以竖罐炼锌残渣为燃料的锌浸出渣处理工艺 (一)技术领域
本发明涉及有色金属冶炼综合回收利用技术，尤其涉及采用顶吹熔池熔炼技术处理以竖罐炼锌残渣为燃料的锌浸出渣处理工艺。属于有色金属冶炼技术领域。
(二)技术背景
竖罐炼锌工艺是目前国内的主要炼锌工艺之一，其产量规模举足轻重。但是，竖罐炼锌残渣含碳高达30％以上，并含有铅、锌、银、铜等多种有价金属，均没有得到很好的回收利用。现阶段只有葫芦岛锌厂采用旋涡熔炼技术处理了一部分竖罐炼锌残渣，大部分竖罐炼锌企业还停留在简单堆存放弃的水平。就现有厂家的旋涡熔炼处理竖罐炼锌残渣技术而言，虽然达到了较好的水平，但也存在着一定的弊端，如：工艺流程中原料制备复杂，生产流程长，产品烟尘再处理难度大，副产品蒸汽用于发电受限制较多，固定资产投资高等等。
可以认为，旋涡熔炼处理竖罐炼锌残渣技术，还算不上完美的竖罐炼锌残渣处理技术(见附图2)。因此，一些厂家的科技人员正致力于研究将竖罐炼锌残渣应用于其它冶金工艺中做为燃料，同时综合回收竖罐炼锌残渣中的有价金属，而不是单纯地研究竖罐炼锌残渣单独处理的技术。
现有的锌浸出渣处理工艺(见附图3)，存在着加工费用高、有价金属综合回收率低等方面的缺欠。在降低浸出渣处理加工费方面，各企业普遍把注意力放在延长挥发窑内衬砖的寿命上，并取得了可喜的成绩，已经使挥发窑内衬砖地寿命由90天左右提高到220天以上。
但在提高浸出渣中有价金属回收率方面，受挥发窑生产工艺本身的限制，却没有大的进展。特别是Ag、In、Ge、Ga等的回收水平，都还很低。
此外，挥发窑使用的焦粉，对质量要求苛刻，消耗水平也较高。
国内某企业在常规两段浸出工序的过滤工序，增加了银浮选的流程，试图在挥发窑处理前把银提前回收，取得了一定的效果，但成效并不显著。也有的企业探索了在旋涡熔炼工艺中，将浸出渣和竖罐炼锌残渣按一定配比加入旋涡炉内处理，期望降低渣处理的能耗水平。从试验效果看，不但降低能耗(主要是降低焦粉消耗)的目的没能实现，锌的回收率水平也不高，只有80％左右，试验并不成功。
(三)发明内容
本发明的目的是提供出一种以竖罐炼锌残渣为燃料，采用顶吹熔炼技术处理锌浸出渣，既能充分利用竖罐炼锌残渣中的碳做为冶金反应热源，又能综合回收锌浸出渣及竖罐炼锌残渣中的各种有价金属的一种新工艺。
本发明采用的技术方案是：
以竖罐炼锌残渣为燃料的锌浸出渣处理工艺，包括两台顶部喷吹熔池熔炼炉，炉料。炉料包括锌浸出渣、竖罐炼锌残渣、石英石熔剂。以竖罐炼锌残渣为燃料，采用顶吹熔池熔炼技术处理锌浸出渣新技术，其工艺如下：本工艺采用两台顶部喷吹熔池熔炼炉组成的双炉系统。锌浸出渣、竖罐炼锌残渣和石英石熔剂经混捏或制粒后，由常规的皮带输送系统经加料口加入熔炼炉(即第一台顶部喷吹熔池熔炼炉)内，每小时向熔炼炉内连续加入锌浸出渣量为8300～19000kg、竖罐炼锌残渣量为10000～24600kg、石英石量为586～1350kg，同时通过喷枪向炉内连续喷入粉煤，喷入的煤粉量为每小时850～1520kg，以协助炉内温度控制。通过喷枪加入40％的富氧空气，炉内控制氧化性气氛，炉内反应温度控制在1280～1320℃，生成锌、铅氧化烟尘和液态渣；所生产的锌、铅氧化烟尘经布袋收尘，作为进一步回收锌、铅的原料。所生成的液态渣通过熔炼炉一侧的溢流堰连续地流入还原炉(即第二台顶部喷吹熔池熔炼炉)的入口堰，经还原炉继续锌、铅的还原熔炼，还原炉内的物料在1320～1380℃下反应，所生成的锌、铅氧化烟尘经布袋收集，作为进一步回收锌、铅的原料，渣通过还原炉另一侧的溢流堰连续不断地排出，经高压水淬后用作制水泥等建筑材料。熔炼炉所产的烟气，经高温烟气处理系统冷却净化后制取硫酸。
上述的还原炉内加入一定量的竖罐炼锌残渣作燃料和还原剂，同时鼓入一定量的空气来提高锌的挥发速度。
