一种无二氧化硫的有色金属冶炼方法--有色金属硫化矿及含硫物料的还原造锍熔炼.pdf

第5 2 卷第4 期 2 0 00 年1 1 月 有色 金属 N O N F E R R O U SM E T A L S V 0 1 ．5 2 ．N O ．4 N o v e m b e r2 0 00 一种无二氧化硫的有色金属冶炼方法 有色金属硫化矿及含硫物料的还原造锍熔炼 唐谟堂，唐朝波，张多默 中南工业大学冶金科学与工程系，长沙4 1 0 0 8 3 摘要提出一种无二氧化硫排放的有色金属冶炼方法。将有色金属硫化矿或硫化矿精矿或它们的含硫物料与造锍剂、 还原剂、添加剂磨碎混合。然后在1 0 0 0 ～1 3 0 C 的温度下进行还原造锍熔炼。该方法在无二氧化硫生成的情况下一步炼制有色 金属粗金属或合金，产出锍、炉渣和烟尘，同时回收金、银等贵金属，具有流程简单、回收率高、成本低等优点。此方法适合 于铅、锑、铋的单一硫化矿或精矿、铅一锑、铅一锌、及铜～铅一锌及铜一锌复杂硫化矿或精矿以及这些金属的含硫富集物的 无污染冶炼，更适合从含金黄铁矿烧渣中回收贵金属。 关键词有包金属；还原造锍熔炼；硫化矿；无污染冶金 Ⅵ 中图分类号』T F l l 々1 3 文献标识码A 文章编号 铅、锑单一硫化矿及铅一锑复杂硫化矿精矿的 冶炼过程中，都存在大量低浓度二氧化硫烟气无法 制酸和污染环境的问题，是产生酸雨的重要污染 源。因此，国家规定在2 0 0 0 年要关闭采用烧结锅 的小铅厂，采用烧结机的大炼铅厂以及各类炼锑 厂、铅锑冶炼厂都要按期完成二氧化硫污染的治 理【1 】。为解决铅冶炼的S 0 2 烟气污染的治理，国 外已开发出Q s I ，、基夫塞特、艾萨以及氧气顶吹 转炉等一步炼铅先进工艺【2 J 。这些炼铅工艺烟气 中二氧化硫浓度很高，用于制酸，无污染，但引进 这些工艺要花费巨额资金，不适合我国国情。此 外，我国有极丰富的含金黄铁矿资源，因尚未找到 一种经济有效的处理方法而未得到开发利用。我们 在0 0 1 1 3 2 8 4 ．9 号发明专利申请中提出一种直接由 有色金属硫化矿或精矿冶炼有色金属粗金属或合金 的无二氧化硫污染的新方法有色金属硫化矿及 含硫物料的还原造锍熔炼。 1还原造锍熔炼过程及原理 无二氧化硫排放的硫化矿直接冶炼方法，最古 老的是硫化锑矿及硫化铋矿的沉淀熔炼，但沉淀熔 炼采用的置换剂是金属铁或铁屑，成本高，技术经 济指标差，而且不适于硫化铅精矿和各种复杂硫化 收稿日期2 0 0 0 0 4 2 1 作者简介唐谟堂 1 9 4 2 一 ，男，教授，博士生导师 矿精矿的冶炼 3 - - 5 ] 。张传福等进行了在锌冶炼中 用C a O 或C a C O ， 固硫的研究，取得较好的效 果．但由于所得C a S 渣不能长久堆存且较难处理， 限制了其实际应用【6 J 。景治熙申请了“硫化矿直 接冶炼制取金属工艺”专利，在其唯一的一个实施 例中也用C a O 作固硫剂，处理硫化锌精矿，制取 粗锌，回收率低【7 j 。 我们所提出的有色金属硫化矿及含硫物料的还 原造锍熔炼，是将有色金属硫化矿或硫化矿精矿或 它们的含硫物料与造锍剂、还原剂、添加剂磨碎混 合，后在1 0 0 0 ～1 3 0 0 ℃的温度下进行熔炼。在还 原剂存在的情况下，造锍剂与矿石或精矿中的金属 硫化物产生还原造锍反应，生成粗金属或合金、锍 及炉渣。造锍剂为富含氧化铁的黄铁矿烧渣，特别 是含金黄铁矿烧渣，湿法冶金的富铁渣和氧化铁 矿，以及含氧化铜的物料、氧化铜矿等；还原剂为 粉煤或焦粉。 还原造锍熔炼的基本原理是，在1 0 0 0 ～ 1 3 0 0 ℃的温度及有过剩的碳质还原剂的情况下，造 锍剂中的高价态氧化物首先被还原成低价 F e 2 0 3 0 ．5 C 2 F e O 0 ．5 C O z 1 F e 3 0 4 0 ．5 C 3 F e O 0 ．5 C 0 2 2 2 C u O 0 ．5 C C u 2 0 0 ．5 C 0 2 3 然后F e O 或C u ，O 与有色金属硫化物及碳质还 原剂产生还原造锍反应 P b S 十F e O C P b F e S 十C O 4 万方数据 第4 期唐漠堂等一种无二氧化硫的有色金属冶炼方法 P b S F e O C O P b F e S C 0 2 5 P b S 0 4 F e O 5 C P b F e S C O 6 P b S O d F e O 5 C O P b F e S 5 ；0 2 7 或P b S C u ，O C P b C u ，S C O 8 P b S C u 2 0 C O P b C u 2 S C 0 2 9 或 S b 2 S 3 3 F e O 3 C 2 S b 3 F e S 3 C O 1 0 S b 2 S 3 3 F e O 3 C O 2 S b 3 F e S 3 C 0 2 1 1 S b 2 S 3 3 C u 2 0 2 C 3 S b 3 C u 2 S 3 C O 1 2 S b 2 S 3 3 C u 2 0 2 C O 3 S b 3 C u 2 S 3 C 