣中炭的分离和富集。并且，由于蒸馏残渣中存在大量的炭，对选矿药剂具有较强的吸附性，致使浮选法也很难实现蒸馏残渣中残炭和重金属矿物的分离富集。
　　旋涡炉烟化处理竖罐炼锌蒸馏残渣的研究表明，选用旋涡炉工艺可直接有效利用蒸馏残渣中残炭的热能，处理1吨蒸馏残渣可生产0.8MPa蒸汽1.99吨;同时旋涡炉具有热强度高、处理能力大的优点。
　　在旋涡炉烟尘和烟化渣后续处理工艺的选择上，针对竖罐炼锌的实际生产情况，对各有价金属成分分别选择适当的处理工艺流程，尽可能使蒸馏残渣中有价金属回收同现有生产的主工艺流程合理衔接，以期降低工业规模处理时的设备投资、基建投资等，为最终实现蒸馏残渣中各有价元素的高效、低成本、综合回收奠定基础。
　　旋涡炉工艺处理蒸馏残渣，易挥发的组分如锌、镉、铅和部分银进入烟尘中富集。烟尘采用湿法浸出的方式回收锌，并制备七水硫酸锌或一水硫酸锌产品为最终产品，蒸馏残渣中锌的全流程回收率为89.00％;在回收锌的同时，镉作为杂质被净化脱除，含锌溶液中镉被置换、熔炼得到粗镉，粗镉精馏得到精镉产品，蒸馏残渣中镉的全流程回收率为92.11％。旋涡炉烟尘中的铅、银在浸出回收锌、镉时继续富集于浸出渣中，浸出渣作为炼铅原料提供给铅锌密闭鼓风炉综合回收铅、银。
　　锌精矿中的银几乎全部富集于竖罐炼锌蒸馏残渣中，在旋涡炉熔炼处理时部分挥发进入烟尘，对于留在烟化渣部分的银开展浮选回收的研究。通过烟化渣开路和闭路浮选试验表明，采用一粗四精三扫工艺，银精矿产率2.40％，含银6100g/t，银回收率86.10％，同时还良好地回收了金，银精矿中含金达到4.8g/t。
　　在漩涡炉烟化处理时蒸馏残渣中所含的铜以铜锍形式产出，铜的回收率为97.39％，铜锍定期放出后送铜冶金工艺中进行回收。
　　竖罐炼锌工艺中难处理的蒸馏残渣通过旋涡炉烟化处理，即有效利用了蒸馏残渣中残炭的热量，又综合回收了锌、镉、铅、银和铜等有价金属，实现了竖罐残渣的全流程无害化回收，为实现竖罐炼锌工艺的清洁生产提供了有效的方法，不但增加了企业的产品品种，而且增加了企业效益。以旋涡炉燃烧年处理150000t蒸馏残渣计，年可创造效益（或增值）8703.96万元。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 竖罐炼锌原理

1．2．1 硫化锌精矿氧化焙烧

1．2．2 团矿焦结

1．2．3 竖罐蒸馏

1．2．4 粗锌精馏

1．3 竖罐炼锌过程有价元素分布规律

1．3．1 硫化锌精矿氧化焙烧有价金属分布

1．3．2 团矿焦结有价金属分布

1．3．3 竖罐蒸馏有价金属分布

1．3．4 粗锌精馏有价金属分布

1．4 竖罐炼锌过程主要有价元素综合回收研究现状

1．4．1 镉的回收

1．4．2 铟的回收

1．4．3 铊的回收

1．4．4 锌、铅的回收

1．5 本文研究内容及意义

第2章 竖罐炼锌蒸馏残渣物理分选研究

2．1 物理分选原理

2．2 罐炼锌蒸馏残渣性质及矿物学分析

2．2．1 化学成分分析

2．2．2 粒级分析

2．2．3 物相分析

2．2．4 扫描电镜及能谱显微分析

2．2．5 磨矿试验

2．3 竖罐炼锌蒸馏残渣重力分选试验

2．3．1 摇床分选试验

2．3．2 超重力离心分选

2．4 竖罐炼锌蒸馏残渣浮选试验

2．5 竖罐炼锌蒸馏残渣焙烧脱炭-浮选试验

2．5．1 焙烧脱炭试验

2．5．2 焙烧渣浮选试验

2．5．3 焙烧渣硫酸调浆浮选试验

2．6 小结

第3章 旋涡炉烟化处理竖罐炼锌蒸馏残渣研究

3．1 旋涡熔炼原理及设备

3．1．1 旋涡熔炼原理

3．1．2 旋涡熔炼的能力及调节范围

3．1．3 旋涡炉熔炼系统主要设备

3．2 旋涡炉处理蒸馏残渣工艺实验

3．3 旋涡炉处理蒸馏残渣工业扩大试验

3．4 旋涡炉处理产物分析(铜锍、烟化渣、烟尘)

3．5 旋涡炉处理蒸馏残渣成本分析

3．6 小结

第4章 旋涡炉烟化渣浮选回收银研究

4．1 浮选原理

4．2 烟化渣性质及矿物学分析

4．2．1 化学成分分析

4．2．2 矿物组成分析

4．2．3 银物相分析

4．2．4 银矿物嵌布特征

4．3 烟化渣浮选回收银试验研究

4．3．1 粗选条件试验

4．3．2 精选—扫选优化试验

4．3．3 闭路试验

4．3．4 烟化渣浮选回收银经济技术指标

4．4 小结

第5章 旋涡炉烟尘回收锌、镉、银、铅研究

5．1 浸出及净化原理

5．1．1 浸出原理

5．1．2 净化原理

5．2 旋涡炉烟尘浸出锌、镉研究

5．3 旋涡炉烟尘锌、镉浸出液除铁研究

5．4 锌、镉浸出液净化回收镉研究

5．4．1 锌粉置换回收镉

5．4．2 海绵镉压团熔炼

5．4．3 粗镉精馏

5．4．4 镉回收技术指标

5．5 脱镉净化液回收锌研究

5．5．1 七水硫酸锌生产工艺研究

5．5．2 强制水冷提高硫酸锌结晶效率研究

5．5．3 一水硫酸锌生产工艺研究

5．5．4 锌回收技术指标

5．6 旋涡炉烟尘浸出渣中回收铅、银研究

5．7 湿法处理旋涡炉烟尘成本分析

5．8 小结

第6章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间的主要科研成果