一种含铅渣料流态化转化的方法技术

一种含铅渣料流态化转化的方法，本发明专利技术首先将含铅渣料在采用惰性气体处理，再通过气流使含铅渣料流态化，控制气流中惰性气体和还原性气体的比例为5~15：100进行还原，然后在保护性气氛下自然冷却得到处理后渣料。本发明专利技术利用流态化技术强化含铅渣料还原转化过程动力学条件，可实现硫酸铅物相的短时间内高比例转化，转化率达到95%以上；进一步通过惰性预处理并限定还原反应温度和时间，实现了含铅渣料中硫酸铅物相向硫化铅物相定向转变，硫化率达到80%以上；通过高硫化率限制了进入烟气的硫；处理温度低，可连续作业，适合大规模工业应用。

A method of fluidization transformation of lead containing slag

A method of fluidization transformation of lead-bearing slag material is made. Firstly, the lead containing slag is treated with inert gas, and then the lead slag is fluidization through air flow. The ratio of the inert gas and the reduced gas in the air flow is reduced to 5~15:100, and then the treated slag is cooled by natural cooling under the protective atmosphere. The present invention uses fluidization technology to strengthen the kinetic conditions of the reduction and conversion process of lead containing slag, and can achieve a high ratio of conversion in a short time and a conversion rate of more than 95% in the short time of lead sulfate, and further through inert pretreatment and limiting the temperature and time of the reduction reaction, the phase determination of lead sulphate in lead containing slag is realized. In the direction of transformation, the vulcanization rate is above 80%, and sulphur that enters the flue gas is limited by high vulcanization rate; the treatment temperature is low, and it can be operated continuously, suitable for large-scale industrial application.

