本发明属于火法冶金及矿物加工技术领域，尤其涉及一种从水淬渣中回收铅、锌、碳、铁及尾渣无害化的选冶方法。
背景技术：
目前，业内常用的现有技术是这样的：
我国的铅冶炼普遍以火法为主，
火法炼铅通常采用烧结焙烧-
鼓风炉熔炼的生产工艺，该工艺约占铅产量的85％左右，其过程是将含铅矿石或铅精矿经过烧结焙烧得到铅烧结块，然后送入鼓风炉进行还原熔炼得到粗铅。在上述铅冶炼过程中，大约每生产一吨粗铅就会产生0.9～1.0吨的鼓风炉水淬渣。该渣中含有锌及其他有价金属(铅、铜、铟等有价金属)，但由于鼓风炉水淬渣中矿石性质较为特殊，是成分复杂的高温熔体相，炼铅炉渣的成分主要是feo、sio2、al2o3、zno和cao等氧化物，它们相互结合并以化合物、共晶混合物以及固溶体等形式存在，还存在少量硫化物和氟化物等，常规的选矿工艺很难高效的回收鼓风炉水淬渣中的有价金属矿物，目前大多数的鼓风炉水淬渣仅做堆存处置。鼓风炉水淬渣具结构稳定、不易被微生物降解等原因，除了含有铅、锌、金、银外，还含有镉、铬、砷等重金属，长期的堆存不仅造成了资源的浪费，而且严重的污染了当地的环境，因此实现鼓风炉水淬渣的综合回收利用具有非常重要的现实意义。
目前从鼓风炉水淬渣中回收有价元素的方法主要有湿法处理、火法处理、材料回收等。火法处理锌鼓风炉水淬渣的实践中，学者认为渣中的铅、锌的挥发率较高，但对金、银和铁的回收率较低，此外存在用焦炭量大，耐火材料消耗大等问题。使用湿法工艺鼓风炉水淬渣中的有价金属，无论是在酸性还是碱性条件下浸出，有价金属的浸出率很高，但是对于从浸出液中回收有价金属的过程较为繁琐、废液处理困难，且设备投入成本高。铅冶炼水淬渣的材料回收是将废渣直接加工成砖、板材型材、水泥等建材制品以及微晶玻璃材料等，实现废渣材料的利用。铅锌冶炼渣用作建筑材料的原料，可以大量消耗冶炼废渣，有效减少冶炼废渣的处理。而且工艺过程简单，具有良好的经济效益，但无法实现其中有价金属的回收，浪费了其中的金属资源。
综上所述，现有技术存在的问题是：
(1)无法实现综合回收水淬渣中有价金属的目的。现有技术中无论是应用火法处理、湿法处理或者材料回收等方法来回收或者处置水淬渣的情况来看，都无法实现综合回收水淬渣中的有价金属元素，例如火法仅能回收渣中铅锌等具有挥发性的金属；湿法处理对渣中大多数的金属都可实现回收，但在浸出液的处理过程中渣中的元素铁一般作为有害金属元素处理；材料处理仅是简单的对水淬渣进行了处置，对渣中任何金属元素都不作回收处理。
(2)无法实现对渣性的改变。常规的选矿工艺是有效回收此类渣中有价金属元素方法之一，但此类冶炼渣矿石性质特殊，应用选矿工艺回收水淬渣中的有价金属元素效果较差，因此需要通过火法处理来改变水淬渣的矿石性质，然后应用选矿工艺(例如
浮选，磁选或者重选等)来有效回收渣中的有价金属元素，且在火法处理的过程中可对渣中挥发性的金属进行回收，通过应用火法工艺改变渣的矿石性质，再以选矿工艺回收有价金属元素从而实现水淬中有价组分的综合回收目的。
(3)回收成本较高。对水淬渣有价金属元素的回收，单一的火法或者湿法处理工艺较为繁琐、有价金属矿物综合回收率较低且生产成本较高，无法实现工业化应用。
解决上述技术问题的难度：
水淬渣属于典型的火法冶炼渣，在火法冶炼过程中经过高温焙烧的过程形成了半熔化状态，许多有价元素以金属或合金态存在，或者形成各种化合物且在焙烧过程结束后经水淬，渣的硬度较大，且有价矿物的嵌布粒度较细，可供回收的有价金属繁多但品位又相对较低，这一系列的特殊矿石性质为水淬渣综合回收有价组分且资源化利用带来了巨大的困难，
解决上述技术问题的意义：水淬渣虽属于一般
