一种处理锌浸出渣的设备及方法与流程

本发明属于冶金技术领域，尤其涉及一种处理锌浸出渣的设备及方法。

背景技术：

锌冶炼工艺技术以湿法冶炼为主，按浸出液除铁工艺的不同，可分为针铁矿法、赤铁矿法和黄钾铁矾法等。其中，黄钾铁矾法由于易沉淀析出、溶解度低、过滤性好、试剂消耗少和生产成本低而应用最广。黄钾铁矾法沉矾工序就是把锌浸出溶液中的铁元素选择性地形成沉淀，从而达到铁和锌分离的最终目的。但是在沉矾过程中除了形成铁矾，还有一部分的锌、铅、银等有价金属以硅酸盐和硫酸盐的形式和铁矾一起进入铁矾渣。

目前对锌浸渣的处理方法主要有高温还原挥发法和水溶液浸出方法两种类型。高温还原挥发法是在锌浸渣中配入焦粉作为还原剂，在回转窑或者烟化炉中进行高温焙烧或者熔炼，使有价金属铅、锌、银、铟等还原挥发。水溶液浸出方法有两种类型，一种是直接将锌浸渣用酸或碱进行浸出；第二种是将锌浸渣在500-700℃之间预先焙解，经焙解后的渣再采用酸或者碱溶液浸出锌浸渣中的金属。

高温还原挥发法的优势是可以同时回收锌浸渣中的铅、锌、铟等，将这些元素全部收集至氧化锌烟尘中，但该方法能耗高，且产出的含铁渣由于在挥发锌过程中呈熔体状态，熔体中混入大量硅酸盐，导致含铁渣中铁的收率较低。水溶液浸出法的优势是经浸出后的含铁渣中铁的含量达到55％左右，但渣中锌含量较高，锌含量普遍在1％以上，因这部分锌主要是以铁酸锌形式存在，在铁作为炼铁原料使用时，锌会对炼铁过程造成不利影响。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提出一种处理锌浸出渣的设备及方法，可分别回收铅、锌和铁，得到纯净的铅、锌粉尘和金属铁粉，且工艺流程较短，操作简单。

本发明的目的之一是提供一种处理锌浸出渣的设备，包括预焙烧装置、煤粉喷吹装置和还原装置；

所述预焙烧装置包括成型料入口、第一烟道和预焙烧料出口，所述第一烟道位于所述预焙烧装置的顶部；

所述煤粉喷吹装置包括传送器和煤粉加料器，所述传送器倾斜设置，多个所述煤粉加料器设置在所述传送器的上方，所述煤粉加料器沿所述传送器的运动方向排布；

所述煤粉加料器包括输煤管道、高压气体管道、喷枪和煤粉分散器，所述喷枪的进气端连接所述高压气体管道，出气端连接所述煤粉分散器，所述输煤管道位于所述高压气体管道的侧壁上，并与所述高压气体管道连通；

