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user: 3. 试验结果及讨论 基于碳热还原实验，采用单因素条件试验法，考察铁硅比、钙硅比、反应温度、配碳量、富氧浓度、反应时间六个因素对铁矾渣富氧强化挥发熔炼过程铅、锌挥发率、渣的减量化及尾渣银含量的影响。 3.1. 铁硅比对金属挥发率的影响 称取1000 g铁矾渣，20 g碳粉，配入SiO 2 调节炉渣的铁硅比。实验条件为：钙硅比为0.4，反应温度1250℃，富氧浓度40% vol，反应时间1 h。铁硅比对铅、锌挥发率、渣的减量化及尾渣银含量的影响如表3、图3所示。 Table 3 Reduction of slag and metal content of tailings with different ratios of iron to silico 铁硅比 1.2 1.4 1.6 1.8 2 尾渣含铅 0.023 0.069 0.044 0.027 0.024 尾渣含锌 0.29 0.16 0.078 0.038 0.027 尾渣含银/g∙t −1 116.01 157.55 63.26 70.32 73.44 渣的减量率 29.2 32.94 36.82 44.58 45.34 表3. 不同铁硅比渣的减量率及尾渣金属含量/% 图3. 铁硅比对铅、锌挥发率的影响 由表3可知，铁硅比的越大，熔炼渣的减量化效果越显著，主要的原因是，随铁硅比的增大，所需配的熔剂减少，尾渣量随之减少。另外，尾渣的金属含量随着铁硅比的升高而减小。由图3金属挥发率结果可见，铁硅比增大，有利于铅、锌的挥发，当铁硅比为2的时候，锌、铅的挥发率分别为99.68%、99.36%。原料的铁硅比为2.6，铁硅比越接近2.6意味着所需添加SiO 2 的量越少，熔剂成本越低。因此，本次实验确定炉渣铁硅比的最优值为2。 3.2. 钙硅比对金属挥发率的影响 称取1000 g铁矾渣，20 g碳粉，配入CaO调节炉渣的钙硅比。实验中，铁硅比为2，反应温度1250℃，富氧浓度40% vol，反应时间1 h。考察钙硅比对铅、锌挥发率、渣的减量化及尾渣银含量的影响，结果如表4、图4所示。 Table 4 Reduction of slag and metal content of tailings with different ratios of calcium to silico 铁硅比 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 尾渣含锌 0.057 0.36 0.027 0.12 0.027 尾渣含铅 0.035 0.024 0.024 0.025 0.025 尾渣含银/g∙t −1 52.84 79.39 73.44 75.13 73.44 渣的减量率 48.03 41.72 45.34 44.25 41.88 表4. 不同钙硅比渣的减量率及尾渣金属含量/% 由表4可知，随着钙硅比的减小，渣的减量化效果显著，主要的原因是，钙硅比越小，所需配的熔剂越少，尾渣量越少。在钙硅比0.4时，尾渣含银量最少，为52.84 g/t，锌、铅含量也相对较少。由图4金属挥发率的结果可见，铅、锌的挥发率基本不受钙硅比的影响，在钙硅比为0.4的时候，锌、铅的挥发率分别为99.36%、99.11%，此时渣的减量率达到最高。因此，本次实验确定炉渣钙硅比的最优值为0.4。 图4. 钙硅比对铅、锌挥发率的影响 3.3. 温度对金属挥发率的影响 称取1000 g铁矾渣，20 g碳粉，在铁硅比为2，钙硅比为0.4，富氧浓度40% vol，反应时间60 min条件下，考察不同温度对铅、锌挥发率、渣的减量化、及尾渣银含量的影响，结果如表5、图5所示。 Table 5 Reduction of slag and metal content of tailings with different temperature 温度/℃ 1100.00 1150.00 1200.00 1250.00 1300.00 尾渣含锌 5.98 3.41 0.44 0.057 0.036 尾渣含铅 1 0.23 0.058 0.035 0.011 尾渣含/g∙t −1 194.07 119 73.44 52.84 73.44 渣的减量率 44.245 45.369 50.188 48.03 50.364 表5. 不同温度渣的减量率及尾渣金属含量/% 由表5可知，随着温度的升高，渣的减量化效果显著。升高温度，有助于金属硫酸盐的分解和金属的还原挥发，挥发量越高，尾渣量越少。另外，尾渣的金属含量随着温度的升高而减少，表明尾渣的危害性越小。金属挥发率的结果由图5可见，熔炼温度对铅、锌的挥发率有着重要的影响。当温度小于1250℃时，铅、锌的挥发率随着温度升高均有较大幅度的提升，在1250℃时，锌、铅的挥发率分别为99.32%、99.06%。当温度增加到为1300℃时，锌、铅的挥发率增幅较小，分别为99.61%、99.73%。温度过高会消耗过多的能源，降低熔炼炉寿命。同时熔炼温度过低，会增大渣的粘度，进而降低熔渣流动性，减缓金属氧化物的还原速度，导致金属挥发速度及挥发率降低。综合考虑，本实验确定最优熔炼温度为1250℃。 3.4. 碳量对金属法挥发率的影响 称取1000 g铁矾渣，在铁硅比为2，钙硅比为0.4，熔炼温度为1250℃，富氧浓度40% vol，反应时间60 min条件下考察配入不同碳粉量，考察不同配碳量对铅、锌挥发率、渣的减量化及尾渣银含量的影响，结果如表6、图6所示。 图5. 