固废，但大量的堆积仍然会产生一系列的环境问题，给冶炼企业带来了巨大环保压力，采用工业废弃物作为二次资源，进而开发废弃物资源化再生循环的高新技术已成为国内外的研究热点，本发明提供了一种从水淬渣中回收铅、锌、碳、铁及尾渣无害化的选冶方法，应用火法工艺和选矿工艺的联合方法，不但有效的解决了浸出渣带来的环境问题，而且有效的提高了企业的经济效益，实现了企业的可持续发展，因此实现水淬渣的合理回收利用变得非常重要。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种从水淬渣中回收铅、锌、碳、铁及尾渣无害化的选冶方法。本发明最大限度的综合回收鼓风炉水淬渣中的有价元素，该工艺中主要采用高温还原(挥发)焙烧的冶金工艺以及浮选和磁选的选矿工艺，应用回转窑进行高温还原(挥发)焙烧的冶金工艺可以从鼓风炉水淬渣中回收铅、锌组分，回转窑窑渣经过磨矿至一定细度后再应用浮选和磁选的选矿工艺可回收渣中焦炭和铁矿物，回收有价组分后的尾渣中主要含有硅酸盐等非金属矿物，可作为水泥生产的配料销售，实现尾渣无害化处理。
本发明是这样实现的，一种从铅冶炼鼓风炉水淬渣中综合回收铅、锌、碳、铁及尾渣无害化的选冶联合方法包括：
(1)进行调配鼓风炉水淬渣与还原剂和添加剂的配比；
(2)进行铅、锌的挥发回收；
(3)进行窑渣水淬-湿式磨矿分级；
(4)进行窑渣选碳；
(5)进行窑渣选铁；
(6)进行尾渣处置。
进一步，进行调配鼓风炉水淬渣与还原剂和添加剂的配比的方法具体包括：
还原剂包括：焦炭、兰炭和烟煤；添加剂为石灰；鼓风炉水淬渣与还原剂、添加的按照1.0:0.35～0.6:0～0.10比例进行配比；鼓风炉水淬渣中含有的铅以硫酸铅和氧化铅的形式赋存，锌以铁酸锌和硅酸锌的形式赋存，在高温焙烧过程中，还原剂被氧化产生一氧化碳的还原气体将鼓风炉水淬渣中的铅、锌矿物还原，得到铅、锌的金属蒸汽，鼓风炉水淬渣与还原剂的配比依据渣中铅锌的含量确定；添加剂配比量由鼓风炉水淬渣中二氧化硅的含量确定；在高温环境中，还原剂将含铁矿物还原为强磁选的铁矿物。
进一步，进行铅、锌的挥发回收方法具体包括：
应用回转窑将鼓风炉水淬渣与还原剂和添加剂配比后的物料进行高温挥发焙烧，通过收集挥发烟尘实现鼓风炉水淬渣中铅、锌的回收，在挥发焙烧时，回转窑高温区的温度范围为：900℃～1200℃。
进一步，进行窑渣水淬-湿式磨矿分级的方法包括：
回转窑挥发焙烧后的窑渣进行水淬急冷，再进行湿式磨矿，磨矿浓度60～80％，磨矿后将矿浆加水稀释后进行分级作业，分级溢流细度小于0.043mm，含量为75～90％，分级溢流浓度要为30～35％，分级沉砂返回球磨机再磨。
进一步，进行窑渣选碳的方法包括：
在经过进行窑渣水淬-湿式磨矿分级后制得的质量百分浓度为30～35％的矿浆，加入碳
捕收剂，用量为500～1500g/t，经粗选、精选、扫选后获得碳精矿和
尾矿，对渣中还原碳的回收。
进一步，进行窑渣选铁的方法包括：在经过窑渣选碳步骤得到浮碳尾矿，经磁选后获得铁精矿和最终尾矿，在磁选作业中磁场强度为80～140ka/m，对渣中铁的回收。
本发明的另一目的在于提供一种实施所述从铅冶炼鼓风炉水淬渣中综合回收铅、锌、碳、铁及尾渣无害化的选冶联合方法的回收铅、锌、碳、铁及尾渣无害化的选冶生产线。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：
本发明以冶金和选矿的联合工艺实现从鼓风炉水淬渣中综合回收铅、锌、碳、铁的为目的。该工艺中主要采用高温还原(挥发)焙烧的冶金工艺以及浮选和磁选的选矿工艺，应用回转窑进行高温还原(挥发)焙烧的冶金工艺可以从鼓风炉水淬渣中回收铅、锌组分，回转窑窑渣经过磨矿至一定细度后再应用浮选和磁选的选矿工艺可回收渣中焦炭和铁矿物，对某水淬渣具体实施指标见表1和表2。
