铅锌炉渣综合回收铜铅锌等可行性试验报告

PAGEPAGE18一、项目依据及开发研究的内容和意义1.1项目依据及意义铅矿有限公司是一家国有大中型生产企业，几十年来，为国家的铅、锌等有色金属生产作出了巨大贡献。公司冶炼厂在铅锌生产冶炼的同时，也产出了数以几十万吨计的铅锌冶炼废弃炉渣。这些炉渣，露天堆置，不仅占用渣场土地和空间，也带来水土流失和环境污染等社会问题。但从循环经济的角度，这里又是一处非常宝贵的二次资源集散地。铅锌废弃炉渣中不仅尚存在有铅、锌，还有铜、银及稀散金属铟等。因此，研究开发该冶炼废弃铅锌炉渣的综合利用工艺和途径，经济有效地全面综合利用废弃炉渣中的有价组分，对国家二次资源的高效开发利用，践行低碳经济和节能减排，促进当地经济的发展，都具有十分重要的意义。1.2项目开发研究的内容1）铅锌冶炼炉渣中铜、银等有价组分的高效浮选回收研究。2）低品位炉渣中烟化法回收铅、锌、铟等有价组分的研究。3）湿法分离铅、锌、铟的工艺研究。4）最终弃渣用作建材制品的工艺研究。5）环境保护方案规划。6）技术经济和社会效益分析。二、铅矿有限公司铅锌冶炼弃渣中铜银有价组分的浮选回收工艺研究2.1试样的采取和制样本次废弃炉渣综合回收的试样，全部由矿业有限公司采取和提供，矿样重为500kg。炉渣原样的代表性由取样方负责。试样运送到实验室后，首先摊晒晾干，再采取以下制样流程对炉渣试样进行制备，见图2-1。++2mm试验样（1kg袋装）多元素分析样环堆法混匀环锥切割法缩分移堆法混匀筛分筛分铅锌冶炼炉渣粒度分析样-2mm图2-1炉渣试样制备流程-2mm+2mm2.2铅锌冶炼炉渣原矿性质原矿为铅矿有限公司铅锌冶炼后的冶炼渣。原矿粒度粗细不等，颜色黑黄。有的呈团块疏松状，有的呈熔融状，质地较致密、坚硬。试样多元素化学分析结果见表2-1。表2-1铅锌冶炼炉渣多元素化学分析结果（%）元素CuPbZnFeAg（g/t）In（g/t）含量0.672.113.3025.1017.8014.002.3铅锌冶炼炉渣浮选回收铜、银试验2.3.1磨矿细度试验试验流程见图2-2，试验结果见表2-2。图2-2磨矿细度试验流程图2-2磨矿细度试验流程丁黄药10Z-200152#油10尾矿精矿丁黄药30Z-200402#油20磨矿细度变炉渣样药剂用量：g/t表2-2冶炼炉渣浮选磨矿细度试验结果（%）磨矿细度产品名称产率铜品位铜回收率-200目占80%精矿8.835.6273.92尾矿91.170.19226.08给矿100.000.671100.00-200目占85%精矿10.264.9575.36尾矿89.740.18524.64给矿100.000.674100.00-200目占90%精矿10.164.8773.66尾矿89.840.19726.34给矿100.000.672100.00-200目占95%精矿13.563.4168.94尾矿86.440.24131.06给矿100.000.670100.00从表2-2试验数据分析，炉渣浮铜粗选时，磨矿粒度太粗，铜的回收率不高；增加磨矿细度，有利铜的浮选回收率提高。但当一段磨矿细度超过-200占90%时，由于部分炉渣泥化，反而影响选铜回收率。故综合比较，粗选时一段磨矿细度以-200目占85%时为宜。2.3.2铜粗选捕收剂用量试验试验流程见图2-2。磨矿细度-200目占85%，2#油用量：粗一20g/t，粗二10g/t；变更捕收剂用量，其试验结果见表2-3。表2-3选铜捕收剂用量试验结果（%）捕收剂用量产品名称产率铜品位铜回收率丁黄药：20Z-200#：30精矿9.525.0771.96尾矿90.480.20828.06给矿100.000.671100.00丁黄药：30Z-200#：40精矿9.874.9773.03尾矿90.130.20126.97给矿100.000.672100.00丁黄药：40Z-200#：50精矿11.024.6676.14尾矿88.980.18123.86给矿100.000.675100.00丁黄药：50Z-200#：60精矿12.334.0774.39尾矿87.670.19725.61给矿100.000.674100.00从表2-3捕收剂用量试验结果来看，捕收剂以丁黄药40g/t，Z-200#50g/t两者组合成的组合捕收剂选铜效果为好。