0 2 1 3 或 B i 2 S 3 3 F e O 3 C 2 B i 3 F e S 3 C O 1 4 B i 2 S 3 3 F e O 3 C O 2 B i 3 F e S 3 C 0 2 1 5 B i 2 S 3 3 C u 2 0 3 C 2 B i 3 C u 2 S 3 C O 1 6 B i 2 S 3 3 C u 2 0 3 C O 2 B i 3 C u 2 S 3 C 0 2 1 7 或Z n S F e O C Z n 十 F e S C O 1 8 Z n S F e O C O Z n 十 F e S C 0 2 1 9 Z n S C u 2 0 C Z n 十 C u 2 S C O 2 0 Z n S C u 2 0 C O Z n 十 C u 2 S C 0 2 2 1 此外，添加剂也与金属硫化物发生还原造锍反 应，析出金属和生成硫化钠。造渣反应与造锍熔 炼、还原熔炼类似。与沉淀熔炼比较，由于在熔炼 过程中产生C O 和C 0 7 等气体的搅动作用，强化了 反应过程，使澄清加快，因此，其技术经济指标较 沉淀熔炼好得多。 2还原造锍熔炼产物和金属回收率 还原造锍熔炼结束后，可获得粗金属 或合 金 、锍、炉渣及烟尘四种产物；大部分铅、锑、 铋和贵金属都进入粗金属 或合金 ，少部分铅、 锑、铋进入烟尘，还有少部分残留在锍和炉渣中； 铜、镍、钴绝大部分进入锍；锌、镉绝大部分进入 烟尘；大部分铁进入锍，少部分造渣，9 5 ％以上的 硫被固定于锍中，进入锍的还有钠等碱金属；二氧 化硅、氧化铝等脉石全部进入炉渣。处理铅、锑单 一硫化矿或精矿时，铅、锑回收率与经典方法一 样，但直收率要高得多，铅大于8 9 ％，锑大于 9 3 ％；处理铅一锑复杂硫化矿精矿时，与经典方法 比较，金属直收率大幅度提高，铅大于8 5 ％，锑 大于9 0 ％；金、银回收率和固硫率都大于9 5 ％。 3还原造锍熔炼的工艺流程 根据以上分析，拟定还原造锍熔炼的原则流程 图1 。 有色金属硫化矿或 堂墅 图1有色金属硫化矿或精矿及含硫物料 的还原造锍熔炼原则流程图 如果烟尘含锌很低，则烟尘返回还原造锍熔 炼，烟尘含锌高时，则要另行处理，回收锌后再返 回还原造锍熔炼。炉渣很稳定，可以长期堆存、铺 路或做建材。锍的处理是重要的，锍的主成分是不 溶于水但易溶于酸的硫化亚铁，易风化。这种锍在 回收有价金属后或直接送往化工厂制造硫酸或用作 硫化工产品的原料。大部分锍应该是焙烧处理，所 得烧渣再返回冶炼厂作为造锍剂。这样，对于冶炼 厂可解决造锍剂的来源和成本问题，对于化工厂可 解决硫原料的来源和烧渣的治理和利用问题。 4还原造锍熔炼的重大现实意义 还原造锍熔炼具有特别重大的现实意义。首 先，它可用于我国几十家中小铅、锑冶炼厂治理二 氧化硫污染的技术改造，减少S 0 2 排放2 0 万t ／a ， 在大规模的熔炼设备和技术研究成功后，可望用于 几万t ／a 规模的大炼铅厂的技术改造，再减少S 0 2 排放1 0 万t ／a 。这些硫资源可用来制硫酸或其他硫 的化工产品，真正做到变废为宝，化害为利。其 次，在冶炼铅、锑、铋等有色金属的同时，顺便处 理黄铁矿烧渣回收贵金属。我国有极其丰富的含金 黄铁矿资源，但至今尚未找到有效的处理方法，因 此这些资源还没有得到开发与利用。本方法为这一 巨大黄金资源的开发利用提供了一条可行的处理方 案含金黄铁矿先经焙烧脱硫制酸，其烧渣作为硫 万方数据 有色金属第5 2 卷 化铅精矿或铅锑复杂硫化矿精矿的还原造锍熔炼的 造锍剂，黄金即可顺便富集回收。这不仅省去传统 方法中焙砂提金生产线建设的大量投资，而且金的 回收率≥9 0 ％，较焙烧．氰化工艺提高1 0 ％以上。 当然，处理含金黄铁矿烧渣时，锍焙烧后的烧渣就 不能再返回作造锍剂。再次，还原造锍熔炼对开发 利用我国的铅一锌、铜一锌、铜一铅一锌复杂硫化矿资 源亦具有重要意义。 5结束语及建议 还原造锍熔炼是一种无污染的新冶炼工艺，具 有流程简单、金属回收率高、生产成本低、无二氧 化硫污染等优点，特别是可方便地回收含金黄铁矿 中的贵金属，显示出这种方法具有巨大的应用价 值。但是，该方法的研究刚刚起步，在工艺、理论 及设备等方面还有大量的研究工作，离全面推广应 用还有一段很长的路。因此，我们建议 1 将还原造锍熔炼列入国家“十五”重点 科技攻关计划，发动有关单位和部门与中南大学联 合攻关，以解决工业应用的工艺和设备问题。 2 有关基金要大力支持还原造锍熔炼的基础 研究，以便为该冶炼方法奠定理论基础。 参 考文 献 1国家环境保护总局．环境保护，1 9 9 8 ， 8 1 5 2 周敬元，游力挥．世界有色金属。1 9 9 9 ， 9 7 3 彭容秋．重金属冶金学．长沙中南工业大学业出版社，1 9 9 0 2 2 9 4 彭容秋．有色金属提取冶金手册 铅锌镉铋卷 ．北京冶金工业出版社，1 9 9 2 ．4 3 2 5 赵天从．锑．北京冶金工业出版社，1 9 8 7 3 1 7 6 张传福。李作刚．中国有色金属学报，1 9 9 3 ，3 4 1 6 7 景治熙．中国专利，9 4 1 1 9 7 5 8 ．