论文部分内容阅读
摘 要：鋅窑渣的再利用存在很大的发展空间，同时铁资源较为紧张，把锌窑渣中含量丰富的铁提取出来将会取得很高的经济效益。本文主要介绍目前热门的锌窑渣处理方法，分析了其优缺点，文末提出了回收工艺的发展方向。
关键词：锌窑渣;回收利用;铁
前言
锌窑渣是湿法炼锌时的浸出渣再配加40%～50%的焦粉，采用威尔兹回转窑法在回转窑内经高温还原，将锌、铅等金属挥发之后水淬而成的残余物[1-3]。窑渣的成分和物相十分复杂，有价金属多以固溶体或网状结构的细粒嵌布形式存在[4]，由于炼锌时配加的焦炭在回转窑内未能充分燃烧，仍有部分焦炭残留在锌窑渣中 [5-6]。X射线衍射、振动样品磁强计和反光显微镜的分析结果认为：铁主要以氧化物、硫化物和少量金属态存在，铁元素的含量占35%～40% [7-8]。按照2018年我国568万t的锌产量计算（其中80%采用的湿法炼锌，且湿法炼锌时每炼1t金属锌大约产生0.8t窑渣[9]），单年就产生了大约363.5t锌窑渣。把窑渣中含量丰富的铁进行回收利用，既能取得一定的经济效益，又符合环保发展理念。
回收工艺
1.选矿工艺
选矿工艺是指利用锌窑渣中各金属元素的赋存矿物物理化学性质的差异，采用传统的选矿方法（浮选、磁选和重选等）将各有用金属分离出来的方法 [10-11]。
李宏伟等[12]较早指出某锌窑渣浮碳后的尾矿中含铁约为41%，可回收利用的铁为金属铁和磁性铁化合物中铁。在磁场强度为12000e时，对该浮碳尾渣直接磁选，可达到铁精矿品位72.14%，回收率45.01%的选矿指标。马娇[3]在其硕士学位论文中通过分析窑渣的物性，确定了预除炭-阶段碎磨-阶段选铁的工艺流程，提高了干法磁选的处理量，加快了分选速度。董方[8]经浮选—磁选联合工艺流程获得的铁品位达到66.02%、铁回收率76.33%，同时回收了部分铜和银，达到了资源综合利用的目的。蒋丰祥[13]在回收锌窑渣的实验中，采用“一粗一精一扫”的浮选流程将铜银选出，然后采用磁选法回收浮选尾矿中的铁矿物，得到铁的品位和回收率分别为82.61%和63.91%的铁精矿。但铁精矿中含有较多且不易脱除的S、As。李永华[14]根据窑渣的性质，开发了金属铁和碳粉综合回收工艺，得到了金属铁品位89.23%的还原铁粉和碳含量82.34%的优质碳粉，实现了窑渣中金属铁和碳资源的高效回收，对于锌窑渣的综合利用具有一定的指导意义。
综上可知，选矿工艺受到大家广泛关注，并形成了较为成熟的技术。以上几种方法大致思路相同，利用浮选回收锌窑渣中的铜、碳，利用磁选来回收锌窑渣中的铁。选矿工艺投资少、成本低、且操作起来较为容易，但是也在一定程度上造成了其他有价金属的浪费。
2.湿法工艺
酸浸是化学选矿中常见用硫酸、盐酸、硝酸等无机酸的水溶液作浸出剂的矿物浸出工艺。迄今为止，在采用酸浸工艺处理锌窑渣研究中所使用的浸出剂主要为硫酸和盐酸[15-16]。
张帆[17]研究了一种采用硫化锌精矿作为还原剂，对锌中性浸出渣进行还原浸出的方法。研究发现，采用硫化锌精矿作为还原剂不仅能高效浸出锌中性浸出渣中的有价金属，而且实现溶液中Fe2+/Fe3+的还原。同时发现，浸出过程中铁几乎完全浸出。王红军[18-19]则是提出并研究盐酸浸出-铁粉置换-硫化沉淀-喷雾热解综合利用窑渣铁精矿的新工艺，采用盐酸浸出工艺处理湿法锌窑炉渣中的铁精矿，结果表明，Fe的浸出率分别为99.25%。
由上面的数据可以看出，湿法浸出工艺可以更高效地回收选矿工艺难以回收的金属，同时回收率较高，但是浸出工艺需要使用大量的无机酸，同时还需要考虑到酸的处理问题，生产成本较高。湿法工艺可以考虑回收更多的贵重金属来取得更高的经济效益。
3 火法工艺
火法工艺是利用各金属元素的熔沸点不同，在较高的熔炼温度下实现对不同金属元素的分离与富集，该工艺可以很好的再利用锌窑渣中残余的焦炭，能同时实现对锌窑渣中的大量金属元素和部分的稀贵金属元素的回收。桂海平[20]研究发现锌浸出渣火法烟化处理时，铅、锌、银及稀散金属挥发较理想，同时采用高温高酸一黄钾铁矾渣的火法处理回收了大部分金属铁。魏昶[5]根据高温熔炼的原理，使窑渣经熔炼后可得到金属相、烟尘相和渣相。铁富集在金属相中，再通过分层回收得到金属铁。