2.3.3铜粗选精矿精选试验1）粗精矿不磨矿精选试验铜粗选精矿不磨矿精选试验流程见图2-3，精选试验结果见表2-4。铜精矿铜精矿中1铜粗精矿石灰200丁黄药202#油10图2-3粗精不再磨精选试验流程石灰100丁黄药102#油5药剂用量：g/t中2表2-4铜粗精不再磨精选试验结果（%）产品名称产率铜品位铜回收率铜精矿45.438.1078.66中134.072.0514.94中220.501.466.40铜粗精100.004.67100.00从表2-4精选试验结果分析：铜粗精矿不再磨直接精选，精选效果不好。铜精矿品位偏低，铜的精选作业回收率也只有78.66%。2）铜粗精矿再磨精选试验铜粗精矿再磨精选试验流程见图2-4，再磨后精选试验结果见表2-5。-300目占90%-300目占90%铜粗精矿铜精矿中1石灰200丁黄药202#油10图2-4铜粗精矿再磨精选试验流程石灰100丁黄药102#油5药剂用量：g/t中2表2-5粗精再磨后精选试验结果（%）产品名称产率铜品位铜回收率铜精矿17.9621.6684.55中149.840.919.85中232.200.805.60铜粗精100.004.60100.00从表2-5粗精矿再磨精选试验结果分析：粗精矿再磨以后，铜粗精矿中的连生体得到较好解离，故有利于提高最终铜精矿的品位和回收率。2.3.4铅锌冶炼炉渣浮选铜银闭路流程试验铅锌冶炼炉渣浮选铜、银小型闭路试验流程见图2-5，小型闭路流程试验结果见表2-6。图2-5铅锌炉渣浮铜银小型闭路图2-5铅锌炉渣浮铜银小型闭路试验流程尾矿石灰100丁黄药102#油590%-300目丁黄药20Z-200252#油1085%-200目铅锌冶炼炉渣铜精矿丁黄药40Z-200502#油20药剂用量：g/t丁黄药10Z-20012 2#油5石灰200丁黄药202#油10表2-6铅锌冶炼炉渣浮铜银小型闭路流程试验结果（%）产品产率品位回收率CuAg（g/t）CuAg铜精矿2.1320.36478.8764.8659.79尾矿97.870.247.0135.1440.21给矿100.000.6717.06100.00100.00从表2-6的浮选小型闭路流程试验结果来看，通过一次粗磨，两次粗选，一次扫选得选铜粗精矿。选铜粗精矿经过二段再磨，二次精选后，可以得到含铜20.36%，含银478.87g/t的铜精矿，铜和银的回收率分别达到64.86%和59.79%。2.3.5铅锌冶炼炉渣浮铜后浮选铅锌探索试验浮铜后的炉渣通过化验，其多元素分析结果为：元素CuPbZnIn（g/t）Ag（g/t）含量0.2382.133.3514.16.78对于炉渣中的铅、锌，能否通过选矿给予富集呢？为此进行了专门的探索试验。浮选试验流程见图2-6，探索试验结果见表2-7。图2-6浮铜炉渣选铅锌探索试验流程图2-6浮铜炉渣选铅锌探索试验流程铅锌精矿尾矿浮铜尾矿矿CuSO45001000Y8940羟肟酸202#油20药剂用量：g/tCuSO4250500Y8920羟肟酸102#油10表2-7浮铜后炉渣浮选试验铅、锌探索试验结果（%）产品产率品位回收率备注PbZnPbZn铅锌粗精18.312.183.2018.7317.51CuSO4500g/t尾矿81.692.123.3881.2782.49浮铜炉渣100.002.133.35100.00100.00铅锌粗精35.682.193.2336.6434.44CuSO41000g/t尾矿64.322.103.4163.3665.56浮铜炉渣100.002.133.34100.00100.00由表2-7试验结果可见，浮铜后炉渣中的铅、锌，用普通物理选矿方法是不能进行有效分选的。铅锌精矿、尾矿与给矿中铅、锌品位几乎一样，没有富集现象。