CN117535520A - 一种铁粉内循环强化含铅废渣还原造锍熔炼的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁粉内循环强化含铅废渣还原造锍熔炼的方法，包括：将含铅废渣还原造锍熔炼工艺产生的次生废物铁锍进行破碎，而后与还原剂进行混合，制得混匀料；将混匀料投入到焙烧设备中，在焙烧设备内依次与从高温烟气发生热交换反应，并形成预热区、氧化区和还原区；焙烧后的热渣进入冷却窑中冷却，冷却后的焙烧产物自产铁粉替换外购铁粉返回到含铅废渣还原造锍熔炼工序；焙烧过程中产生的集尘灰返回到铅熔炼系统回收其中的贵金属，烟气经过处理后达标排放。本发明能够有效的将熔炼产生的铁锍转化为含铅废渣还原造锍熔炼工艺必需的原料铁氧化物，实现自产废弃物向原料转变的内部循环，降低了成本，提高了经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及固体废物资源化和有色冶金技术领域，具体涉及一种铁粉内循环强化含铅废渣还原造锍熔炼的方法。
背景技术
我国铜铅锌冶炼企业每年会产生数千万吨的含铅废渣，如火法冶炼企业产生的烟尘、熔炼渣，湿法冶炼企业产生的浸出渣、置换渣、铅银渣、铅泥等，不同冶炼废渣的成分和物相差异较大，同时还含有Cu、Sn、Bi、Au、Ag等多种有价金属。由于富含的有色金属自身的毒性和危害性，这些废渣多属于危险废物。
现行的铅冶炼工艺多只能处理单一种类的物料，不同种类的含铅废渣很难全部在一种炉子中完成全部处理，无法进行集中处理，综合处理这些低铅和硫含量都不高的含铅固废一直是一个难题。为适应含铅废渣的特性，开发了一种含铅废渣的还原造锍熔炼工艺，即如图1所示，主要利用单质铁或磁性铁的固硫沉淀反应，即在1000~1300℃的温度下将含铅废渣、自产烟灰、焦炭、外购铁粉（铁屑或磁性铁）进行侧吹还原熔炼，硫与铁反应生成硫化亚铁固定在铁锍中，铅化合物被还原成金属铅，其中富含的金、银、铋、锡等有价金属可捕收在铅合金中。该工艺可实现多种含铅废渣的一步炼铅，同时回收金、银等有价金属，完成有价固体废弃物的清洁处置和资源化。
但作为上述工艺核心的固硫剂铁屑或磁性铁，其来源有限，近年来价格逐渐上升，限制了该技术的推广应用；而熔炼产生的大量铁锍主要成分是硫化亚铁，直接外售的价格较低，被大量堆存，如何高效利用自身产生的铁资源也值得关注。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处，本发明提供一种铁粉内循环强化含铅废渣还原造锍熔炼的方法。
本发明公开了一种铁粉内循环强化含铅废渣还原造锍熔炼的方法，用于将含铅废渣还原造锍熔炼工艺产生的次生废物铁锍转化为含铅废渣还原造锍熔炼工艺所需的铁粉原料；包括：
将含铅废渣还原造锍熔炼工艺产生的次生废物铁锍进行破碎；
将破碎后铁锍与还原剂进行混合，制得混匀料；
将混匀料投入到焙烧设备中，在焙烧设备内依次与从高温烟气发生热交换反应，并形成预热区、氧化区和还原区；
焙烧后的热渣进入冷却窑中冷却，冷却后的焙烧产物自产铁粉替换外购铁粉返回到含铅废渣还原造锍熔炼工序；
焙烧过程中产生的集尘灰返回到铅熔炼系统回收其中的贵金属，烟气经过处理后达标排放。
作为本发明的进一步改进，铁锍的主要成分是FeS，其中铁品位为45%~50%，硫品位为15%左右，即12~18%。
作为本发明的进一步改进，铁锍破碎后粒度控制范围为10~50mm。
