6.4 铁矿、黄金与铅锌冶炼概要

除铜以外，采矿工程师还需了解铁矿造块与高炉炼铁、黄金火法精炼及铅锌冶炼路线。本节概述各商品流程及其与选矿段的接口。

6.4.1 铁矿造块与高炉炼铁

6.4.1 铁矿造块与高炉炼铁

学习目标

• 比较烧结与球团对高炉炉料结构的优化作用
• 描述高炉内料柱分区：炉身、软熔带、风口区、炉缸
• 明确烧结转鼓指数（TBM）、球团抗压强度、Fe 品位等指标
• 按炉料组成估算焦比与生铁产量

核心概念

参数与指标

公式

• 炉料金属量：$Fe_{input} = \Sigma (burden_{i} \times \%Fe_{i} \times tonnage_{i})$
• 焦比：$Coke (kg/t HM) = Coke_{charge} (kg) / Hot_{metal} (t)$
• 渣量：$Slag (kg/t HM) \approx 250-350$
• 高炉产能：$HM (t/d) = Working_{volume} (m^{3}) \times productivity_{index} (t/m^{3}·d)$

工具与标准

• 常用工具：BF Balancer 炉料计算、烧结 pot 试验、球团 pot 模拟
• 相关标准：ISO 3271（烧结转鼓）、ISO 4700（球团抗压）、GB/T 6730（铁矿石化学分析）

操作步骤

1. 混匀铁精矿：平衡 Fe、脉石（SiO₂、Al₂O₃）、水分。
2. 烧结：配石灰石、白云石、焦粉 3–4%；点火带式烧结机；破碎筛分。
3. 球团：9–16 mm 造球，水分 8–10%，1280–1350°C 焙固。
4. 炉料结构：典型 70% 烧结 + 30% 球团，加焦丁改善透气。
5. 装料：无钟或钟式布料，控制中心—边缘比。
6. 送风：1100°C 热风 1.2–1.5 bar，PCI 100–150 kg/t 生铁。
7. 出铁出渣：2–4 h 开口；S > 0.05% 时脱硫。
8. KPI：焦比、生铁 Si/温度、炉顶 CO/CO₂、炉缸液位。

高炉炉料与还原流程

知识延伸

烧结与球团的选择取决于精矿粒度、脉石化学与高炉操作哲学。高品位球团降低渣量、利于降焦，但需高质量精矿与较大资本支出；烧结可消化粉矿与多种脉石，但 TBM 低时返粉增加，焦比可升 10–20 kg/t。软熔带透气性是限制高炉强化冶炼的核心——球团还原粉化（RDI）不良会导致中心气流通道化。

碱金属（K₂O、Na₂O）循环引起炉缸堆积（炉缸粘结），需控制入炉碱负荷。与高炉联动的选矿段应保证磁选精矿品位稳定，否则球团焙固温度与强度窗口变窄。

数量级示例：70% 烧结（57% Fe）+ 30% 球团（66% Fe）， 混合 Fe 约 59.7%。TBM 每降 1% 若对应焦比升 3 kg/t，72%→78% TBM 变化需量化评估。

常见误区

• TBM 低 → 返粉多、焦比升
• 球团 RDI 差 → 软熔带粉化、通道烧穿
• 碱循环 → 炉缸异常、下料不顺
• 高 Si 生铁 → 碱度或温度不足
• 通道化未识别 → 炉顶温度偏差大

关联章节

• 5.5.1 磁选 — 磁铁精矿球团
• 1.2.1 物探 — 磁铁矿勘查
• 9.1.1 采矿成本 — 铁矿成本驱动

自测要点

1. 70% 烧结 57% Fe + 30% 球团 66% Fe，计算混合 Fe 品位。
2. 焦比 420 kg/t、PCI 120 kg/t，总碳输入量级。
3. TBM 由 78% 降至 72% 对焦比的定性影响。

6.4.2 黄金火法精炼

6.4.2 黄金火法精炼

学习目标

• 梳理重选精矿至火法精炼的回收路径
• 操作硼砂熔剂坩埚熔炼，实现金–渣分离
• 比较灰吹、Miller 氯化和电解精炼对 doré 的提纯路线
• 评估给料中 S、Cu 对回收的影响

核心概念

参数与指标

公式

• 金回收率：R_{\mathrm{Au}} = Au_{\mathrm{in}}_{product} / Au_{\mathrm{in}}_{feed} \times 100\%
• 熔剂需求：$Borax (kg) = Gangue (kg) \times 0.3-0.5$
• Doré 价值：$Value = (Au_{oz} \times Au_{price}) + (Ag_{oz} \times Ag_{price}) - Refining_{charge}$

工具与标准

• 常用设备：感应炉、灰吹炉、Miller 氯化洗涤器
• 相关标准：LBMA 合格交割规则、GB/T 4134（金锭）

操作步骤

1. 接收精矿：来自氰化或重选；化验 Au、Ag、S、Cu。
2. 配熔剂：硼砂、硅石、纯碱；硫化物富集时加一氧化铅（PbO）。
3. 坩埚熔炼：1150°C，搅拌，保温 30 min 促金珠合并。
4. 浇铸分离：模冷后敲出 Doré 钮扣与渣。
5. 重熔 Doré：除渣夹杂，铸阳极或 Doré 条送精炼厂。
6. 精炼：Miller 至 99.5% Au，或电解至 99.99% 伦敦交割。
7. 银回收：Miller 泥与电解泥送银精炼（Parkes 或电解）。
8. 化验浇铸：火法 assay 确认，浇 400 oz 条。

