一种处理铅锌冶炼渣的系统和方法与流程

本发明涉及固体废弃物处理领域，具体涉及一种处理铅锌冶炼渣的系统和方法。

背景技术：

铅和锌是国民经济发展过程中不可或缺的重要金属材料，在工业生产和人类生活中被广泛地应用。近些年，铅锌冶炼企业发展迅猛，中国已经成为全球最重要的铅锌生产国之一。

我国铅锌冶炼企业的规模和数量在逐年扩大，铅锌产量快速增加，冶炼技术取得较大进展。但是，铅锌冶炼工艺流程复杂，产生污染物的环节较多。铅锌冶炼的迅猛发展，导致大量废气、污水、废渣等的产生，造成严重的环境污染。其中，废渣的产生量较多。根据国家发展和改革委员会《大宗固体废物利用实施方案》中的统计，我国在2010年产出的冶炼废渣量大约是3.15亿，其中仅铅锌冶炼渣的产生量就达到了430万吨。

由于钢铁生产结构的不同，世界各国钢铁厂产生的含锌铅粉尘也不尽相同。在国外，由于电炉炼钢在炼钢工艺中比例的增加以及镀锌废钢配比的增加，使含锌铅电炉粉尘量逐年增加。国外钢铁厂的含锌铅粉尘主要来自电炉炼钢工艺，其次是转炉和高炉及其它工序。我国南方大多数省份的钢铁厂使用含锌铅较高的铁矿石，高炉产出的粉尘量大，含锌、铅量较高。同时，镀锌板材和耐磨钢件使用量的增加，电炉炼钢厂规模和电炉炼钢比例的扩大，使电炉粉尘的产出量增加，其中的锌、铅含量也增加。我国含锌铅钢铁厂粉尘主要是高炉粉尘和电炉粉尘，其次是转炉粉尘。

铅锌冶炼渣富含金属铁以及镓、铟、金、银等稀贵金属，还含有铅、镉、砷等有毒元素以及迁移性强的金属。大量的铅锌冶炼渣采用露天堆置或简单填埋的处理方式，占用大面积的土地，造成土地资源紧缺。随着时间的推移，由于自然风化和雨水冲刷的作用，铅锌冶炼渣中的金属元素会侵入空气、水体和土壤中，成为重要污染源。如果不进行合理的回收与利用，不仅危害人类和动物的健康，影响植物和植被的生长，还会导致有价金属资源的浪费。

目前，铅锌冶炼渣处理工艺中，火法处理工艺较为成熟，更为实用。但是存在如下问题：所得产品大多是含锌、铅氧化物的二次粉尘和含铁废渣，或者是低品位金属锌、铅及铁水；处理过程主要以回收冶炼渣中的铁为目的，锌铅二次粉尘副产品用作炼锌或炼铅的原料；处理后的锌和铅没有得到有效分离，要利用锌、铅资源，必须对二次粉尘进行再处理，使锌和铅分离，大大增加了处理工序和成本。目前，国内外尚无法处理含铁低、含铅高的铅锌冶炼渣，也未有一次性分离锌、铅的报道。

技术实现要素：

本发明旨在提出一种处理铅锌冶炼渣的系统和方法，本发明能够有效解决铅锌冶炼渣的堆存问题，实现铅锌冶炼渣中铅、锌、铁金属的单独分离，能耗较低，适于工业应用。

本发明提供了一种处理铅锌冶炼渣的系统，包括混料机、造球机，还包括氯化焙烧炉。

所述混料机具有铅锌冶炼渣入口、氯化剂入口、还原剂入口、粘结剂入口、混合料出口。

所述造球机具有混合料入口、生球出口；所述混合料入口与所述混料机的混合料出口连接。

所述氯化焙烧炉呈阶梯式，包括水平高度依次降低的进料区、铅锌氯化区、氯化锌挥发区、氯化铅挥发区、铁还原区、出料区，各个区域中均设置有传送装置。所述各个区域之间均设置有挡板，使得所述各个区域形成封闭的空间，所述挡板具有上端部和下端部，其中，所述挡板的上端部固定在所述氯化焙烧炉的炉顶，所述下端部能够打开或闭合。所述氯化锌挥发区设置有第一烟道，所述氯化铅挥发区设置有第二烟道。并且，所述进料区设置有生球入口，所述出料区设置有金属化球团出口，所述生球入口与所述造球机的生球出口连接。

优选的，所述挡板与垂直方向的夹角为30～45°。

优选的，所述第一烟道设置在所述氯化锌挥发区的顶端，且靠近所述氯化铅挥发区。所述第二烟道设置在所述氯化铅挥发区的顶端，且靠近所述铁还原区。

进一步的，还包括烘干装置，所述烘干装置接收由所述造球机送入的生球进行烘干处理，然后经由所述生球入口送入所述氯化焙烧炉中。

进一步的，还包括冷却装置、磨矿磁选装置。所述冷却装置具有金属化球团入口、冷却金属化球团出口。所述金属化球团入口与所述氯化焙烧炉的金属化球团出口连接。所述磨矿磁选装置具有冷却金属化球团入口、铁出口。所述冷却金属化球团入口与所述冷却装置的冷却金属化球团出口连接。