作为本发明的进一步改进，所述还原剂包括焦粉、烟煤、无烟煤中的至少一种，所述还原剂的添加量为铁硫质量的10%~25%。
作为本发明的进一步改进，在制得混匀料时，还可在铁锍与还原剂中加入高铁废渣。
作为本发明的进一步改进，所述高铁废渣为铁屑、氧化铁矿或氧化铁物料，包括黄铁矿烧渣、湿法冶金的富铁渣、加工铁屑、富氧铁的尾矿中的至少一种。
作为本发明的进一步改进，所述焙烧设备采用回转窑或转炉。
作为本发明的进一步改进，所述焙烧设备的高温区温度控制900~1050℃，停留时间为3~4h，鼓风量为100~180Nm3/min，窑口静压为20~25KPa。
作为本发明的进一步改进，自产铁粉的铁品位不低于55%，硫品位不高于8%。
作为本发明的进一步改进，自产铁粉替换原外购铁粉的替换率为50%~80%。
作为本发明的进一步改进，自产铁粉替换原外购铁粉的替换率为60%。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明是含铅废渣还原造锍熔炼工艺的延伸与发展，能够有效的将熔炼产生的铁锍转化为含铅废渣还原造锍熔炼工艺必需的原料铁氧化物，实现自产废弃物向原料转变的内部循环；一方面能够减轻铁锍堆存造成的环境危害，降低厂内大量铁锍的库存占用成本，实现次生固废的再利用；另一方面铁锍转变后的铁氧化物替代原料，可以直接降低外购铁粉的采购量，节省了大量的成本；同时铁锍焙烧时产生的集尘灰富集了铅、银、铋等大量的有价金属，可进行回收利用，并创造价值。
附图说明
图1为现有含铅废渣的还原造锍熔炼工艺的流程图；
图2为本发明公开的铁粉内循环强化含铅废渣还原造锍熔炼的方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
如图2所示，本发明提供一种铁粉内循环强化含铅废渣还原造锍熔炼的方法，用于将含铅废渣还原造锍熔炼工艺产生的次生废物铁锍转化为含铅废渣还原造锍熔炼工艺所需的部分铁粉原料，即采用自产铁粉替代大部分的外购铁粉进行含铅废渣还原造锍熔炼工艺；具体包括：
步骤1、将含铅废渣还原造锍熔炼工艺产生的次生废物铁锍进行破碎；其中，铁锍的主要成分是FeS，其中铁品位为45%~50%，硫品位为15%左右，即12~18%；铁锍破碎后粒度控制范围为10~50mm。
步骤2、将破碎后铁锍与还原剂进行混合，或者，破碎后铁锍、高铁废渣与还原剂进行混合，制得混匀料；其中，还原剂包括焦粉、烟煤、无烟煤中的至少一种，还原剂的添加量为铁硫质量的10%~25%，优选为10%~20%；高铁废渣为铁屑、氧化铁矿或氧化铁物料，包括黄铁矿烧渣、湿法冶金的富铁渣、加工铁屑、富氧铁的尾矿等中的至少一种；铁在含铅废渣还原造锍熔炼工艺中会有部分铁元素进入水淬渣中损失，不能100%内循环；为保证内循环可选择引入一部分外来高铁物料；此时，还原剂的添加量为铁硫与外来高铁物料质量的10%~25%。
步骤3、将混匀料投入到焙烧设备中，在焙烧设备内依次与从高温烟气发生热交换反应，并形成预热区、氧化区和还原区；其中，焙烧设备采用回转窑或转炉，优选为回转窑；焙烧设备的高温区温度控制900~1050℃，停留时间为3~4h，鼓风量为100~180Nm3/min，窑口静压为20~25KPa。
步骤4、焙烧后的热渣进入冷却窑中冷却，冷却后的焙烧产物自产铁粉替换外购铁粉返回到含铅废渣还原造锍熔炼工序；其中，自产铁粉的铁品位不低于55%，硫品位不高于8%；自产铁粉替换原外购铁粉的替换率为50%~80%，优选为60%。