上述加入熔炼炉内的粉煤可用天然气或煤气替代。
上述的两台顶部喷吹熔池熔炼炉，均采用低碳钢炉壳，内衬高质量的铬镁耐火砖，砖内镶嵌水冷用铜水套，炉顶有四个开口，一个原料口，一个喷枪插入口，一个观察/取样口和一个备用燃烧器入口。
上述的熔炼炉(第一台顶部喷吹熔池熔炼炉)，在锌浸出渣处理量13万t/a时，规格为Ф5.0m，在锌浸出渣处理量6万t/a时，规格为Ф3.4m，炉内温度控制在1280℃～1320℃，炉子侧面有一个专供排渣的溢流堰。
上述的还原炉(第二台顶部喷吹熔池熔炼炉)，在锌浸出渣处理量13万t/a时，规格为Ф3.9m，在锌浸出渣处理量6万t/a时，规格为Ф2.8m，炉内温度控制在1320℃～1380℃，炉子侧面有一个专供熔炼炉渣流入的入口堰，另一侧有一个排渣的排出堰。
上述的锌浸出渣即常规两段浸出的浸出渣，含Zn为18～24％、Pb为＜6％、Cu为0.5～0.9％、Fe为20～30％、S为5～7％、SiO2为8～12％、CaO为0.9％、Ag为120～180g/t。
上述的竖罐炼锌残渣，含Zn为1～6％、Pb为0.4～1.0％、Cu为0.6～0.9％、Fe为18～22％、S为3.0～4.0％、SiO2为10～12％、CaO为0.3～0.6％。
上述的烟尘及渣的指标如下：
表1 产品组成概况(％)
竖罐渣含锌1％ 竖罐渣含锌2％ 竖罐渣含锌6％
％ 烟尘 渣 烟尘 渣 烟尘 渣
Zn 63.0 2.0 63.6 2.0 66.0 2.0
Pb 13.3 0.2 12.8 0.2 10.9 0.2
Cu 0.0 1.1 0.0 1.1 0.0 1.1
Fe 1.6 37.8 1.6 38.1 1.4 39.9
S 1.1 0.3 1.1 0.3 1.0 0.3
SiO2 1.2 25.2 1.1 25.5 1.0 26.7
CaO 0.2 4.6 0.2 4.7 0.2 5.0
上述的还原炉所产渣含锌≤2％，铅≤0.2％。
上述的锌浸出渣中的锌、铅富集在烟尘中，锌、铅入烟尘的回收率为96％
上述的燃料(粉煤、天然气、煤气等)、空气和氧气通过喷枪喷射到顶部喷吹熔池熔炼炉内，喷枪在每台炉内位置的移动通过机械化升降机实现，喷枪与空气、氧气和燃料供应系统通过灵活的软管连接。
本发明与现有的挥发窑处理锌浸出渣相比有如下优点：
1、顶部喷吹熔池熔炼炉内气氛可通过竖罐炼锌残渣的加入量及喷枪喷入的氧控制，易于操作。
2、可充分利用竖罐炼锌残渣中的碳，节约能源。
3、铅、锌烟尘便于回收，回收率高。
4、熔炼炉产出的无害弃渣可用于制作水泥等建筑材料。
(四)附图说明
图1为旋涡炉处理竖罐炼锌残渣原料制备流程图。
图2为旋涡炉处理竖罐炼锌残渣工艺流程图。
图3为挥发窑处理锌浸出渣工艺流程图。
图4为本发明的以竖罐炼锌残渣为燃料的锌浸出渣处理工艺流程图。
(五)具体实施方式
以竖罐炼锌残渣为燃料的锌浸出渣处理工艺，包括两台顶部喷吹熔池熔炼炉(一台为熔化炉和另一台为还原炉)、炉料，炉料又包括锌浸出渣、竖罐炼锌残渣、石英石熔剂和燃料(包括粉煤、天然气、煤气等)。
实施例一
采用竖罐炼锌残渣为燃料的锌浸出渣处理工艺流程见附图4。
锌浸出渣及竖罐炼锌残渣的成份为：
表3 锌浸出渣成份(％)
元素 Zn Pb Cu Fe S SiO2 CaO Ag(g/t)
成份 18-24 ＜6 0.5-0.9 20-30 5-7 8-12 0.9 120-180
表4 竖罐炼锌残渣成份(％)
Zn Pb Cu Fe C S SiO2 CaO 热值(Mj/kg)
1 0.4-1.0 0.6-0.9 18-22 30-36 3-4 10-12 0.3-0.6 10-15
1、配料，锌浸出渣、竖罐炼锌残渣和石英石熔剂先经过料仓、称量装置、再进行混捏或制粒。混捏料使用常规的原料输送皮带通过炉子加料口加入熔炼炉内。炉子加料口被有效地密封以防止空气进入。入炉料要满足一定的条件，如混捏料不疏松、粒度不太细等。