进一步的，还包括熔分装置，所述熔分装置具有金属化球团入口、铁出口。所述金属化球团入口与所述氯化焙烧炉的金属化球团出口连接。

本发明还提出了一种利用上述系统处理铅锌冶炼渣的方法，包括步骤：

a、将铅锌冶炼渣、氯化剂、还原剂、粘结剂混合均匀，得到混合料。

b、将所述混合料造球，得到生球。

c、将生球经由所述进料区送入所述氯化焙烧炉中，并置于所述传送装置上，所述生球依次经过所述铅锌氯化区、氯化锌挥发区、氯化铅挥发区、铁还原区进行铅锌氯化反应、氯化锌挥发、氯化铅挥发、铁还原反应，分别得到氯化锌粉尘、氯化铅粉尘、金属化球团。其中，所述氯化锌粉尘挥发进入所述第一烟道，所述氯化铅粉尘挥发进入所述第二烟道，所述金属化球团经由所述出料区的金属化球团出口排出。

优选的，所述混合料中，所述铅锌冶炼渣、氯化剂、还原剂、粘结剂的质量比为100：(10～25):(5～15):(5～10)。

优选的，所述铅锌氯化区的温度为200～700℃。所述氯化锌挥发区的温度为700～900℃。所述氯化铅挥发区的温度为950～1150℃。所述铁还原区的温度为1200～1300℃。

进一步的，步骤c之前还包括步骤：对所述生球进行干燥处理，控制所述生球的含水量≤2wt％，然后送入所述氯化焙烧炉中。

本发明的系统将氯化焙烧炉的各个区域分别设置为独立封闭的空间，能够有效控制各个区域的温度和气氛，保证铅锌冶炼渣中铅、锌、铁的有效分离，节省了后序进行铅、锌分离的工艺。

与传统挥发窑工艺相比，本发明采用氯化焙烧的方法分段提取锌、铅、铁，可以解决当前铅锌冶炼渣不能有效利用的问题，在氯化焙烧炉中即可实现铅、锌、铁的单独分离。并且，由于金属氯化物具有低沸点、高挥发性的特点，可以在较低温度下实现铅锌冶炼渣中铅、锌金属的分离提取回收，能耗低。

并且，本发明提出的氯化焙烧处理铅锌冶炼渣的方法也可适用于其他重金属或贵金属的分离提取。

附图说明

图1为本发明实施例1中处理铅锌冶炼渣的系统示意图。

图2为本发明实施例2中处理铅锌冶炼渣的系统示意图。

图3为氯化焙烧炉的结构示意图。

图4为本发明实施例中处理铅锌冶炼渣的方法流程示意图。

附图中的附图标记如下：

1、混料机；2、造球机；3、烘干装置；

4、氯化焙烧炉；4-1、进料区；4-2、铅锌氯化区；4-3、氯化锌挥发区；4-4、氯化铅挥发区；4-5、铁还原区；4-6、出料区；4-7、第一烟道；4-8、第二烟道；4-9、挡板；

5、冷却装置；6、磨矿磁选装置；5＇、熔分装置。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

如图1和图2所示，本发明处理铅锌冶炼渣的系统包括混料机1、造球机2、氯化焙烧炉4。

混料机1用于混合原料得到混合料，其具有铅锌冶炼渣入口、氯化剂入口、还原剂入口、粘结剂入口、混合料出口。

造球机2用于将混合料压制造球得到生球，其具有混合料入口、生球出口。并且，混合料入口与混料机1的混合料出口连接。本发明中，造球机2优选圆盘造球机。

如图3所示，氯化焙烧炉4呈阶梯式，为阶梯式卧式反应炉，用于接收生球进行氯化焙烧处理，得到金属化球团和金属氯化物粉尘。氯化焙烧炉4按照物料经过的先后顺序依次分为进料区4-1、铅锌氯化区4-2、氯化锌挥发区4-3、氯化铅挥发区4-4、铁还原区4-5、出料区4-6，从进料区4-1到出料区4-6，各个区域的位置在水平高度上依次降低，从而形成阶梯式结构。进料区4-1中设置有生球入口，出料区设置有金属化球团出口。其中，生球入口与造球机2的生球出口连接。优选的，生球入口位于进料区4-1的上部顶端，金属化球团出口位于出料区4-6的下部底端，便于物料在重力的作用下在各区域之间进行传送。并且，在各个区域之间均设置有传送装置，用于放置物料，并实现物料在相邻区域之间的输送。优选的，相邻区域之间的传送装置是连续的，从而保证物料的连续输送。更进一步的，传送装置为水平设置的，或为倾斜设置的。