1 N O N F E R R O U SM E T A LS M E L T I N GP R O C E S SW I T H O U TS 0 2F O R M A T I O N R e d u c t i o n m a t t e m a k i n gs m e l t i n go fn o n f e r r o u sm e t a ls u l f i d eo r e s a n ds u l f u rb e a r i n gm a t e r i a l s T A N GM o t a n g ，T A N GC h a o b o ，Z H A N GD u o m o D e p a r t m e n to fM e t a l l u r g i c a lS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ，C e n t r a lS o u t h U n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ，C h a n g 吐a4 1 0 0 8 3 A B S T R A C T An e wm e t a l l u r g i c a lp r o c e s sf o rs m e l t i n gn o n f e r r o u sm e t a l sw i t h o u tp o l l u t i o no fs u l f u rd i o x i d eh a sb e e np r o p o s e d ．N o n f e r r o u sm e t a l ss u l f i d eo r e so rc o n c e n t r a t e sa n ds u l f u rb e a r i n gm a t e r i a l sa r eg r o u n da n dm i x e dw i t hr e d u c i n ga g e n t ，m a t t e m a k i n ga g e n ta n da d d i t i v e s ，a n dt h e nt h em i x t u r ei ss m e l t e da t1 0 0 0 - - 1 3 0 0 “ 2 ．N o n f e r r o u s m e t a l so rt h e i ra l l o y sc a nb eo b t a i n e di ns i n g l e s t e pp r o c e s sw i t h o u tp o l l u t i o no fs u l f u rd i o x i d e ．T h i sp r o c e s s c o u l dp r o d u c em a t t e ，s l a ga n dd u s t s ，a n ds i m u l t a n e o u s l yr e c o v e rp r e c i o u sm e t a l sf r o mr o a s t e dp y r i t i cs l a g sc o n t a i n i n gg o l da n ds i l v e r ．T h ep r o c e s sh a sg r e a ta d v a n t a g e s s i m p l ef l o w s h e e t ，l o wc o s ta n dh i g hm e t a lr e c o v e r y ． T h en e wm e t h o di ss u i t a b l ef o rt r e a t i n gs i m p l es u l f i d eo r e so rc o n c e n t r a t e so fP b ，S b ，B i ，a n dc o m p l e xs u l f i d e s o rc o n c e n t r a t e so fP b S b ，P b Z n ，C u 。P b Z n ，C u Z nw i t h o u tp o l l u t i o no fS 0 2 ，e s p c c i a l l y ，c a nr e c o v e rp r e c i o u s m e t a l sf r o mr o a s t e dp y r i t i cs l a g sc o n t a i n i n gg o l d ． K E YW O R D Sn o n f e r r o u sm e t a l s ；r e d u c t i o n m a t t e m a k i n gs m e l t i n g ；s u l f i d eo r e s ；p o l l u t i o n f r e e m e t a l l u r g y 万方数据