火法工艺可以很好的再利用锌窑渣中的焦炭，不仅能回收锌窑渣中的大量金属元素，还能回收窑渣中部分的稀贵金属元素。此项工艺具有原料适应性强、回收元素种类多等优点，但同时缺点也很明显：能耗太大，对设备的要求也较高，且会产生烟尘相及有害气体，还需要考虑污染的处理。此方法还需要继续向更高效的回收方向发展完善。
综上，锌窑渣的回收利用具有很高的价值。从当前的回收技术上看，选矿工艺流程简单，操作容易，对铁的回收也取得了不错的效果，其缺点就是产物单一，对其他有价金属造成了一定程度的浪费。火法工艺流程较为简单，金属回收率高，但是其需要消耗大量耐火材料，大量的维修费用，难以回收贵金属，且会造成尾气污染。湿法对铁及其他有价金属回收率较高，但是需要消耗大量的无机酸，且需要考虑废酸的处理问题。
4 结语
目前在锌窑渣中回收铁虽然能达到标准，但是单纯回收铁会浪费其他有价金属（由于配加的焦炭在回转窑内未能充分燃烧，仍有部分焦炭残留在锌窑渣中，同时窑渣中还富集了部分未挥发出的锌、铅，以及浸出渣中所含的金、银、铜、镓、锗、铟等稀贵金属）[4、14、16、21、22]，如能系统地了解清楚锌窑渣的矿物学特性，对其所含的有价金属元素针对性地采用有效的回收方式，是实现锌窑渣综合回收利用的先决条件[23]，同时也会再进一步回收分离有价金属，再考虑上对环境的影响，取得更高的经济效益[24-25]。
参考文献
[1]李静 等：锌窑渣综合回收利用研究现状及展望 昆明理工大学 2008.12
[2]戴兴征，曾鹏，等. 锌窑渣氧化气固相反应过程分析. 四川冶金，2011
[3]CHEN Bing-yan. The introduction of volatilizing kiln slag of zinc hydrometallurgy by Submerged smelting technology[J]. Zhuzhou Smelter Technology， 1993， 21（4）： 60-66.
[4]FU Zuo-jian. The discussion on the treatment processes of volatilizing kiln slag produced in zinc hydrometallurgy[J]. Nonferrous Metals （Extractive Metallurgy）， 1988（1）： 41-46.
关键词：锌窑渣;回收利用;铁
前言
锌窑渣是湿法炼锌时的浸出渣再配加40%～50%的焦粉，采用威尔兹回转窑法在回转窑内经高温还原，将锌、铅等金属挥发之后水淬而成的残余物[1-3]。窑渣的成分和物相十分复杂，有价金属多以固溶体或网状结构的细粒嵌布形式存在[4]，由于炼锌时配加的焦炭在回转窑内未能充分燃烧，仍有部分焦炭残留在锌窑渣中 [5-6]。X射线衍射、振动样品磁强计和反光显微镜的分析结果认为：铁主要以氧化物、硫化物和少量金属态存在，铁元素的含量占35%～40% [7-8]。按照2018年我国568万t的锌产量计算（其中80%采用的湿法炼锌，且湿法炼锌时每炼1t金属锌大约产生0.8t窑渣[9]），单年就产生了大约363.5t锌窑渣。把窑渣中含量丰富的铁进行回收利用，既能取得一定的经济效益，又符合环保发展理念。
回收工艺
1.选矿工艺
选矿工艺是指利用锌窑渣中各金属元素的赋存矿物物理化学性质的差异，采用传统的选矿方法（浮选、磁选和重选等）将各有用金属分离出来的方法 [10-11]。
李宏伟等[12]较早指出某锌窑渣浮碳后的尾矿中含铁约为41%，可回收利用的铁为金属铁和磁性铁化合物中铁。在磁场强度为12000e时，对该浮碳尾渣直接磁选，可达到铁精矿品位72.14%，回收率45.01%的选矿指标。马娇[3]在其硕士学位论文中通过分析窑渣的物性，确定了预除炭-阶段碎磨-阶段选铁的工艺流程，提高了干法磁选的处理量，加快了分选速度。董方[8]经浮选—磁选联合工艺流程获得的铁品位达到66.02%、铁回收率76.33%，同时回收了部分铜和银，达到了资源综合利用的目的。蒋丰祥[13]在回收锌窑渣的实验中，采用“一粗一精一扫”的浮选流程将铜银选出，然后采用磁选法回收浮选尾矿中的铁矿物，得到铁的品位和回收率分别为82.61%和63.91%的铁精矿。但铁精矿中含有较多且不易脱除的S、As。李永华[14]根据窑渣的性质，开发了金属铁和碳粉综合回收工艺，得到了金属铁品位89.23%的还原铁粉和碳含量82.34%的优质碳粉，实现了窑渣中金属铁和碳资源的高效回收，对于锌窑渣的综合利用具有一定的指导意义。