步骤5、焙烧过程中产生的集尘灰返回到铅熔炼系统回收其中的贵金属（铅、锌、银、铋等），烟气经过处理后达标排放。
本发明在焙烧设备中发生的化学反应包括：
主要反应为：
4FeS+7O2=2Fe2O3+4SO2；
3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2；
Fe2O3+CO=2FeO+CO2。
次生反应为：
PbS+FeO+C＝Pb+FeS+CO；
2Pb+O2＝2PbO；
2ZnS+3O2=2ZnO+2SO2；
ZnO+CO=Zn+CO2；
2Zn+O2＝2ZnO。
本发明在进行焙烧时，可通过调整配料方案中还原剂的种类、配比，焙烧方案中窑体转速、停留时间、高温区温度、鼓风量等指标，观察窑况及出料稳定情况。同时，焙烧完成后，可计量焙烧产物、烟尘灰的质量，计算产品产率、烟尘率指标；对冷却物料进行取样分析，检测铁、硫品位，对比入炉物料的铁、硫品位，观察脱硫效果。
实施例1：
将破碎后的铁锍（铁品位为46%，硫品位为15%）与焦粉充分混合形成混匀料，其中焦粉添加量为15.0％，混合料总重300吨，分3个批次加入回转窑中，上料速度10t/h，控制窑体拖动电机频率为5.5~6.5Hz，控制窑体转速3r/min，鼓风量120Nm3/min，窑口静压25KPa，反应带温度控制在1000℃。点火烘窑至窑尾出口沉降室温度至 280℃后开始进料，通过回转窑高温焙烧脱硫后，铁品位从46%提高到53%，硫品位从15%降低到7%，成品产率75.23%（占投入铁锍比例），烟尘率8.55%（占投入铁锍比例），窑况及出料相对稳定，脱硫指标达到预期效果，焙烧后的自产铁粉可替换外购铁粉返回到铅熔炼系统作为辅料使用。
实施例2：
将破碎后粒度范围为10~50mm的铁锍（铁品位为46%，硫品位为15%）与烟煤充分混合形成混匀料，其中烟煤添加量为铁锍质量的10.0％，混合料总重300吨，分3个批次加入回转窑中，上料速度10t/h，控制窑体拖动电机频率为5.5~6.5Hz，控制窑体转速3r/min，鼓风量120Nm3/min，窑口静压25KPa，反应带温度控制在1000℃。点火烘窑至窑尾出口沉降室温度至 280℃后开始进料，通过回转窑高温焙烧脱硫后，铁品位从46%提高到55%，硫品位从15%降低到5.5%，成品产率81.41%（占投入铁锍比例），烟尘率9.05%（占投入铁锍比例），窑况及出料相对稳定，脱硫指标达到预期效果，焙烧后的自产铁粉可替换外购铁粉返回到铅熔炼系统作为辅料使用。在此条件下，铁锍氧化焙烧投入产出情况如表1所示。
表1
实施例3：
将表1冷却后的焙烧产物替换外购铁粉，返回到含铅废渣还原造锍熔炼工序，进行铁粉替换配比试验研究，替换比例从50%逐渐提高，对比分析熔炼焦率、熔炼产品的产率、水淬渣铅铜含量等指标。对比50%、60%、70%不同替换率条件下的焦比、粗铅产率、水淬渣铅铜含量，结果如表2所示。
表2
本发明采用铁品位55%、硫品位5.5%回转窑焙烧后的自产铁粉替换外购铁粉，返回到含铅废渣还原造锍熔炼工序，替换比例50%、60%、70%的条件下，焦比逐渐增加，铅直收率基本不变，水淬渣中铅铜含量也逐渐上升，替换比例达到70%条件时路况指标逐渐下降，考虑经济合理性选择的替换指标为60%。
在此条件下，年增加效益估算如下：