黄金精炼路线

知识延伸

坩埚熔炼适合高品位重选精矿的小规模处理，但当给料 S > 5% 时 SO₂ 剧烈释放，须预氧化焙烧或增加一氧化铅捕硫。Cu 在 Doré 中会提高 Miller 法氯气消耗，宜在熔炼阶段用硫化熔剂预脱 Cu。渣中夹金是隐性损失，渣应磨细再熔或送专业回收。

难浸硫化物包裹金直接熔炼回收率可 < 80%，应路由至焙烧/POX + 氰化而非强行火法。Cl₂ 安全（Miller）须洗涤器与泄漏检测，符合 GB 16423 特殊作业要求。

数量级示例：10 t、500 g/t Au、95% 回收， doré 中 Au 约 4.75 kg；若 doré 90% Au，则 doré 质量约 5.3 kg 量级。

常见误区

• 高 S 给料未预处理 → SO₂ 与回收率低
• Doré 高 Cu → Miller 氯耗激增
• 渣中夹金 → 应用 flux/温度优化或渣再处理
• Miller 氯气安全不足 → 职业与环境风险
• 难浸矿误送熔炼 → 回收率 < 80%

关联章节

• 5.6.1 氰化浸出 — 上游提金
• 5.4.1 跳汰重选 — 精矿 feed
• 6.1.3 电解精炼 — 电解提纯类比

自测要点

1. 10 t、500 g/t Au、95% 回收、90% Au doré，估算 doré 质量。
2. 给料 8% S、3% Cu 对坩埚熔炼的影响与预处理。
3. 200 kg/d doré 规模下 Miller vs 电解精炼选型。

6.4.3 铅锌冶炼概要

6.4.3 铅锌冶炼概要

学习目标

• 概述铅烧结–鼓风炉–精炼主流程
• 描述锌焙烧–浸出–净化–电积湿法路线
• 比较锌火法与湿法冶炼的经济与环境特征
• 识别 Pb、Zn 冶炼烟气与废水控制要点

核心概念

参数与指标

公式

• 锌焙烧：$ZnS + 1.5 O_{2} \rightarrow ZnO + SO_{2}$
• 锌 EW Faraday：$Zn (kg) = I \times t \times 65.38 / (2 \times 96485)$
• 铅回收率：R_{\mathrm{Pb}} = Pb_{\mathrm{in}}_{crude} / Pb_{\mathrm{in\,concentrate}} \times 100\% — 目标 > 95%

工具与标准

• 常用工艺：ISASMELT（铅）、流态化 roaster（锌）、jarosite 除铁、锌 EW 槽房
• 相关标准：LME Pb/Zn 合格交割、GB 31574（有色金属工业污染物排放标准）

操作步骤

1. 铅：精矿烧结（氧化 S）→ 鼓风炉还原 → 出粗铅。
2. 铅精炼：硫化除 Cu；碱法除 As/Sb；Parkes（Zn）提 Ag。
3. 锌：流态化焙烧 → calcine 硫酸浸出，pH 1.5–2。
4. 净化：置换除 Cu、Cd；jarosite/goethite 除 Fe；除 Co。
5. 锌 EW：Al 阴极、Pb-Ag 阳极，48–52 g/L Zn，500 A/m²。
6. 出锌： melt 阴极片，浇 25 kg SHG 锭。
7. 制酸：捕集焙烧 SO₂，硫酸返浸出闭环。
8. 环保：焙烧 baghouse、铅烟尘 scrub、废水除 Cd。

铅锌冶炼主路线

知识延伸

原生铅冶炼的职业健康核心是铅烟尘暴露，鼓风炉须严格负压与 GBZ 2.1 铅限值监测。湿法炼锌占全球主流，jarosite 渣含 residual Zn、Cd，在多数司法辖区属危险废物，处置成本应计入 LOM 经济模型。

锌 EW 电流效率对 Mn、Co 杂质极敏感，净化段是 SHG 质量的关键而非槽房本身。混生 Pb–Zn 矿须分选精矿再冶炼； ISF 仅适合特定 integrated 老厂。焙烧温度 900–950°C 窗口控制硫保留于 calcine，过高或过低均降低浸出提取率。

数量级示例：55% Zn、32% S 精矿 1 t、97% S 捕集，SO₂ 产量可按化学计量估算用于制酸规模。

常见误区

• 铅烟尘控制不足 → 职业与环境双重风险
• Jarosite 处置未预算 → 湿法锌隐性成本
• 锌 EW 净化不足 → CE < 90%
• Pb–Zn 混炼未分选 → 金属回收与环保双输
• 焙烧温度失控 → 浸出率下降

关联章节

• 6.3.1 二氧化硫制酸 — 锌焙烧烟气
• 6.2.3 电积（EW） — EW 基础
• 7.1.3 大气污染控制 — 铅烟尘限值

自测要点

1. 55% Zn、32% S 精矿、97% S 捕集，估算 SO₂ 产量/t 精矿。
2. 500 A/m²、CE 92%、2.5 m²/槽、300 槽，年锌产量估算思路。
3. 原生铅高炉与再生铅炉的环境 footprint 对比框架。