【技术实现步骤摘要】
一种含铅渣料流态化转化的方法
本专利技术涉及冶金固废资源化领域，特别是将冶金过程副产的含铅固废高效进行物相转化的方法。
技术介绍
含铅渣料是重金属冶炼过程产出的中间废料或进行环保处理产生的废渣，其中含有铅、铜、锌、镍、锡等多种金属元素。我国铜、铅、锌、镍等金属冶炼行业均产出各类含铅渣料，其中高品位含铅渣料可以直接返回冶炼循环或者作为原料外售，而低品位含铅渣料往往只能堆存或委托具有危废处理资质的企业进行处理。其原因在于这类低品位含铅渣料铅含量往往低于20%，且含铅渣料中的硫大多呈硫酸盐形态存在，相比较硫化物形态的硫，其脱硫过程需要温度、能耗更高，且产生的低浓度SO2易造成二次污染等问题。因此无论将其搭配进入铅精矿冶炼还是对其进行直接冶炼处理经济上均不合算。中国专利技术专利[201210180567.2]提出了一种硫铁矿烧渣中低品位铅锌的回收方法。该方法将烧渣与煤粉制团后经过1000℃以上的高温还原焙砂，将铅以硫化铅形式挥发回收。该方法成本和能耗高，因此仅适用于硫铁矿制团过程附带回收铅。另一方面，含铅渣料中多种重金属含量高于国家排放标准，不能直接排放或作为建材原料使用。由于目前缺乏含铅渣料高效经济的处理方法，大量含铅渣料只能堆存，不仅浪费了宝贵的资源，也造成了沉重的企业经济负担。更重要的是，大量堆存的渣料可能对周边生态环境产生危害，导致极大的环保风险。因此将含铅渣料进行清洁高效的资源化利用是目前有色冶炼行业亟待解决的难题。针对传统火法工艺难以直接回收利用低品位含铅渣料的问题，研究人员提出了采用选冶联合的方法以降低过程能耗和成本。中国专利技术专利[201310065281.4]提出了一种铅冶炼渣风淬粒化、余热利用的选冶联合方法。该方法将高温炉渣风淬粒化回收热后，通过硫化焙烧将氧化铅转化为硫化铅，最后通过选矿回收铅精矿。该方法可以回收高温熔渣中的热能，提高渣中铅、锌的回收率。但该方法主要针对的是氧化铅物相为主的氧化渣，对以硫酸铅物相为主的渣料并不适用。中国专利技术专利[201310065266.X]提出了一种含硫酸盐铅锌冶炼渣选冶联合处理方法。该方法首先通过还原焙烧将渣料中的硫酸铅转化为硫化铅，然后通过缓冷、破碎、磨矿后进行浮选，获得高品位铅精矿。该方法能将含铅渣料转化为铅冶炼可使用的高品位铅精矿，大大降低了含铅渣料处理过程的能耗，节约了成本。但是该方法还原焙烧温度高，处理流程长，不仅能耗高，而且造成硫酸铅物相大量转化为氧化铅和金属铅，此类易烧结物相的出现又进一步阻止了反应的深入进行。例如在760℃，还原焙烧80min的条件下，硫酸铅转化为硫化铅的比例仅为～75%[ZhengY-x,etal.,JCentSouthUniv2015;22:2929-2935]，因此极大制约了其过程铅的回收率及能耗指标的提高。综上所述，低品位含铅渣料难以采用传统火法处理工艺经济合理的进行回收处理，采用选冶联合的方法是解决这一问题的有效途径。但是硫酸铅向硫化铅物相的转化效率是制约目前选冶联合方法效率的关键。
技术实现思路
为了克服制约目前低品位含铅渣料选冶联合方法的主要问题，本专利技术旨在提供一种低温、短流程和转化率高的低品位含铅渣料物相转化方法。本专利技术为达到上述目的采用的技术方案是：首先将含铅渣料在一定温度下采用惰性气体处理，之后通过气流使含铅渣料流态化，控制气流中惰性气体和还原性气体的比例，在一定的温度下进行还原一定时间，然后在保护性气氛下自然冷却得到处理后渣料。本专利技术的实质是利用流态化技术改变含铅渣料还原转化过程动力学条件，进一步通过限定还原反应温度和时间控制含铅渣料中硫酸铅物相向硫化铅物相定向转变，从而实现含铅渣料的高效转化。上述含铅渣料物相转化过程具体的工艺过程和参数如下：（1）磨矿筛分将低品位含铅渣料磨矿并分级，取100-200目的渣料进入下一步骤；（2）惰性升温通入惰性气体，将渣料在惰性气氛中升温至450-550℃，保温10-30min；（3）流态化还原通入还原性和惰性气体混合气体以保持含铅渣料悬浮，调节还原性气体与惰性气体体积比例为5-15：100以实现反应气氛为控制性还原气氛，反应温度控制为500-650℃，反应时间控制3-10min，渣料中以硫酸铅形式存在的物相发生还原生成硫化铅，其主要反应及副反应为：PbSO4+H2→PbS+H2O(1)PbSO4+H2→PbO+H2O＋SO2(2)PbSO4+1/3PbS→4/3PbO＋4/3SO2(3)PbO+H2→Pb+H2O(4)（4）冷却流态化还原完成后，将渣料在惰性气氛下自然冷却至室温，得到处理后渣料，该渣料可作为进一步选矿回收有价金属的原料。