回转窑焙烧锌冶炼废渣的技术要点研究.pdf

中国资源综合利用China Resources Comprehensive UtilizationVol.41 No.82023 年 8 月-37-应用研究回转窑焙烧锌冶炼废渣的技术要点研究李 婷（四川化工职业技术学院，四川 泸州 646300）摘要：目前，综合回收及无害化处理锌冶炼废渣的常用方式是通过回转窑高温焙烧，大部分有价金属及重金属挥发成气态，冷却后以烟尘形式收集。回转窑焙烧过程的技术参数将直接影响含锌烟尘的品位。本文以某锌冶炼企业为例，结合原料及辅料的实际情况，分析回转窑焙烧工艺流程，明确回转窑焙烧锌冶炼废渣的技术要点，从而有效利用废渣回收有价金属，实现废渣的无害化处理。关键词：回转窑；焙烧；锌冶炼废渣；技术要点中图分类号：TF813 文献标识码：A 文章编号：1008-9500(2023)08-0037-03DOI:10.3969/j.issn.1008-9500.2023.08.011Study on Technical Points of Roasting Zinc Smelting Waste Slag in Rotary KilnLI Ting(Sichuan Vocational College of Chemical Technology,Luzhou 646300,China)Abstract:At present,the common way of comprehensive recovery and harmless treatment of zinc smelting waste slag is through high-temperature roasting in rotary kiln,most valuable metals and heavy metals are volatilized into gas and collected in the form of smoke and dust after cooling.The technical parameters of rotary kiln roasting process will directly affect the grade of zinc containing dust.Taking a zinc smelting enterprise as an example,combined with the actual situation of raw materials and auxiliary materials,this paper analyzes the roasting process of rotary kiln,clarifies the technical points of rotary kiln roasting zinc smelting waste slag,so as to effectively use the waste slag to recover valuable metals and realize the harmless treatment of waste slag.Keywords:rotary kiln;roasting;zinc smelting waste slag;technical points近年来，我国锌产量迅速增长，我国既是世界上最大的锌生产国，又是最大的锌消费国，我国锌冶炼企业大多采用湿法冶炼工艺，少部分采用火法冶炼工艺1-3。湿法冶锌的主要工艺流程为锌精矿焙烧浸出净化电解熔铸锌锭（产品）。湿法冶炼过程中，锌精矿中伴生的稀贵金属（铟、锗等）、重金属（铅、镉等）均富集进入浸出和净化工序产生的废渣中。废渣堆存既污染环境，又浪费资源。西昌市某锌冶炼企业通过建设回转窑来处理湿法冶锌各工序产生的废渣。回转窑高温焙烧锌冶炼废渣，可以实现有价金属的综合回收及废渣的无害化处理4-5。