综上可知，选矿工艺受到大家广泛关注，并形成了较为成熟的技术。以上几种方法大致思路相同，利用浮选回收锌窑渣中的铜、碳，利用磁选来回收锌窑渣中的铁。选矿工艺投资少、成本低、且操作起来较为容易，但是也在一定程度上造成了其他有价金属的浪费。
2.湿法工艺
酸浸是化学选矿中常见用硫酸、盐酸、硝酸等无机酸的水溶液作浸出剂的矿物浸出工艺。迄今为止，在采用酸浸工艺处理锌窑渣研究中所使用的浸出剂主要为硫酸和盐酸[15-16]。
张帆[17]研究了一种采用硫化锌精矿作为还原剂，对锌中性浸出渣进行还原浸出的方法。研究发现，采用硫化锌精矿作为还原剂不仅能高效浸出锌中性浸出渣中的有价金属，而且实现溶液中Fe2+/Fe3+的还原。同时发现，浸出过程中铁几乎完全浸出。王红军[18-19]则是提出并研究盐酸浸出-铁粉置换-硫化沉淀-喷雾热解综合利用窑渣铁精矿的新工艺，采用盐酸浸出工艺处理湿法锌窑炉渣中的铁精矿，结果表明，Fe的浸出率分别为99.25%。
由上面的数据可以看出，湿法浸出工艺可以更高效地回收选矿工艺难以回收的金属，同时回收率较高，但是浸出工艺需要使用大量的无机酸，同时还需要考虑到酸的处理问题，生产成本较高。湿法工艺可以考虑回收更多的贵重金属来取得更高的经济效益。
3 火法工艺
火法工艺是利用各金属元素的熔沸点不同，在较高的熔炼温度下实现对不同金属元素的分离与富集，该工艺可以很好的再利用锌窑渣中残余的焦炭，能同时实现对锌窑渣中的大量金属元素和部分的稀贵金属元素的回收。桂海平[20]研究发现锌浸出渣火法烟化处理时，铅、锌、银及稀散金属挥发较理想，同时采用高温高酸一黄钾铁矾渣的火法处理回收了大部分金属铁。魏昶[5]根据高温熔炼的原理，使窑渣经熔炼后可得到金属相、烟尘相和渣相。铁富集在金属相中，再通过分层回收得到金属铁。
火法工艺可以很好的再利用锌窑渣中的焦炭，不仅能回收锌窑渣中的大量金属元素，还能回收窑渣中部分的稀贵金属元素。此项工艺具有原料适应性强、回收元素种类多等优点，但同时缺点也很明显：能耗太大，对设备的要求也较高，且会产生烟尘相及有害气体，还需要考虑污染的处理。此方法还需要继续向更高效的回收方向发展完善。
综上，锌窑渣的回收利用具有很高的价值。从当前的回收技术上看，选矿工艺流程简单，操作容易，对铁的回收也取得了不错的效果，其缺点就是产物单一，对其他有价金属造成了一定程度的浪费。火法工艺流程较为简单，金属回收率高，但是其需要消耗大量耐火材料，大量的维修费用，难以回收贵金属，且会造成尾气污染。湿法对铁及其他有价金属回收率较高，但是需要消耗大量的无机酸，且需要考虑废酸的处理问题。
4 结语
目前在锌窑渣中回收铁虽然能达到标准，但是单纯回收铁会浪费其他有价金属（由于配加的焦炭在回转窑内未能充分燃烧，仍有部分焦炭残留在锌窑渣中，同时窑渣中还富集了部分未挥发出的锌、铅，以及浸出渣中所含的金、银、铜、镓、锗、铟等稀贵金属）[4、14、16、21、22]，如能系统地了解清楚锌窑渣的矿物学特性，对其所含的有价金属元素针对性地采用有效的回收方式，是实现锌窑渣综合回收利用的先决条件[23]，同时也会再进一步回收分离有价金属，再考虑上对环境的影响，取得更高的经济效益[24-25]。
参考文献
[1]李静 等：锌窑渣综合回收利用研究现状及展望 昆明理工大学 2008.12
[2]戴兴征，曾鹏，等. 锌窑渣氧化气固相反应过程分析. 四川冶金，2011
[3]CHEN Bing-yan. The introduction of volatilizing kiln slag of zinc hydrometallurgy by Submerged smelting technology[J]. Zhuzhou Smelter Technology， 1993， 21（4）： 60-66.
[4]FU Zuo-jian. The discussion on the treatment processes of volatilizing kiln slag produced in zinc hydrometallurgy[J]. Nonferrous Metals （Extractive Metallurgy）， 1988（1）： 41-46.