表1水淬渣铅锌的回收指标/％
表2焙烧渣选矿指标/％
从表1和表2的试验结果可看出，利用本发明处理水淬渣时，铅、锌的挥发率可达到92％以上，且在后续的浮选过程中可将焙烧渣中的焦炭回收，得到一个固定碳含量为70.16％，碳回收率为94.27％的碳精矿，磁选处理浮碳尾矿可得到一个含铁72.31％，铁回收率为60.83％的铁精矿。
表3尾矿多元素分析结果/％
由表3的尾矿多元素汇演结果可知，回收有价组分后的尾渣中主要含有硅酸盐等非金属矿物，可作为水泥生产的配料销售，实现尾渣无害化处理。本发明提供的工艺可实现铅冶炼鼓风炉水淬渣的综合回收利用目的。
水淬渣资源化利用最大的难题在于目前的技术仅能从渣中回收部分的有价金属或者虽然能回收多数的金属(例如湿法浸出)，但其回收成本较高且回收的后的尾渣仍然为危险废弃物，不能有效的解决企业面临的环保问题。
针对从鼓风炉水淬渣中综合回收有价元素现有技术存在的问题，本发明提供了一种从铅冶炼鼓风炉水淬渣中综合回收铅、锌、碳、铁及尾渣无害化的选冶联合工艺。与常见的联合工艺相比，本发明新工艺还具有以下优势：
(1)挥发回收铅、锌的同时改变渣性，高温焙烧环节，将水淬渣中铁橄榄石还原为磁性铁矿物，且由于残余焦炭存在的缘故，焙烧后的渣硬度相对较低，为易磨矿物为后续的窑渣回收碳和铁提供有利条件，实现综合回收；
(2)焙烧生产用的焦炭具有良好可浮性，焙烧渣中残存的焦炭利用浮选工艺进行回收一般的回收率都大于90％，且浮选回收的碳可作为还原剂再次用于鼓风炉水淬渣的还原焙烧，降低生产成本；
(3)磁选回收的铁精矿产品送至炼钢厂以回收，简化了鼓风炉水淬渣综合回收有价组分的工艺步骤。
附图说明
图1是本发明实施例提供的从铅冶炼鼓风炉水淬渣中综合回收铅、锌、碳、铁及尾渣无害化的选冶联合方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
从鼓风炉水淬渣中综合回收有价元中，现有技术存在没有在挥发回收铅、锌的同时改变渣性，不能为后续的窑渣回收碳和铁提供有利条件，实现综合回收；对浮选回收的碳没有作为还原剂再次用于鼓风炉水淬渣的还原焙烧，造成生产成本高；而且现有技术中，鼓风炉水淬渣综合回收有价组分的工艺复杂。
为解决上述问题，下面结合具体方案对本发明作详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供的从铅冶炼鼓风炉水淬渣中综合回收铅、锌、碳、铁及尾渣无害化的选冶联合方法包括：
(1)鼓风炉水淬渣与还原剂和添加剂的配比：
还原剂包括：焦炭、兰炭和烟煤；添加剂为石灰。鼓风炉水淬渣与还原剂、添加的按照1.0:0.35～0.6:0～0.10比例进行配比。鼓风炉水淬渣中含有的铅主要以硫酸铅和氧化铅的形式赋存，锌主要以铁酸锌和硅酸锌的形式赋存，在高温焙烧过程中，还原剂被氧化产生一氧化碳的还原气体将鼓风炉水淬渣中的铅、锌矿物还原，得到铅、锌的金属蒸汽，因此鼓风炉水淬渣与还原剂的配比主要依据渣中铅锌的含量来确定；添加剂主要提供钙离子，改变物料在窑内的粘度，改善渣流动性，提高铅、锌提高挥发率；另一方面提高硅酸盐矿物的还原度，其配比量由鼓风炉水淬渣中二氧化硅的含量决定。此外在高温环境中，还原剂将含铁矿物还原为强磁选的铁矿物。
(2)铅、锌的挥发回收工艺：应用回转窑将鼓风炉水淬渣与还原剂和添加剂配比后的物料进行高温挥发焙烧，通过收集挥发烟尘实现鼓风炉水淬渣中铅、锌的回收，在挥发焙烧时，回转窑高温区的温度范围为：900℃～1200℃；