本文针对该企业回转窑焙烧各工序的技术要点进行研究，探索最佳技术参数，以期获得高的锌及有价金属的综合回收率。1 原料及辅料该锌冶炼企业回转窑的原料主要为锌冶炼自产的浸出渣、净化渣、铜镉渣等废渣。锌冶炼废渣含有锌及有价金属，主要成分如表 1 所示。废渣锌含量不稳定，水分含量较高，因此配料时要严格按要求进行配比，为后续工序创造条件。回转窑辅料为焦粉及无烟煤，焦粉既是回转窑反应的还原剂，也为反应提供热量，该企业要求使用的焦粉发热量大于 24 278 J/g，无烟煤发热量大于 20 929 J/g。收稿日期：2023-06-02作者简介：李婷（1987），女，四川资阳人，讲师。研究方向：金属材料性能及无损检测技术。中国资源综合利用第 8 期-38-应用研究表 1 原料的主要成分成分浸出渣铜镉渣净化渣Zn8 1810 4010 20Pb3 8Cd2 6Ca10 25Mg5 20水分 20 20 20注：表中数据单位均为%。2 回转窑焙烧工艺流程回转窑焙烧锌冶炼废渣的工艺流程如图 1 所示。浸出工序的浸出渣、净化渣、铜镉渣和其他含锌物料通过渣车运至配料厂房，通过烘干机后传送至干渣仓，运用抓斗行车配料至皮带运输机，抓斗提至混料仓，下料至窑尾，在窑内经干燥、预热、还原挥发、冷却四个过程。空压机对窑头强制送风，同时不定期喷煤升温，高温烟气经窑尾至烟道表冷器、电收尘，收集氧化锌粉产品；烟气经脱硫处理后由烟囱外排，脱硫泥浆经厢式压滤机压滤后返回配料仓循环使用；窑头水淬渣由抓斗装入渣车外运或外售。水淬处理锌冶炼废渣焦炭（无烟煤）干燥预热还原挥发冷却氧化锌粉（收集）尾气窑渣脱硫处理图 1 回转窑焙烧锌冶炼废渣的工艺流程2.1 回转窑焙烧锌冶炼废渣的原理将浸出渣与焦粉（或无烟煤）混合，加入回转窑中。当回转窑转动时，炉料随之翻动，在高温下，炉料中的金属被还原为金属蒸气进入气相，在气相中被空气氧化成氧化物，随烟气进入收尘设备中，搜集得到氧化锌粉产品，铜、金、银等留于窑渣中。浸出渣中镉、铟、锗等皆易挥发进入氧化烟尘中，使稀散金属得到富集。2.2 回转窑中的主要化学反应2.2.1 锌的化合物锌的化合物主要有铁酸锌、硫化锌、硫酸锌、氧化锌和硅酸锌。铁酸锌占渣含锌量的 50%60%，在窑中转变为 Fe3O4、FeO、Fe 进入渣中，Zn 挥发进入气相。冶炼废渣中 25%30%的锌以硫化锌形式存在。在回转窑内，硫化锌与通入窑内的空气接触被氧化，而后在焦炭的作用下被还原为单质锌。同时，硫化锌将与窑内金属铁和浸出渣中的氧化钙相互作用，发生氧化还原反应，生成单质锌。硫化锌的氧化还原反应物都是固相，且反应需要较高温度，因此当炉料中硫化锌含量较高时，要对炉内强制鼓风，才能达到较好的效果，否则硫化锌很难挥发。在氧化性气氛下，温度为 900 左右时，硫酸锌将剧烈分解为 ZnO、SO2。其中，ZnO 为固相产物，随着炉料进入高温带被还原。如果搅拌不良，或者炉料中焦粉含量过高，或者预热带呈现还原性气氛，硫酸锌将被还原成硫化锌，导致锌回收率降低。在窑内，氧化锌被还原成Zn（气）。温度为1 1001 200 时，硅酸锌被还原为 Zn（气）。当物料含 CaO 时，可加速硅酸锌的还原。2.2.2 铅的化合物废渣内的铅大部分以硫酸铅形态存在，部分铅以氧化铅、硫化铅、硅酸铅等铅的化合物形式存在。硫酸铅在窑内可被还原成硫化铅，氧化铅在窑内被还原成金属铅。硫酸铅、硫化铅和氧化铅还可能发生交互反应，形成金属铅。在窑内高温条件下，铅、硫化铅、氧化铅都易挥发。2.2.3 铜、金、银的化合物铜、金、银的化合物都不挥发，完全遗留在窑渣中。3 回转窑各工序技术要点该企业回转窑采用第四代柔性传动技术等强度筒体，窑倾斜 3，窑长为 44 m，外径为 2.95 m，窑壳外径与长度的比值为 1.00 14.92。其内衬分段为铬渣砖、高铝砖、黏土砖，耐火度大于 1 790。3.1 皮带给料工序技术要点启动前，应严格检查给料机、皮带输送机及所用设备运转状况，若出现问题，及时处理。