所述惰性气体为氮气和氩气中的一种或两种，氮气中N2体积百分比≥99%，氩气中Ar体积百分比≥99%；还原性气体为一氧化碳、氢气、天然气或煤气中的一种或多种，一氧化碳中CO体积百分比≥99%，氢气中H2体积百分比≥99%；天然气中CH4体积百分比≥85%；煤气可以为高炉煤气、焦炉煤气或水煤气，其成份体积百分比（%）为H21.5-60，CO5.0-40，CH423.0-28.0，CO21.3-15.0，N22.5-56.0。本专利技术适用于处理铜、铅、锌或锑有色金属冶金过程中所产生的低品位含铅渣料，其主要成份的质量百分比(%)范围为：Pb5~20.0，SiO215~30，S1-6。相比于传统方法，本专利技术的优点在于：（1）通过流态化技术强化了还原反应，实现了硫酸铅物相在短时间内的高比例转化，转化率达到95%以上；（2）通过惰性预处理结合还原时间控制，避免了硫酸铅向氧化铅和金属铅的转变，实现了其对硫化铅物相的定向转化，硫化率达到80%以上。（3）通过高硫化率限制了硫进入烟气中，避免了对环境的污染；（4）工艺简单，处理温度低，效率高，可连续作业，适合大规模工业应用。附图说明图1为本专利技术的工艺流程图；图2为含铅渣料转化前后XRD图；图3为含铅渣料流态化处理时间的影响图。具体实施方式以下实施例旨在说明本专利技术而不是对本专利技术的进一步限定。实施例1某含铅渣料，其主要成份以质量百分比计为：Pb15.78%、SiO225%，S5.7%；氢气，其中H2以体积百分计含量≥99%。工业氮气，其中N2以体积百分计含量≥99%。经过磨矿分级后，选择目数为200目的上述含铅渣料，在工业氮气保护条件下升温至450℃保温10min，然后通入氢气和工业氮气的混合气体（氢气和工业氮气体积比为15:85）使其流态化，在550℃下保温5min，然后取消氢气的通入，在工业氮气中自然冷却还原后含铅渣料。处理前含铅渣料X射线衍射谱图如图2中a所示，含铅物相主要为PbSO4，处理后样品X射线衍射谱图如图2中b所示，含铅物相主要为PbS。处理后渣料含铅各物相比例以质量百分比计PbSO45%，PbS87%，PbO5%，Pb3%；渣料中PbSO4转化率达到95%，其中87%转化为PbS。实施例2某含铅渣料，其主要成份以质量百分比计为：Pb8.6%、SiO230%，S4.2%；一氧化碳，其中CO以体积百分计含量≥99%。工业氮气，其中N2以体积百分计含量≥99%。经过磨矿分级后，选择目数为100目的上述含铅渣料，在工业氮气保护条件下升温至550℃保温20min，然后通入一氧化碳和工业氮气的混合气体（一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含铅渣料流态化转化的方法，其特征在于包括以下步骤：（1）磨矿筛分将低品位含铅渣料磨矿并分级，取100‑200目的渣料进入下一步骤；（2）惰性升温通入惰性气体，将渣料在惰性气氛中升温至450‑550℃，保温10‑30min；（3）流态化还原通入还原性和惰性气体混合气体以保持含铅渣料悬浮，调节还原性气体与惰性气体体积比为5~15：100，保持反应气氛为控制性还原气氛，反应温度控制为500‑650℃，反应时间控制3‑10min，渣料中以硫酸铅形式存在的物相发生还原生成硫化铅；（4）冷却流态化还原完成后，将渣料在惰性气氛下自然冷却至室温，得到处理后渣料，处理后渣料作为进一步选矿回收有价金属的原料。

【技术特征摘要】
1.一种含铅渣料流态化转化的方法，其特征在于包括以下步骤：（1）磨矿筛分将低品位含铅渣料磨矿并分级，取100-200目的渣料进入下一步骤；（2）惰性升温通入惰性气体，将渣料在惰性气氛中升温至450-550℃，保温10-30min；（3）流态化还原通入还原性和惰性气体混合气体以保持含铅渣料悬浮，调节还原性气体与惰性气体体积比为5~15：100，保持反应气氛为控制性还原气氛，反应温度控制为500-650℃，反应时间控制3-10min，渣料中以硫酸铅形式存在的物相发生还原生成硫化铅；（4）冷却流态化还原完成后，将渣料在惰性气氛下自然冷却至室温，得到处理后渣料，处理后渣料作为进一步选矿回收有价金属的原料。2.如权利要求1所述的含铅渣料流态化转化的方法，其特征在于：所述惰性气体为...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈霖，王振虎，黄晴宇，刘伟锋，张杜超，杨天足，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43