(3)窑渣水淬-湿式磨矿分级：回转窑挥发焙烧后的窑渣进行水淬急冷，再进行湿式磨矿，磨矿浓度60～80％，磨矿后将矿浆加水稀释后进行分级作业，分级溢流细度要求小于0.043mm含量为75～90％，分级溢流浓度要求为30～35％，分级沉砂返回球磨机再磨。
(4)窑渣选碳工艺：在经过步骤(3)制得的质量百分浓度为30～35％的矿浆，加入碳捕收剂，用量为500～1500g/t，经粗选、精选、扫选后获得碳精矿和尾矿，实现渣中还原碳的回收。
(5)窑渣选铁工艺：在经过步骤(4)得到浮碳尾矿，经磁选后获得铁精矿和最终尾矿，在磁选作业中磁场强度为80～140ka/m，实现渣中铁的回收。
(6)尾渣处置：尾渣销售至水泥厂等建筑材料生产厂家。
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
本发明实施例提供的从铅冶炼鼓风炉水淬渣中综合回收铅、锌、碳、铁及尾渣无害化的选冶联合方法包括：
1.鼓风炉水淬渣与还原剂和添加剂配比：取鼓风炉水淬渣，其中铅1.50％、锌14.12％，还原剂为焦炭，添加剂为石灰，鼓风炉水淬渣与还原剂和添加剂配比为：1:0.6:0.10，按此配比将鼓风炉水淬渣与焦炭和石灰混合均匀为回转窑给料。
2.铅、锌的挥发回收工艺：将步骤(1)配比后的物料进行高温挥发焙烧，通过收集挥发烟尘实现鼓风炉水淬渣中铅、锌的回收，在挥发焙烧时，回转窑高温区的温度为：1200℃，该过程可获得铅、锌的挥发率分别为89.32％和94.41％。
3.窑渣水淬-湿式磨矿分级工艺：回转窑挥发焙烧后的窑渣进行水淬急冷后，进行湿式磨矿分级作业，磨矿浓度80％，分级溢流细度要求小于0.043mm含量为90％，分级溢流浓度要求为35％。
4.窑渣选碳工艺：经过步骤(3)制得的质量百分浓度为35％的矿浆，加入碳捕收剂，用量为500g/t，经粗选、精选、扫选后可获得一个含碳65.43％回收率为89.35％的碳精矿，实现渣中还原碳的回收。
5.窑渣选铁工艺：在经过步骤(4)得到浮碳尾矿，经磁选后获得铁精矿和最终尾矿，在磁选作业中磁场强度为80ka/m，可获得一个含铁70.52％，回收率79.56％的铁精矿，实现渣中铁的回收。
6.尾渣处置：尾渣销售至水泥厂等建筑材料生产厂家。
实施例2
本发明实施例提供的从铅冶炼鼓风炉水淬渣中综合回收铅、锌、碳、铁及尾渣无害化的选冶联合方法包括：
1.鼓风炉水淬渣与还原剂和添加剂配比：取鼓风炉水淬渣，其中含铅1.60％、锌12.17％，还原剂为无烟煤，鼓风炉水淬渣与还原剂配比为：1:0.60，按此配比将鼓风炉水淬渣与无烟煤混合均匀为回转窑给料。
2.铅、锌的挥发回收工艺：将步骤(1)配比后的物料进行高温挥发焙烧，通过收集挥发烟尘实现鼓风炉水淬渣中铅、锌的回收，在挥发焙烧时，回转窑高温区的温度为：900℃，该过程可获得铅、锌的挥发率分别为93.25％和91.74％。
3.窑渣水淬-湿式磨矿分级工艺：回转窑挥发焙烧后的窑渣进行水淬急冷后，进行湿式磨矿分级作业，磨矿浓度50％，分级溢流细度要求小于0.043mm含量为75％，分级溢流浓度要求为30％。
4.窑渣选碳工艺：经过步骤(3)制得的质量百分浓度为30％的矿浆，加入碳捕收剂，用量为1500g/t，经粗选、精选、扫选后可获得一个含碳71.25％，回收率为90.32％的碳精矿，实现渣中还原碳的回收。
5.窑渣选铁工艺：在经过步骤(4)得到浮碳尾矿，经磁选后获得铁精矿和最终尾矿，在磁选作业中磁场强度为140ka/m，可获得一个含铁72.33％，回收率70.21％的铁精矿，实现渣中铁的回收。