所述还原装置包括混合料入口、第二烟道和还原物料出口，所述第二烟道位于所述还原装置的顶部；

所述预焙烧装置的预焙烧料出口连接所述传送器的一端，所述传送器的另一端连接所述还原装置的混合料入口。

在本发明的一些实施例中，所述预焙烧装置的成型料入口处设有倾斜的弹性挡板，所述弹性挡板的一端固定在所述预焙烧装置上，所述弹性挡板与竖直方向的夹角为30～45°。

作为本发明优选的方案，所述煤粉加料器的数量为2～5个，相邻所述煤粉加料器的间距为2～3m。

进一步的，本发明的设备还包括成型装置，所述成型装置包括渣料颗粒入口和成型料出口，所述成型料出口连接所述预焙烧装置的成型料入口。

进一步的，所述传送器与水平方向的夹角为15～30°。

进一步的，本发明的设备还包括熔分炉，所述熔分炉包括还原物料入口和铁水出口，所述还原装置的还原物料出口连接所述熔分炉的还原物料入口。

本发明的另一目的是提供一种利用上述的设备处理锌浸出渣的方法，包括以下步骤：

a、将锌浸出渣的成型料送入预焙烧装置，在1050～1180℃进行焙烧，生成含铅烟气和预焙烧料，所述含铅烟气由第一烟道排出，冷却获得氧化铅粉尘；

b、将所述预焙烧料送至煤粉喷吹装置的传送器上，所述预焙烧料在所述传送器上移动时，煤粉加料器向所述预焙烧料喷吹煤粉，获得混合料；

c、所述传送器将所述混合料送入还原装置，在1100～1280℃进行加热，发生还原反应，获得含锌烟气和还原物料，所述含锌烟气由第二烟道排出，冷却获得氧化锌粉尘。

作为本发明优选的方案，所述煤粉的粒度≤0.5mm。

进一步的，步骤b中，喷吹的煤粉为所述预焙烧料质量的10～25％。

进一步的，在步骤a之前包括步骤：将锌浸出渣的渣料颗粒进行成型处理，获得所述成型料。

在本发明的一些实施例中，将所述还原物料送入熔分炉，进行熔分处理，获得铁水和熔渣。

本发明提供的处理锌浸出渣的设备及方法，对锌浸出渣进行预焙烧处理获得氧化铅粉尘；对预焙烧料喷吹煤粉后进行还原，可分离出纯净的氧化锌粉尘，并还原出铁氧化物；采用喷吹煤粉工艺，可使得预焙烧料与煤粉混合的更均匀，增加热量传递，促进还原反应的进行；预焙烧后的物料直接进行还原反应，充分利用了预焙烧料的余热。

附图说明

图1是本发明实施例设备的结构示意图。

图2是本发明实施例的煤粉加料器的结构图。

图3是本发明实施例的方法流程图。

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。

本发明中所述的“连接”，除非另有明确的规定或限定，应作广义理解，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连。

常规锌浸出渣的主要成分是铁、铅和锌，还有少量微量元素。渣中锌含量较高，且锌主要以铁酸锌(znfe2o4)和硫酸锌(znso4)的形式存在，渣中铅主要以铅矾(pbso4)及铅铁矾的形式存在。其中，铁酸锌是一种稳定的化合物，在25-1530℃的温度范围内不发生分解，硫酸锌在930℃下分解为zno和so3，而氧化锌的挥发温度为1200℃。硫酸铅的分解温度为1000℃，在该温度下分解为pbo，而氧化铅的挥发温度为750℃，这样就奠定了对铅锌渣进行原料预处理前期将铅与锌和铁分离的理论基础。

如图1所示，本实施例提供一种处理锌浸出渣的设备，包括成型装置1、预焙烧装置2、煤粉喷吹装置3、还原装置4和熔分炉5。本实施例的设备首先对原料做成型及焙烧的预处理，提取铅元素，然后向预焙烧料喷吹一定量的还原煤粉，再进行直接还原回收锌和铁。

成型装置1用于将锌浸出渣配加一定量的粘结剂做成型处理。本实施例的成型装置1为造球机，包括渣料颗粒入口11和成型料出口12。本实施例在成型装置1之前还设置了破碎装置(图中未示出)，破碎装置可将锌浸出渣破碎为用于成型的渣料颗粒，渣料颗粒的粒度≤3mm，渣料颗粒由成型装置1的渣料颗粒入口11进入。

预焙烧装置2用于物料的预焙烧，包括渣料颗粒入口21、第一烟道22和预焙烧料出口23。成型装置的成型料出口12通过传送带13连接预焙烧装置的成型料入口21。预焙烧装置2的温度为1050～1180℃，优选为1100～1150℃，成型料在预焙烧装置2进行预焙烧，其中的铅成分受热挥发，挥发率达到95.38％以上，获得预焙烧料。预焙烧料中铅含量可降低至0.45％(质量百分比)以下。第一烟道22位于预焙烧装置2的顶部，含铅烟气在第一烟道22冷却，可收集氧化铅粉尘。

预焙烧装置的成型料入口21处设有倾斜的弹性挡板24，弹性挡板24由弹性材料制成，其一端固定在预焙烧装置2上，弹性挡板24与竖直方向的夹角为30～45°。当有物料进入时，物料的重力使得弹性挡板24适当变形，物料可有序通过，进入预焙烧装置2，当物料通过后弹性挡板24恢复原状，保证预焙烧的空间封闭。在预焙烧料出口23处也可设置与弹性挡板24类似的出料弹性挡板，进一步加强预焙烧的空间封闭性。

煤粉喷吹装置3包括传送器31和煤粉加料器32。传送器31为链板即可，传送器31倾斜设置，优选的，其与水平方向的夹角为15～30°，这样一方面能够保证预焙烧料被顺利输送到还原装置4中，另一方面能够保证煤粉喷吹的更加均匀，增大与预焙烧料的接触面积。多个煤粉加料器32安装在传送器31的上方，煤粉加料器32沿传送器31的运动方向排布。本实施例中，煤粉加料器32的数量为2～5个，相邻煤粉加料器32之间的间距为2～3m。这样可使得煤粉喷吹均匀，预焙烧料与煤粉充分接触。