本实施案例处理锌浸出渣18055.6kg/h，加入竖罐炼锌残渣22638.9kg/h、石英石1305.6kg/h、粉煤1520kg/h。
2、熔炼，由于常规两段浸出的锌浸出渣相对含锌较高，故采用两台顶部喷吹熔池熔炼炉组成的双炉系统，第一台炉为氧化性气氛，炉子规格为Ф5.0m。锌浸出渣以原料方式连续加入炉内，锌浸出渣加入量为18055.6kg/h，竖罐炼锌残渣做为主要燃料以原料方式连续加入炉内，加入量为22638.9kg/h，煤粉做为辅助燃料通过喷枪加入炉内用于调节炉内的温度，加入量为1520kg/h。为了形成理想的渣型，加入一定量的石英石熔剂，加入量为1305.6kg/h，为了降低燃料的消耗，通过喷枪加入40％的富氧空气。炉内温度控制在1300℃，炉内熔池形成熔体，炉料和喷枪喷入40％的富氧空气及燃料产生强烈搅拌及混合，使反应充分进行，连续产出含锌、铅的氧化烟尘和渣，锌、铅氧化尘经降温收尘进一步回收锌、铅，熔炼炉产出的渣通过一个溢流堰连续地排出，并转运到还原炉。第二台炉为还原性气氛，炉子规格为Ф3.9m。还原炉处理的是来自熔炼炉的连续流入的液态渣。还原炉炉内温度控制在1350℃，在还原炉内继续发生锌和铅的烟化，连续排出含锌、铅氧化尘的烟气及渣，锌、铅氧化尘经降温收尘进一步回收锌、铅，弃渣连续地从还原炉另一侧的溢流堰排出，经高压水淬后做为无害渣用于制作水泥等建筑材料。
为了达到较好的渣含锌、铅水平，还原炉内加入一定量的竖罐炼锌残渣作为燃料和还原剂，同时通过喷枪加入一定量的空气以提高锌的挥发速度。
3、烟气处理，锌浸出渣及竖罐炼锌残渣中的锌、铅挥发进入烟气中，从顶部喷吹熔池熔炼炉系统产出的气，在一个高温烟气处理系统中冷却和净化，锌及铅富集在烟尘中，烟尘量为6319.4kg/h，烟尘含锌63％、铅13.3％，可进一步回收锌、铅。使用常规的、极易掌握的烟气处理设备，烟气经过净化后，通过一个硫固化处理工序，使固化渣满足环保对废弃物堆放的要求。
实施例二
实施例二与实施例一所不同之处是：竖罐炼锌残渣含锌2％，加入竖罐炼锌残渣23527.8kg/h，石英石熔剂1291.7kg/h，粉煤1395.8kg/h。产出的烟尘量为6625kg/h，渣量为25263.8kg/h。其它相同。
实施例三
实施例三与实施例一所不同之处是：竖罐炼锌残渣含锌6％，加入竖罐炼锌残渣24583.3kg/h，石英石熔剂1291.7kg/h，粉煤1472.2kg/h，产出的烟尘量为7833.3kg/h，渣量为24750kg/h。其它相同。
实施例四
实施例四与实施例一所不同之处是：竖罐炼锌残渣含锌1％，锌浸出渣处理量8333.3kg/h，加入竖罐炼锌残渣10475kg/h，石英石熔剂597.2kg/h，粉煤909.7kg/h。熔炼炉的规格为Ф3.4m，还原炉的规格为Ф2.8m。产出的烟尘量为2916.7kg/h，渣量为11583.3kg/h。其它相同。
实施例五
实施例五与实施例一所不同之处是：竖罐炼锌残渣含锌2％，锌浸出渣处理量8333.3kg/h，加入竖罐炼锌残渣10888.9kg/h，石英石熔剂597.2kg/h，粉煤854.1kg/h。熔炼炉的规格为Ф3.4m，还原炉的规格为Ф2.8m。产出的烟尘量为3055.6kg/h，渣量为11694.4kg/h。其它相同。
实施例六
实施例六与实施例一所不同之处是：竖罐炼锌残渣含锌6％，锌浸出渣处理量8333.3kg/h，加入竖罐炼锌残渣11388.9kg/h，石英石熔剂583.3kg/h，粉煤888.9kg/h。熔炼炉的规格为Ф3.4m，还原炉的规格为Ф2.8m。产出的烟尘量为3611.1kg/h，渣量为11458.3kg/h。其它相同。