6.尾渣处置：尾渣销售至水泥厂等建筑材料生产厂家。
实施例3
本发明实施例提供的从铅冶炼鼓风炉水淬渣中综合回收铅、锌、碳、铁及尾渣无害化的选冶联合方法包括：
鼓风炉水淬渣与还原剂和添加剂配比：取鼓风炉水淬渣，其中含铅1.23％、锌9.33％，还原剂为兰炭，添加剂为石灰和石灰石的混合物(石灰和石灰石的比例为0.6:0.4)，鼓风炉水淬渣与还原剂和添加剂配比为：1:0.35:0.06，按此配比将鼓风炉水淬渣与焦炭和石灰混合均匀为回转窑给料。
铅、锌的挥发回收工艺：将步骤(1)配比后的物料进行高温挥发焙烧，通过收集挥发烟尘实现鼓风炉水淬渣中铅、锌的回收，在挥发焙烧时，回转窑高温区的温度为：1100℃，该过程可获得铅、锌的挥发率分别为90.25％和91.17％。
窑渣水淬-湿式磨矿分级工艺：回转窑挥发焙烧后的窑渣进行水淬急冷后，进行湿式磨矿分级作业，磨矿浓度70％，分级溢流细度要求小于0.043mm含量为80％，分级溢流浓度要求为33％。
窑渣选碳工艺：经过步骤(3)制得的质量百分浓度为33％的矿浆，加入碳捕收剂，用量为1000g/t，经粗选、精选、扫选后可获得一个含碳69.35％，回收率为94.26％的碳精矿，实现渣中还原碳的回收。
窑渣选铁工艺：在经过步骤(4)得到浮碳尾矿，经磁选后获得铁精矿和最终尾矿，在磁选作业中磁场强度为111ka/m，可获得一个含铁75.52％，回收率79.21％的铁精矿，实现渣中铁的回收。
尾渣处置：尾渣销售至水泥厂等建筑材料生产厂家。
下面结合积极效果对本发明作进一步描述。
本发明依据资源综合回收的原则，集火法工艺和浮选-磁选工艺易工业化的优点，避免单一的火法工艺或者选矿工艺能耗高或无法综合回收有价金属的缺点，结合鼓风炉水淬渣特殊渣性，提出了鼓风炉水淬渣还原焙烧-浮选-磁选的选冶联合新工艺。应用回转窑在还原焙烧过程中将含铅、锌的矿物还原挥发，达到回收目的，而窑渣中残余的焦炭在浮选环节中被回收，同时含铁矿物被还原为强磁性的铁矿物经过磁选作业回收。焙烧过程中收集的铅锌挥发烟尘可直接作为铅锌冶炼的原料，浮选得到碳精矿可作为回转窑焙烧鼓风炉水淬渣的还原剂再次利用，铁精矿则可直接出售至钢铁冶炼企业，从而实现鼓风炉水淬渣中铅、锌、碳、铁的综合回收。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：
技术总结
本发明属于火法冶金及矿物加工技术领域，公开了一种从水淬渣中回收铅、锌、碳、铁及尾渣无害化的选冶方法，采用高温还原(挥发)焙烧的冶金工艺以及浮选和磁选的选矿工艺，应用回转窑进行高温还原(挥发)焙烧的冶金工艺可以从鼓风炉水淬渣中回收铅、锌组分，回转窑窑渣经过磨矿至一定细度后再应用浮选和磁选的选矿工艺可回收渣中焦炭和铁矿物，回收有价组分后的尾渣中主要含有硅酸盐等非金属矿物，可作为水泥生产的配料销售，实现尾渣无害化处理。本发明挥发回收铅、锌的同时改变渣性，为后续的窑渣回收碳和铁提供有利条件，实现综合回收；浮选回收的碳可作为还原剂再次用于鼓风炉水淬渣的还原焙烧，降低生产成本。
技术研发人员：李国栋;邱廷省;李晓波;卓儒明
受保护的技术使用者：江西理工大学
技术研发日：2019.04.02
技术公布日：2019.05.31
声明：
“从水淬渣中回收铅、锌、碳、铁及尾渣无害化的选冶方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：江西理工大学
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2024年11月27日 ~ 29日 