如图2所示，本发明实施例的煤粉加料器32包括高压气体管道321、输煤管道322、喷枪323、煤粉分散器324和锁气阀325。高压气体管道321为高压气体的输送管道，输煤管道322位于高压气体管道321的侧壁上，与高压气体管道321连通。高压气体管道321连接喷枪323的进气端，在喷枪323的出气端安装有煤粉分散器324。煤粉分散器324设有锥形的内腔，可扩大气体喷吹覆盖的面积，在煤粉分散器324的底部密布通孔，通孔与煤粉分散器324的内腔连通。高压气体与煤粉在高压气体管道321内混合后，由喷枪323进入煤粉分散器324的锥形腔，之后通过煤粉分散器324底部的通孔喷出。在喷枪323上增设煤粉分散器324，可将煤粉均匀的分布到预焙烧料上。在喷枪323上设有锁气阀325，锁气阀325即止回阀，防止气体回流确保气体被安全输送。煤粉分散器324与传送器31的上表面相对，确保煤粉喷吹到传送器31的预焙烧料上，形成预焙烧料和煤粉的混合料。

喷吹煤粉的目的是为了实现锌和铁氧化物的还原，实现煤粉与预焙烧料的充分接触，以便能够充分利用预焙烧料本身的热量，提供一种还原性气氛，以便预焙烧料能更好的还原，得到还原物料。

采用预焙烧与喷吹煤粉相结合的工艺可以使物料与煤粉混合更加均匀，省去混料设备，缩短工艺流程，降低工艺成本；此外还可以避免粉料在后续还原中结圈现象的出现，为实际生产带来便利。

还原装置4为预焙烧料发生还原的装置，本实施例的还原装置4为回转窑。还原装置包括混合料入口41、第二烟道42和还原物料出口43，第二烟道42位于还原装置的顶部。预焙烧装置的预焙烧料出口23连接传送器31的一端，传送器31的另一端连接还原装置的混合料入口41。还原装置4的窑体与水平方向的夹角为4～6°，有利于物料由混合料入口41移动到还原物料出口43。

混合料进入还原装置4后，进行直接还原，还原温度为1100～1280℃，优选为1150～1250℃，还原时间为35～60min(分钟)，优选40～50min。在该还原温度和还原时间条件下，能保证锌和铁能够被还原，分离和回收。锌氧化物被还原变成单质锌，达到挥发温度后由第二烟道42进行回收。锌的挥发率达到了97.5％以上，第二烟道42得到的高纯氧化锌粉中氧化锌含量达到98.90％以上，铅含量小于0.075％，有利于后续浸出提锌。

得到的还原物料中含有大量的金属铁，可通过磨矿磁选或熔分处理，得到铁精粉或铁水，本实施例以熔分处理为例。

熔分炉5用于还原物料的熔融，使得铁水与熔渣分离，选用本领域的常用熔分炉5即可。熔分炉包括还原物料入口51和铁水出口52，还原装置的还原物料出口43连接熔分炉的还原物料入口51。还原物料在熔分炉5内1550～1650℃加热，熔融后分离出铁水和熔渣。

如图3所示，另一方面，本实施例提供一种利用上述的设备处理锌浸出渣的方法，包括以下步骤：

1、将锌浸出渣的渣料颗粒进行成型处理，获得成型料。将物料进行成型处理，例如造球，更有利于后续工艺的进行。

2、将锌浸出渣的成型料送入预焙烧装置，在1050～1180℃进行焙烧，优选为1100～1150℃，时间为20～35min，优选25～30min，生成含铅烟气和预焙烧料，含铅烟气由第一烟道排出，冷却获得氧化铅粉尘。

3、将预焙烧料送至煤粉喷吹装置的传送器上，预焙烧料在所述传送器上移动时，煤粉加料器向预焙烧料喷吹煤粉，获得混合料；煤粉的粒度≤0.5mm，优选0.15mm～0.5mm，该粒度下增大了喷吹煤粉与预焙烧料的接触面积，促进还原反应的充分进行，煤粉的喷吹量为预焙烧料质量的10～25％，优选15～25％。

4、传送器将混合料送入还原装置，在1100～1280℃进行加热，优选1150～1250℃，发生还原反应，还原时间35～60min，优选40～50min，获得含锌烟气和还原物料，含锌烟气由第二烟道排出，冷却获得氧化锌粉尘。