应严格按照工段要求的配料比准确配料，传动时使料均匀地进入回转窑，给料管不能堵塞。保持工作环境卫生及设备清洁，记录清楚，工具齐全。窑尾部分未入窑的粉末需要人工放下冷却后转入料仓，经搅拌均匀后冲稀，再搅拌均匀，然后通过给料机返入窑内。第 8 期-39-李 婷：回转窑焙烧锌冶炼废渣的技术要点研究应用研究3.2 窑温控制技术要点窑内温度分为 3 个带，即预热带、干燥带和反应带。焦粉及配好的锌冶炼渣从窑尾加入回转窑后，首先经过预热带，温度为 800 1 000，经炉内热气流加热干燥，脱去部分水分，预热带未发生大量的气化反应，仅部分焦粉分解释放 CO2、少量 H2S 和有机硫。热量依靠热气流对流换热，预热带的长度为窑长的 40%。干燥带炉膛温度应控制在 900 1 200，热风管入口处温度为 900 1 000，除尘器入口废气温度为 100 150。经过干燥带后，窑渣水分含量应小于 18%。反应带最长，温度最高，金属 Zn 的沸点是 906，还原后的金属锌挥发成蒸气，由窑尾进入烟气系统，在接触空气后被氧化为 ZnO 而收集。大部分 ZnO 还原及蒸发都发生在 900 1 150。因此，反应带炉料温度应保持在 1 150 1 200，炉料温度过高，锌铅氧化物还原速度愈大，挥发愈快，此时，炉料由粉色变黑，炉子内衬寿命缩短，ZnO 产品杂质增加，产品质量较差。炉料温度太低，还原反应不完全，焦粉消耗量增大，金属挥发不好，进而导致水淬渣含锌高，金属回收率低，此时，窑渣从窑头出来较散。3.3 窑内风量控制技术要点焙烧过程中通过窑头强制送风来控制窑内风量。强制送风是在窑头插入一根风管，通过空压机在回转窑斜对面一定距离进行送风。送风使得部分炉料扬起，能起到更好的翻动作用，有利于反应的充分进行，有利于有价金属的挥发和回收。在整个操作过程中，尽量保持风压风量稳定。3.4 窑内负压控制技术要点窑内负压是决定强制鼓风的具体条件之一。负压过大，进入窑内的冷空气增多，反应带将往后移，致使窑内反应带温度降低，窑尾温度升高，造成机械带尘增多，影响氧化锌产品质量。负压过小，窑前部有冒火危险，并将导致窑前部产生局部高温，将反应带缩短，也会造成还原反应不充分。因此，负压过大或过小，都不利于锌及其他有价金属的挥发，都会使水淬渣含锌量增高，降低有价金属回收率。要严格控制窑内负压，一般用肉眼从窑头观察，以窑头炉料层火焰略往后移，窑尾不冒烟为宜。3.5 窑身转速控制技术要点根据回转窑单次废渣处理量的大小、废渣含锌量及含水量的变化情况、开炉时间长短等来决定窑身转速，一般采用 0.75 r/min。窑身转动快慢，将决定炉料在窑内停留时间的长短。窑身转动过快，物料在窑内停留时间短，反应不完全，挥发也不充分，渣含锌高，回收率低；窑身转速太慢，物料停留时间过长，易使物料黏度大，窑易结块，窑内各部分受力不均匀，严重者甚至会造成窑身窜动，并且会造成窑内还原反应不充分，进入收尘系统的产品产率 降低。3.6 氧化锌粉收粉工序技术要点收粉前要检查设备的使用情况，对收尘的管道、箱体进行敲打，若发现问题，及时处理，确保收尘系统畅通。要对氧化锌粉进行 3 次搅拌，使之均匀冷却在 60 以下，再进行装袋，粉重以 40 50 kg/袋为宜。装粉质量要准确计量，装后按指定地点堆放。表冷箱放空要交叉进行，电收尘器温度小于 300，做到规范操作和安全生产。4 结语锌冶炼废渣经回转窑高温焙烧后，绝大多数锌、铅和镉进入氧化锌粉被收集。铜、金、银等金属均进入水淬渣中，渣中砷和镉等元素的含量显著降低。生产实践表明，使用回转窑焙烧处理锌冶炼废渣，精确控制回转窑各工序技术参数，可有效利用废渣回收有价金属，实现废渣的无害化处理，并且回转窑焙烧产品氧化锌粉市场需求量大，经济效益显著。总体来看，使用回转窑焙烧处理锌冶炼废渣，具有良好的经济效益、社会效益和环境效益。参考文献1 盛伟虎，杨春善，申 飞，等.日照钢铁回转窑处理钢铁厂除尘灰生产实践 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