推测可能是铅锌以一种包裹体的氧化态形式存在，故物理分选起不到富集作用。三、浮铜后炉渣烟化法处理回收铅锌试验3.1烟化回收炉渣中有价成分分析浮铜、银后的炉渣，其有价成分见表3-1。表3-1浮铜银后炉渣成分（%）元素PbZnCuSFeSiO2CaO其它合计含量2.133.350.241.3525.522.7314.5230.18100.00从表3-1分析结果可知，该炉渣中铅、锌品位偏低。3.2铅锌冶炼炉渣处理方法的选择处理铅锌炉渣，回收铅、锌等有价金属的工艺方法主要有两种：挥发窑挥发和烟化炉吹炼。两种方法比较，挥发窑挥发的缺点是占地面积大，工程投资高，燃料消耗率高，耐火材料消耗大，需要焦粉做燃料，运行成本高。其优点是操作相对简单，进行余热回收时所产蒸汽的连续性好。烟化炉吹炼的缺点是生产作业间断进行，操作管理比较麻烦。其优点是投资相对较少，不但可以处理液态渣也可以处理固态冷料渣，还可以采用低廉的煤或天然气做燃料。综合考虑各种因素，本项目采用烟化炉吹炼方法回收冶炼铅锌炉渣中的铅锌，并综合考虑回收铟。3.3烟化炉回收铅锌的基本原理在烟化炉中，主要的化学反应如下：在600～700℃条件下，CO还原金属氧化物（如ZnO、PbO）平衡时Pco(CO的分压)与(CO和CO2的压力之和)之比列于表3-2。表3-2CO还原金属氧化物平衡时Pco与P(CO+CO2)之比项目温度℃Pco//%PbO6500.5SnO2600～70022～24Fe3O4-FeO70035FeO-Fe600～70065～70ZnO600～7001000从表3-2可知，在600～700℃时，CO还原ZnO是非常困难的。由于铅、锡等氧化物的还原过程是放热反应，其平衡常常会随温度的升高而降低。而氧化锌的还原是一个强烈的吸热反应，因此该反应的平衡常数将随温度的升高急剧增大。这就是说，升高温度对氧化锌的还原过程是非常有利的。在1100～1300℃时，ZnO的还原FeO还容易进行。烟化炉就是在1250～1300℃的温度下，控制炉内适当的还原气氛，使锌、铅等金属氧化物还原挥发进入烟尘，同时抑制FeO的还原使炉子能正常操作。烟化炉上部空间的主要氧化反应为：烟化过程采用周期性作业。每一周期分为升温阶段和还原阶段。吹炼时把空气和粉煤吹入炉内熔渣中，炉内熔池温度和还原气氛靠调整粉煤和空气量的比例来实现。升温阶段空气过剩系数为0.8～1.0，碳几乎完全燃烧，以使固体炉渣完全熔化并使炉温升到1250～1300℃。还原阶段空气过剩系数为0.5～0.7，以确保炉内还原气氛，使熔融的铅锌氧化物中的氧化锌还原成锌蒸汽，进入气相。气相中的锌在炉子的上部空间再被氧化成氧化锌，以烟尘状态被收集。同时，SnO、PbO也以同样的方式进入烟尘中。3.4烟化法生产工艺流程铅锌冶炼炉渣磨矿浮选铜银后，再经浓缩脱水，用卡车运送至烟化炉系统，经刮板给料机以固态形成加入烟化炉中。在鼓入的空气和粉煤的加热、还原下，炉渣中的铅、锌等有价金属大部分进入烟气中。这些有价金属在烟化炉的上部被空气中的氧气氧化成氧化物，并随烟气进入收尘系统的淋水冷却器，表面冷却器和布袋收尘器中，以氧化物的形式被回收下来。主要工艺流程如图3-1所示。3.5技术指标本项目采用的烟化原料为浮选后炉渣是一种固体冷料，故应采用合适的加料方式，使冷炉渣均匀地加入烟化炉中，同时延长加料时间，保证烟化炉正常生产。放空放空烟气烟尘最终炉渣含尘烟气烟气烟尘空气煤浮铜后冶炼炉渣球磨粉煤烟化炉加热、还原、氧化冷却器冷却收尘布袋收尘图3-1烟化炉生产工艺流程图由于设计的处理量为300t/d，选用10m2的烟化炉一台，则设计取烟化炉的处理能力为30t/m2•d。主要技术指标如下：烟化炉床能力/t•m-2•d-130烟化炉燃料率（用烟煤做燃料）/%32烟化炉操作周期/min•炉-1150～180锌挥发率/%85.6铅挥发率/%85.0烟尘产出率/%15.68烟化炉弃渣/%Zn0.50PbO0.31烟化炉烟气出口温度/℃1100～1200采用烟化炉生产时，应特别注意渣料成分的变化，对SiO2及CaO和MgO的含量必须十分重视，以防止渣熔点过高，粘度过大，影响炉子的正常作业。