5、将还原物料送入熔分炉，进行熔分处理，获得铁水。

进一步的，在步骤1之前包括步骤：将锌浸出渣进行破碎处理，获得粒度≤3mm的渣料颗粒，优选为0.15～0.5mm，锌浸出渣的破碎有利于原料成型，同时又能够增大直接还原过程中与煤粉的接触面积，有助于直接还原反应的进行。

本实施例所处理的常规锌浸出渣的成分为(质量比)：铁含量为30％～34％，锌含量为16％～20％，铅含量为1％～5％；经高温高酸浸出后渣成分为：全铁24～27％，锌含量2～5％，铅含量为2～5％。

本实施例的有益效果如下：

(1)锌浸出渣成型后经过预焙烧处理可以回收氧化铅粉尘，向预焙烧料喷吹一定量的煤粉直接参与还原反应，可以分离回收得到纯净的氧化锌粉尘，与此同时铁氧化物也被还原出来，经磨矿磁选或熔分得到高品位的金属铁粉。

(2)预焙烧装置设有挡板和烟道，自成一个独立且封闭的反应空间，且能分离回收氧化铅粉尘。

(3)采用喷吹煤粉工艺可以使预焙烧料与煤粉混合更加均匀，增加热量传递，促进还原反应的进行，同时省去混料设备，缩短工艺流程，降低工艺成本。

(4)原料成型及预焙烧处理工艺可以避免直接还原过程中原料在窑体设备中结圈，为实际生产带来便利。

(5)预焙烧料直接进行还原反应，可以对预焙烧料的余热进行二次利用，有效降低还原装置的能耗。

(6)锌浸出渣经过预焙烧后，可以节省直接还原反应过程中碳质还原剂(煤粉)的用量(省去铅的还原挥发的耗碳量)，从而降低碳的排放量。

(7)经过预焙烧后铅的挥发率达到95.38％以上，预焙烧除铅后的浸出渣中铅含量可降低至0.45％以下；得到的高纯氧化锌粉中氧化锌含量达到98.90％以上，铅含量小于0.075％。

实施例1

本实施例所用锌浸出渣的成分为：全铁含量为30.26wt％，锌含量为17.52wt％，铅含量为2.06wt％。处理流程为：

1、将锌浸出渣的粒度破碎至0.15mm～0.5mm的质量占比70％以上，获得渣料颗粒。

2、将渣料颗粒进行成型处理，获得成型料。

3、将成型料送入预焙烧装置，在1050℃进行焙烧，时间为35min，生成含铅烟气和预焙烧料，含铅烟气由第一烟道排出，冷却获得氧化铅粉尘。

4、将预焙烧料送至煤粉喷吹装置的传送器上，预焙烧料在所述传送器上移动时，煤粉加料器向预焙烧料喷吹煤粉，获得混合料；煤粉的粒度≤0.5mm，优选0.15mm～0.5mm的质量占比80％以上，煤粉的喷吹量为预焙烧料质量的15％。本实施例的煤粉选用焦粉，其各成分的质量占比为：固定碳86.15％、挥发分1.52％、灰分10.52％、水分0.42％、硫0.72％。

5、传送器将混合料送入还原装置，在1100℃进行加热，发生还原反应，还原时间60min，获得含锌烟气和还原物料，含锌烟气由第二烟道排出，冷却获得氧化锌粉尘。

6、将还原物料送入熔分炉，进行熔分处理，获得铁水和熔渣。

本实施例中，铅的挥发率为95.66％，第一烟道得到的高纯度氧化铅粉中氧化铅含量达到95.5％以上；锌的挥发率为98.20％，第二烟道得到的高纯氧化锌粉中氧化锌含量达到98.92％，铅含量小于0.070％；还原物料做熔分处理，最终得到全铁品位为96.52％，回收率为96.95％。

实施例2

本实施例所用锌浸出渣的成分为：全铁含量为32.48wt％，锌含量为18.86wt％，铅含量为4.26wt％。处理流程为：

1、将锌浸出渣的粒度破碎至0.15mm～0.5mm的质量占比70％以上，获得渣料颗粒。

2、将渣料颗粒进行成型处理，获得成型料。

3、将成型料送入预焙烧装置，在1180℃进行焙烧，时间为20min，生成含铅烟气和预焙烧料，含铅烟气由第一烟道排出，冷却获得氧化铅粉尘。

4、将预焙烧料送至煤粉喷吹装置的传送器上，预焙烧料在所述传送器上移动时，煤粉加料器向预焙烧料喷吹煤粉，获得混合料；煤粉的粒度≤0.5mm，优选0.15mm～0.5mm的质量占比80％以上，煤粉的喷吹量为预焙烧料质量的20％。本实施例的煤粉选用焦粉，其各成分的质量占比为：固定碳86.15％、挥发分1.52％、灰分10.52％、水分0.42％、硫0.72％。