氯化焙烧炉4中，进料区4-1与铅锌氯化区4-2之间、铅锌氯化区4-2与氯化锌挥发区4-3之间、氯化锌挥发区4-3与氯化铅挥发区4-4之间、氯化铅挥发区4-4与铁还原区4-5之间、铁还原区4-5与出料区4-6之间均设置有挡板4-9，从而使得氯化焙烧炉4中各区域之间分别形成独立、封闭的空间。其中，各个挡板4-9均具有上端部和下端部。在本发明中，挡板4-9的上端部固定在氯化焙烧炉4的炉顶内壁上。挡板4-9的下端部均能够打开或闭合。当物料在相邻区域之间传送时，物料在传送装置上可以在重力的作用下或是在传送装置的动力传输作用下通过挡板4-9，此时挡板打开，当物料通过完毕后，挡板自动闭合，回到封闭状态。优选的，挡板4-9均设置在每个区域上端的进料口处，便于打开或闭合，以控制物料在相邻区域之间的进出输送。作为本发明优选的实施例，挡板4-9与垂直方向的夹角为30～45°。

在氯化锌挥发区4-3中设置有第一烟道4-7，用于回收氯化反应过程产生的氯化锌粉尘。优选的，第一烟道4-7设置在氯化锌挥发区4-3的顶端，且靠近氯化铅挥发区4-4。并且，在氯化铅挥发区4-4中设置有第二烟道4-8，用于回收氯化反应过程产生的氯化铅粉尘。优选的，第二烟道4-8设置在氯化铅挥发区4-4的顶端，且靠近铁还原区4-5。

本发明中，不限制铅锌氯化区4-2、氯化锌挥发区4-3、氯化铅挥发区4-4、铁还原区4-5、第一烟道4-7、第二烟道4-8、挡板4-9的数量。

作为本发明优选的实施例，该系统进一步包括烘干装置3，用于接收由造球机2排出的生球进行干燥处理。烘干装置3具有生球入口，干燥生球出口。其中，烘干装置3的生球入口与造球机2的生球出口连接，干燥生球出口与氯化焙烧炉4的生球入口连接，便于将经烘干的干燥生球经由氯化焙烧炉4的生球入口送入。优选的，烘干装置3优选烘干箱。

作为本发明优选的实施例，该系统包括冷却装置5和磨矿磁选装置6。其中，冷却装置5用于冷却金属化球团，其具有金属化球团入口、冷却金属化球团出口。并且，该金属化球团入口与氯化焙烧炉4的金属化球团出口连接。磨矿磁选装置6用于接收冷却后的金属化球团并进行磨矿磁选回收铁，其具有冷却金属化球团入口、铁出口、尾渣出口。并且，冷却金属化球团入口与冷却装置5的冷却金属化球团出口连接。

作为本发明另一优选的实施例，该系统包括熔分装置5＇，用于接收金属化球团进行熔分处理回收铁，其具有金属化球团入口、铁出口、熔分渣出口。并且，该金属化球团入口与氯化焙烧炉4的金属化球团出口连接。

如图4所示，本发明还提出了一种利用图1或图2所示的系统处理铅锌冶炼渣的方法，包括步骤：

(1)原料的混合

将铅锌冶炼渣、氯化剂、还原剂、粘结剂混合均匀，得到混合料。其中，各组分的质量比为：铅锌冶炼渣：氯化剂：还原剂：粘结剂＝100：(10～25):(5～15):(5～10)。

本发明中，氯化剂的选择种类较多，有的废料中含有大量的氯，可以实现以废治废，本发明中优选氯化钙。还原剂选用含碳煤粉，优选无烟煤，比如焦粉、兰炭。粘结剂选用无机粘结剂，优选膨润土。

(2)造球

将混合料送入造球机2中造球，得到生球。

(3)生球的氯化焙烧

将生球经由进料区4-1送入氯化焙烧炉4中，并置于传送装置上。在传送装置的传送下，生球依次经过铅锌氯化区4-2、氯化锌挥发区4-3、氯化铅挥发区4-4、铁还原区4-5进行铅锌氯化反应、氯化锌挥发、氯化铅挥发、铁还原反应，分别得到氯化锌粉尘、氯化铅粉尘、金属化球团。其中，氯化锌粉尘挥发进入第一烟道4-7，氯化铅粉尘挥发进入第二烟道4-8，金属化球团经由出料区4-6的金属化球团出口排出。