1.以铅熔炼年处置规模为15万吨/年为例，铁粉添加比例为30%，则每年铁粉消耗量约4.5万吨/年，采购均价1000元/吨，铁粉采购成本4500万元/年；
2.根据厂内统计结果，回转窑焙烧的处置成本450元/吨，铁粉破碎加工成本100元吨，综合成本为550元/吨；
3.采用自产铁粉替换外购铁粉，替换比例60%下可保证产品指标基本不变，替换铁粉量为2.7万吨，每吨铁粉可节省成本为（1000-550）=450元/吨，则替换后每年可节省直接采购成本1215万元。
本发明的优点为：
本发明是含铅废渣还原造锍熔炼工艺的延伸与发展，能够有效的将熔炼产生的铁锍转化为含铅废渣还原造锍熔炼工艺必需的原料铁氧化物，实现自产废弃物向原料转变的内部循环；一方面能够减轻铁锍堆存造成的环境危害，降低厂内大量铁锍的库存占用成本，实现次生固废的再利用；另一方面铁锍转变后的铁氧化物替代原料，可以直接降低外购铁粉的采购量，节省了大量的成本；同时铁锍焙烧时产生的集尘灰富集了铅、银、铋等大量的有价金属，可进行回收利用，并创造价值。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种铁粉内循环强化含铅废渣还原造锍熔炼的方法，用于将含铅废渣还原造锍熔炼工艺产生的次生废物铁锍转化为含铅废渣还原造锍熔炼工艺所需的铁粉原料；其特征在于，包括：
将含铅废渣还原造锍熔炼工艺产生的次生废物铁锍进行破碎；
将破碎后铁锍与还原剂进行混合，制得混匀料；
将混匀料投入到焙烧设备中，在焙烧设备内依次与从高温烟气发生热交换反应，并形成预热区、氧化区和还原区；
焙烧后的热渣进入冷却窑中冷却，冷却后的焙烧产物自产铁粉替换外购铁粉返回到含铅废渣还原造锍熔炼工序；
焙烧过程中产生的集尘灰返回到铅熔炼系统回收其中的贵金属，烟气经过处理后达标排放。
2.如权利要求1所述的铁粉内循环强化含铅废渣还原造锍熔炼的方法，其特征在于，铁锍破碎后粒度控制范围为10~50mm。
3.如权利要求1所述的铁粉内循环强化含铅废渣还原造锍熔炼的方法，其特征在于，所述还原剂包括焦粉、烟煤、无烟煤中的至少一种，所述还原剂的添加量为铁硫质量的10%~25%。
4.如权利要求1所述的铁粉内循环强化含铅废渣还原造锍熔炼的方法，其特征在于，在制得混匀料时，还可在铁锍与还原剂中加入高铁废渣。
5.如权利要求4所述的铁粉内循环强化含铅废渣还原造锍熔炼的方法，其特征在于，所述高铁废渣为铁屑、氧化铁矿或氧化铁物料，包括黄铁矿烧渣、湿法冶金的富铁渣、加工铁屑、富氧铁的尾矿中的至少一种。
6.如权利要求1所述的铁粉内循环强化含铅废渣还原造锍熔炼的方法，其特征在于，所述焙烧设备采用回转窑或转炉。
7.如权利要求1所述的铁粉内循环强化含铅废渣还原造锍熔炼的方法，其特征在于，所述焙烧设备的高温区温度控制900~1050℃，停留时间为3~4h，鼓风量为100~180Nm3/min，窑口静压为20~25KPa。
8.如权利要求1所述的铁粉内循环强化含铅废渣还原造锍熔炼的方法，其特征在于，自产铁粉的铁品位不低于55%，硫品位不高于8%。
9.如权利要求1所述的铁粉内循环强化含铅废渣还原造锍熔炼的方法，其特征在于，自产铁粉替换原外购铁粉的替换率为50%~80%。
10.如权利要求9所述的铁粉内循环强化含铅废渣还原造锍熔炼的方法，其特征在于，自产铁粉替换原外购铁粉的替换率为60%。
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