温度对铅、锌挥发率的影响 Table 6 Reduction of slag and metal content of tailings with different carbon conten 配碳量 2 4 6 8 10 尾渣含锌 0.057 0.067 0.057 0.074 0.063 尾渣含铅 0.035 0.12 0.045 0.031 0.052 尾渣含银/g∙t −1 52.84 87.56 141.33 38.42 12.45 渣的减量率 48.03 48.22 50.44 47.31 51.65 表6. 不同配碳量下渣的减量率及尾渣金属含量/% 由表6可知，随着配碳量的增加，渣的减量化效果越显著。在强还原气氛下，有助于金属硫酸盐的还原分解和金属的还原挥发。因此，配碳量的升高，挥发量越高，尾渣量越少。尾渣的金属含量随着配碳量的升高而减少，尾渣的危害性越小。金属挥发率的结果由图6可见，当配碳量为6 wt%时，锌、铅的挥发率分别为99.39%、98.91%，达到最高值，但是尾渣中的银含量为141.33 g/t，说明银得不到有效的回收。在配碳量为10 wt%时，锌、铅的挥发率分别为99.34%、98.77%，尾渣含银量最少，为12.45 g/t。这是由于在碳量高的存在下，银的硫酸盐以及氧化物得以还原分解成单质银，富集在炉底富铁层。综合考虑，本实验确定最优配碳量为10 wt%。 3.5. 富氧浓度对金属挥发率的影响 称取1000 g铁矾渣，铁硅比为2，钙硅比为0.4，熔炼温度为1250℃，配碳量为10% wt，反应时间60 min。分别测定铅、锌的挥发率，改变富氧浓度，考察不同富氧浓度对铅、锌挥发率、渣的减量化及尾渣银含量的影响，结果如表7、图7所示。 图6. 配碳量对铅、锌挥发率的影响 Table 7 Reduction of slag and metal content of tailings with different oxygen enrichment concentration 富氧浓度/%vol 30 40 50 60 70 尾渣含锌 0.099 0.063 0.046 0.052 0.036 尾渣含铅 0.088 0.052 0.032 0.030 0.036 尾渣含银/g∙t −1 83.06 12.45 11.56 11.55 175.12 渣的减量率 49.88 51.65 51.41 50.06 51.56 表7. 不同富氧浓度下渣的减量率及尾渣金属含量/% 由表7可知，富氧浓度40% vol以上，渣的减量率稳定在50%以上。铁矾渣中，还有金属硫化物，富氧有利于促进硫化物转变成氧化物，使其容易被还原挥发。因此，在较高富氧浓度下，有利于金属硫化物的氧化还原挥发，尾渣量相应的就少一些。富氧浓度在40%~60% vol，尾渣中银的含量维持在12 g/t左右，铅、锌含量更低，表明尾渣的危害性比较小。但是，在富氧浓度70% vol时，尾渣中银的含量上升至175.12 g/t，说明大量的银得不到回收利用。这是因为，富氧浓度过大，提高了熔渣中的氧势，过多的消耗碳，使还原剂减少，导致银的还原率降低，无法沉降或者挥发。 金属挥发率的结果由图7所示，锌、铅的回收率随着富氧浓度呈稳步上升的趋势，锌、铅的发挥率由富氧浓度30% vol时的98.92%、97.84%，上升到富氧浓度70% vol时的99.62%、99.15%。在一定范围提高富氧浓度，可以使铅、锌的挥发率都维持在比较高的水平。一方面是金属硫化物的氧化，易于被还原挥发。另一方面，氧气可以和碳反应形成CO搅拌熔体，加快熔体的传质速度，有利于还原反应的发生。富氧浓度在40% vol时，锌、铅的挥发率分别为99.34%、98.77%，进一步提高富氧浓度，铅、锌的挥发率得不到大幅度的提升，渣的减量率增加幅度也很小，综合考虑，本实验确定最优富氧浓度为40% vol。 图7. 富氧浓度对铅、锌挥发率的影响 3.6. 反应时间对金属挥发率的影响 称取1000 g铁矾渣，铁硅比为2，钙硅比为0.4，熔炼温度为1250℃，配碳量为10% wt，富氧浓度为40% vol。分别测定铅、锌的挥发率，改变通气反应时间，考察不同反应时间对铅、锌挥发率、渣的减量化及尾渣银含量的影响，结果如表8、图8所示。 Table 8 Reduction of slag and metal content of tailings with different reaction time 反应时间/min 30 40 50 60 70 尾渣含锌 0.19 0.19 0.092 0.063 0.13 尾渣含铅 0.12 0.15 0.060 0.052 0.071 尾渣含银/g∙t −1 75.34 84.09 24.33 12.45 56.76 渣的减量率 47.92 47.6 48.5 51.65 51.4 表8. 不同反应时间渣的减量率及尾渣金属含量/% 由表8可知，整体上随着反应时间的延长，渣的减量化效果越明显。随着反应时间的延长，渣中的硫酸盐分解更彻底，尾渣量相应的就少一些。反应时间60 min后，渣的减量基本稳定，此时，尾渣中银的含量达到最低12.45 g/t。而反应70 min后，可能沉在炉底的银又溶解在上层尾渣中，导致尾渣中的银含量上升。 由图8可知，在反应时间30~70 min，锌、铅挥发率整体上升，锌、铅的挥发率分别由反应30 min的97.85%、96.94%，上升到60 min的99.34%、98.77%，而70 min后不再上升。这是因为，随着反应时间的延长，渣中的易挥发组分挥发接近完成。综合考虑，本实验确定最优的反应时间为60 min。