优选的，控制该步骤中生球的含水量≤2wt％(wt％为质量百分数)。优选的，在将生球进行氯化焙烧处理之前包括步骤：将生球送入烘干装置3中进行干燥处理。

铅锌冶炼渣中，由于铅、锌的金属氯化物(即氯化铅和氯化锌)具有低沸点、高挥发性的特点。因此，本发明中先将铅锌冶炼渣中铅、锌的氧化物氯化生成铅、锌的氯化物。因此，本发明在进料区4-1后设置了铅锌氯化区4-2，且分别形成独立且封闭的空间，从而保证铅、锌的氧化物充分发生氯化反应，形成氯化锌和氯化铅。本发明控制铅锌氯化区4-2部分发生氯化反应的温度为200～700℃，在该温度范围内生成的氯化锌、氯化铅呈固态。

本发明中，氯化锌挥发区4-3中进行的反应为锌氧化物的氯化和挥发。并且，控制氯化锌挥发区4-3的温度为700℃～900℃。优选的，控制氯化锌挥发区4-3的温度为优选800℃～900℃。在该温度范围内，可保证氯化反应得到的氯化锌呈可挥发的氯化锌粉尘，随后进入第一烟道4-7进行收集。

氯化铅挥发区4-4中进行的反应为铅氧化物的氯化和挥发。并且，控制氯化铅挥发区4-4的温度为950℃～1150℃。优选的，控制氯化铅挥发区4-4的温度为1000℃～1150℃。在该温度范围内，可以保证氯化反应得到的氯化铅呈可挥发的氯化铅粉尘。随后进入第二烟道4-8进行收集。

并且，在系统中挡板4-9的作用下使得氯化锌挥发区4-3和氯化铅挥发区4-4分别形成独立封闭的空间，使得该两个区域之间的温度和气氛不受到相邻区域的影响。因此，可以保证氯化锌粉尘和氯化铅粉尘分别进入第一烟道4-7和第二烟道4-8，实现锌、铅的分离回收。

本发明中，铅锌冶炼渣中，铅的挥发率达到95.6％以上，锌的挥发率达到97.5％以上。

生球依次经过铅锌氯化反应、氯化锌挥发、氯化铅挥发后，得到的含铁球团输送至铁还原区4-5中。由于球团中含有还原剂，则在铁还原区4-5的高温条件下，球团中的铁氧化物发生还原反应，得到还原后的金属化球团。本发明中，控制铁还原区4-5的温度为1200℃～1300℃，保证铁氧化物的充分还原。优选的，控制铁还原区4-5的温度为1250℃～1300℃。

(4)回收金属化球团中的铁

作为本发明的其中一个实施例，金属化球团经冷却后进行磨矿磁选处理，得到金属铁和尾渣，其中，金属铁品位为>92％，回收率>93％。

作为本发明其他的实施例，金属化球团进行熔分处理，得到金属铁和熔分渣，其中，金属铁品位为>95％，回收率>96％。

并且，上述磨矿磁选过程和熔分过程均采用常规处理工艺。

实施例1

本实施例中，铅锌冶炼渣的成分为：全铁含量25.22wt％，铅含量3.25wt％，锌含量4.55wt％。铅锌冶炼渣、氯化钙、焦粉、膨润土按照质量比为100：10：15：5进行混合造球，得到的生球烘干至含水量≤2wt％，并送入氯化焙烧炉中。其中，铅锌氯化区的温度为500℃±15℃，氯化锌挥发区温度为850℃±10℃，氯化铅挥发区温度为1000℃±15℃。经氯化、挥发反应，得到的氯化锌粉尘挥发进入第一烟道，锌的挥发率达到97.62％，得到的氯化铅粉尘挥发进入第二烟道，铅的挥发率达到96.26％。铅锌氯化物挥发后的含铁球团进入到铁还原区，该区域温度为1250℃±30℃，铁氧化物与焦粉发生还原反应得到金属化球团，经出料区排出至冷却装置中，然后进行磨矿磁选回收得到铁，铁品位为92.5％，回收率为93.2％。

实施例2

本实施例中，铅锌冶炼渣的成分为：全铁含量22wt％，铅含量4wt％，锌含量17wt％。铅锌冶炼渣、氯化钙、兰炭、膨润土按照质量比为100：25：5：10进行混合造球，得到的生球烘干至含水量≤2wt％，并送入氯化焙烧炉中。其中，铅锌氯化区的温度为550℃±15℃，氯化锌挥发区温度为850℃±10℃，氯化铅挥发区温度为1050℃±15℃。经氯化、挥发反应，得到的氯化锌粉尘挥发进入第一烟道，锌的挥发率达到98.05％，得到的氯化铅粉尘挥发进入第二烟道，铅的挥发率达到97.03％。铅锌氯化物挥发后的含铁球团进入到铁还原区，该区域温度为1250℃±30℃，铁氧化物与兰炭发生还原反应得到金属化球团，经出料区排出至熔分装置中进行熔分处理回收得到铁，铁品位为95.6％，回收率为96.8％。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。