针铁矿渣无害化处理试验研究

针铁矿渣无害化处理试验研究

颜永胜

韶关冶炼厂   广东韶关 512024

摘要：该试验将针铁矿渣与双底吹炉还原渣按一定的比例混合，配入适量的焦粉，调整不同的铁硅比和钙硅比，然后将混合料在1280℃条件下进行反应，观察炉渣流动性从而确定最佳的渣型，为烟化炉处理针铁矿渣提供参考。再将试验所得水淬渣进行SEM表征以及毒性分析，证实了试验所得水淬渣是结构稳定、无毒无害，属于一般固废。

关键词：针铁矿渣  还原炉渣  烟化炉  无害化处理  综合回收 

The Study on the Innocent Treatment of

the Goethite Slag

YAN Yong-sheng1

（Shaoguan Smelter,Shaoguan,Guangdong 512024,China;）

Abstract: In this test,the goethite slag and reduced slag were mixed at a certian ratio with moderate amounts of coke powder.Adjusting Fe/Si ratio and Ca/Si ratio, The mixture was fired in a furnace to 1280 degrees centigrade,Observing the flowability of the slag to determine the best slag type,to provide technical assistance for dealing with the goethite slag with fuming fuinace.The structure and function of the water-quenched slag were studied by SEM and the toxicity analysis.The study prove that the water-quenched slag is stable and nontoxic,belonging to general solid waste.

Key words: goethite slag,reduced slag,fuming furnace,the innocent treatment,comprehensive recovery

1 引言

针铁矿渣中Fe主要以FeOOH、Fe2O3·xH2O、(H3O)2Fe6(SO4)4(OH)12、Fe2O3·0.64H2O·0.2SO3、Fe2(SO4)3、等形式存在于渣中；Zn主要是以ZnSO4形式存在于渣中，此外还有少量没有反应的ZnO和ZnS；Pb主要以PbSO4、PbFe6(SO4)4(OH)12形式存在于渣中[1]～[3]。

双底吹炼铅工艺过程产生的液态还原炉渣通过溜槽直接流入烟化炉，氧压浸出炼锌工艺过程产生的针铁矿渣经过干燥后和熔剂按照预定配比混合均匀后从烟化炉侧口加入。在1300℃左右，针铁矿渣发生一系列分解反应，生成Fe2O3；向烟化炉内鼓入空气和粉煤， Fe2O3进而被还原成FeO。FeO与铅系统液态还原炉渣中的脉石成分以及加入的熔剂一起发生造渣反应。PbO、ZnO、In2O3、GeO2、CdO等氧化物首先被还原成金属蒸汽，金属蒸汽在烟化炉上部空间和表冷管里被三次风口吸入的空气重新氧化成氧化物，最终以烟尘的形式得以回收。通过此次试验探究烟化炉处理针铁矿渣的可行性，最佳渣型条件，渣中铅锌的挥发率，以及烟化后的炉渣的稳定性和毒性情况。

试验首先对渣型进行摸索，通过查阅相关文献，得到烟化后的炉渣铁硅比一般控制在0.9～1.3，钙硅比一般控制在0.5～0.75[4]，因此确定了一个大致的范围，但此次试验的原料针铁矿渣和铅还原渣都是高铁渣，需要进一步摸索试验才能最终确定最佳渣型条件。之后再将最佳渣型条件下获得的水淬渣进行毒性分析试验。

2 试验过程

本试验的针铁矿渣为国内某厂氧压浸出炼锌工艺过程产生的，铅还原渣为国内某厂双底吹炼铅过程的还原渣。对针铁矿渣和铅还原渣进行X射线荧光光谱分析（XRF），得到如表1所示结果。

表1  针铁矿渣和铅还原渣成分（质量百分数）

按照不同的铁硅比、钙硅比分别进行了7组试验，每组包含三次等条件试验。试验步骤：首先向坩埚内加入200g针铁矿渣、200g还原炉渣，再按照预设的铁硅比、钙硅比配入一定的二氧化硅和氧化钙，以及焦粉（焦率定为5%），搅拌均匀。将坩埚放入高温井式炉内，将炉子升温至1280℃，通过刚玉管将空气鼓入坩埚内，保持空气流量

1.5Nm3/h，保温3小时。取出坩埚，将熔体倒入水中，再将所得的水淬渣经烘干、磨粉、过筛后得到的粉状试样进行XRF检测，成分分析结果如表2所示，表中结果是每组的三次等条件试验的平均值。

表2水淬渣成分分析结果（质量百分数）

其中“—”表示低于检出限度。从表2可以看出，铅、锌的挥发都较好，相差不大；但铁硅比、钙硅比过低或过高对渣型的影响较大。试验组4、5的获得渣为单一熔体，流动性较好；其它试验组的渣流动性均不理想，试验组7甚至出现了明显的铁氧化物过还原，渣出现分层，上层含Fe为6.36%（换算成FeO的含量为8.17%），下层含Fe却高达50%多。因此认为铁硅比1.5～1.6，钙硅比0.5是最优条件。

选取试验组5（即铁硅比1.6，钙硅比0.5）的其中一个水淬渣样进行SEM表征和EDS元素分析，其结果如图1所示。

图1水淬渣SEM-EDS图

从图1中可以看出，水淬渣由于水淬骤冷，有类台阶纹；取微观两点进行EDS元素分析，所取两点处成分基本一致，EDS元素分析的结果也表明水淬渣主要为钙铁硅氧化物。

再从试验组5的三个水淬渣样中随机抽取两个样进行毒性分析试验，毒性检测浸出方法为：HJ/T299-2007《固体废物 浸出毒性浸出方法 硫酸硝酸法》，得到结果如表3所示。

表3毒性检测结果

由表3可以看出，水淬渣毒性检测重金属及其他有害元素的含量远远低于国家标准，说明处理后的炉渣是无毒无害的。

3 结论

通过试验研究发现：最佳的铁硅比为1.5～1.6，钙硅比为0.5，在此条件下铅、锌的挥发率分别达到了99%、96%以上。水淬渣宏观形貌呈有光泽的玻璃体，性脆；EDS元素分析结果也表明水淬渣主要为钙铁硅氧化物。

根据HJ/T299-2007《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》处理试验所得的水淬渣，毒性检测的结果显示：水淬渣中有害元素铅、锌、镉、铍、钡、硒、铬、铜、镍、汞、砷及贵金属银、有害物质氟化物、氰化物的含量远远低于GB 5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》所列最低标准，说明试验所得水淬渣是无毒无害，不属于危废，属于一般固废。

参考文献：

[1]王洪江，沈立俊，李波，等.锌渣烟化炉连续吹炼的试验研究[J].中国有色冶金，2005(6):34～35.

[2]贾著红，孙成余，沈立俊，等.锌浸出渣、铅熔渣混合烟化法综合回收技术研究与应用[C].全国第十二届铅锌冶金学术年会暨中国铅锌联盟专家委员会工作会议，长沙，2013.

[3]蒋荣生，柴立元，王庆伟，等.烟化炉处理铅锌冶炼渣的生产实践与探讨[J].云南冶金，2014(43):58～61.

[4]梅炽，彭容秋，等.铅锌冶金学[M].北京：科学出版社，2003:250～258.