烟化炉可以有效地使渣中的有价铅锌等金属进入挥发烟尘中，其产品可以直接外销。但如能对烟尘作进一步湿法处理，分别回收其中的铅锌金属，将会明显提高企业的经济效益，同时企业也更能抵御市场风险。四、用湿法冶金法从烟化法挥发烟灰中回收铅、锌、铟等金属本项目采用湿法冶金法从烟化挥发烟尘中回收铅、锌、铟等有价金属。其原则流程见图4-1。水循环水循环有机循环电解液循环阴极产品浸出净化柱萃取反萃取电积残渣直流电烟化法挥发烟尘图4-1顺序湿法冶金法回收铅锌等有价金属原则流程4.1酸性浸出浸出条件：H2SO4浓度：1.0mol/L固液比：1/10滞留时间：1.0h浸出温度：室温搅拌速度：800rpm铅浸出率：85%锌浸出率：93%铟浸出率：>80%4.2萃取用阳离子交换剂和Lix622和Lix984，从经过净化的浸出液中分别选择性萃取Pb、Zn和In。4.3反萃取利用高酸度电解液从有机提取物中反萃Pb、Zn等有价金属。如锌的反萃反应式为：4.4电积采用不同的电积条件，就可以从反萃母液中分别沉积出金属Pb、Zn和In。以锌为例，采用锌电积操标准条件，以铝板作阴极，电积按以下反应式进行：在铝阴极板上，将获得高纯金属锌。五、最终弃渣处理5.1利用弃渣生产混凝土空心砌块或实心砖由于普通炉渣活性相对低，通过加入氢氧化钙和石膏来激发活性，经过水泥胶砂试验，初步确定其配方为：水泥：40%，炉渣粉磨料35%，石膏5%，熟石灰10%，粉煤灰10%，早强剂氯化钙3%。根据混凝土砌块加压成型的特点，采用干硬性混凝土且按国家标准尺寸要求成型，砌体尺寸390×190×190mm，在混凝土震动台上震动并辅以人工挤压成型。成品采用自然养护。5.2利用弃渣制作水泥添加料利用冶炼废弃炉渣含铁量高的特点，以炉渣代替普通水泥配方中使用的铁粉，在这种水泥原料配方中，炉渣的用量一般在5%左右。若另外配入一些成分，达到符合水泥制作的要求，则炉渣的消耗量很大。通过测试，对含铁炉渣制作的水泥，其性能不仅符合GB1346-77的规定，而且某些性能还优于一般的水泥。六、环境保护方案规划6.1采用的环境保护标准《环境空气质量标准》（GB3095-1996）中二级标准《污水综合排放标准》（GB8978-1996）表1中一级标准《声环境质量标准》GB3096-2008）中2类标准……6.2主要污染物和污染物治理方式本项目新增主要污染物及污染治理方式如下表：类别污染物来源污染物治理方式排放方式废水工艺用浆水SS、COD等循环使用不外排废气锅炉烟气TSP、SO2、NO2文丘里水膜除尘、脱硫30m烟囱外排废气炉渣冶炼弃渣、锅炉灰渣灰、渣免烧砖、水泥辅料外销6.3废水治理项目选矿工艺中产生的矿浆用水，经浓缩脱水后，所有的工艺用水，经沉淀澄清后用水泵打回选厂1000m3高位水池，作为生产用水在工艺中循环使用，不外排。6.4废气处理项目在烟化工艺中产生的烟气，拟采用文丘里水膜除尘器除尘脱硫，治理效率达90%以上。处理后的废气经30m高烟囱外排。其粉尘、SO2等能达到国家污染物排放标准。6.5噪声治理对设备噪声源强超过95dB的设备，采用安装消声及减震装置处理。将所有噪声设备全部设置于车间内，有了厂房阻隔，降噪效果良好，可达到国标要求的厂界噪声标准。6.6固体废物本项目最终冶炼弃渣，全部用作建材，或作为水泥添加料外销。不存在固废污染。七、投资及资金筹措方案八.综合技术经济指标测算8.1项目综合技术经济指标估算表8-1综合技术经济指标估算表项目单位数量浮选处理能力t/d300处理炉渣铜品位%0.67铜精矿品位%21选矿回收率（Cu）%65铜精矿产率%2.13铜精矿含金属量（Cu）t/a431烟化、湿法冶金工艺能力t/d290炉渣铅品位%2.13炉渣锌品位%3.35烟化、湿法铅回收率%82烟化、湿法锌回收率%85烟化、湿法铅金属量t/a1519烟化、湿法锌金属量t/a2477成本及费用总成本万元/a6500其中：生产成本万元/a6250管理费用万元/a50销售费用万元/a80财务费用万元/a120销售收入、税金