5、传送器将混合料送入还原装置，在1250℃进行加热，发生还原反应，还原时间40min，获得含锌烟气和还原物料，含锌烟气由第二烟道排出，冷却获得氧化锌粉尘。

6、将还原物料送入熔分炉，进行熔分处理，获得铁水和熔渣。

本实施例中，铅的挥发率为96.54％，第一烟道得到的高纯度氧化铅粉中氧化铅含量达到96.92％；锌的挥发率为98.87％，第二烟道得到的高纯氧化锌粉中氧化锌含量达到99.02％，铅含量小于0.058％；还原物料做熔分处理，最终得到全铁品位为97.36％，回收率为97.53％。

实施例3

本实施例所用锌浸出渣的成分为：全铁含量为25.64wt％，锌含量为3.46wt％，铅含量为3.24wt％。处理流程为：

1、将锌浸出渣的粒度破碎至0.15mm～0.5mm的质量占比70％以上，获得渣料颗粒。

2、将渣料颗粒进行成型处理，获得成型料。

3、将成型料送入预焙烧装置，在1100℃进行焙烧，时间为30min，生成含铅烟气和预焙烧料，含铅烟气由第一烟道排出，冷却获得氧化铅粉尘。

4、将预焙烧料送至煤粉喷吹装置的传送器上，预焙烧料在所述传送器上移动时，煤粉加料器向预焙烧料喷吹煤粉，获得混合料；煤粉的粒度≤0.5mm，优选0.15mm～0.5mm的质量占比80％以上，煤粉的喷吹量为预焙烧料质量的10％。本实施例的煤粉选用焦粉，其各成分的质量占比为：固定碳86.15％、挥发分1.52％、灰分10.52％、水分0.42％、硫0.72％。

5、传送器将混合料送入还原装置，在1280℃进行加热，发生还原反应，还原时间35min，获得含锌烟气和还原物料，含锌烟气由第二烟道排出，冷却获得氧化锌粉尘。

6、将还原物料送入熔分炉，进行熔分处理，获得铁水和熔渣。

本实施例中，铅的挥发率为96.02％，第一烟道得到的高纯度氧化铅粉中氧化铅含量达到95.8％；锌的挥发率为98.56％，第二烟道得到的高纯氧化锌粉中氧化锌含量达到98.96％，铅含量小于0.064％；还原物料做熔分处理，最终得到全铁品位为97.02％，回收率为97.05％。

实施例4

本实施例所用锌浸出渣的成分为：全铁含量为30.57wt％，锌含量为18.62wt％，铅含量为3.19wt％。处理流程为：

1、将锌浸出渣的粒度破碎至0.15mm～0.5mm的质量占比70％以上，获得渣料颗粒。

2、将渣料颗粒进行成型处理，获得成型料。

3、将成型料送入预焙烧装置，在1150℃进行焙烧，时间为25min，生成含铅烟气和预焙烧料，含铅烟气由第一烟道排出，冷却获得氧化铅粉尘。

4、将预焙烧料送至煤粉喷吹装置的传送器上，预焙烧料在所述传送器上移动时，煤粉加料器向预焙烧料喷吹煤粉，获得混合料；煤粉的粒度≤0.5mm，优选0.15mm～0.5mm的质量占比80％以上，煤粉的喷吹量为预焙烧料质量的25％。本实施例的煤粉选用焦粉，其各成分的质量占比为：固定碳86.15％、挥发分1.52％、灰分10.52％、水分0.42％、硫0.72％。

5、传送器将混合料送入还原装置，在1150℃进行加热，发生还原反应，还原时间50min，获得含锌烟气和还原物料，含锌烟气由第二烟道排出，冷却获得氧化锌粉尘。

6、将还原物料送入熔分炉，进行熔分处理，获得铁水和熔渣。

本实施例中，铅的挥发率为96.46％，第二烟道得到的高纯度氧化铅粉中氧化铅含量达到96.3％；锌的挥发率为98.78％，第二烟道得到的高纯氧化锌粉中氧化锌含量达到99.03％，铅含量小于0.061％；还原物料做熔分处理，最终得到全铁品位为97.63％，回收率为97.82％。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。