铁矾渣是在湿法炼锌过程中排出的残渣,具有粒度细、含水高、酸性强、重金属离子含量高等特点,属于危险固体废弃物。但铁矾渣中含有大量的有价金属如铅、锌、铁等,具有很高的利用价值。因此,通过铁矾渣的综合利用减少其对环境的危害,是有色金属行业可持续发展的重要保障。目前,铁矾渣的综合利用主要集中于制备建筑材料和回收其中有价金属,回收有价金属是主要研究方向。回收铁矾渣中的有价金属可采用湿法、火法-湿法联合法,主要回收铁矾渣中的一种或多种有色金属。湿法利用过程药剂消耗量大,火法利用过程会释放大量的SO2气体,对环境污染严重。因此,必须寻找一种更适合铁矾渣性质特点的综合利用方法,加CaO直接还原法是一种比较可行的方法。通过直接还原,铁矾渣中含铅、锌的化合物被还原成金属铅、锌而得到分离回收,含铁、硫的化合物被还原成金属铁和CaS留在还原产物中。还原产物通过磨矿-磁选回收其中的金属铁,CaS留在磁选尾矿。根据上述思路,针对陕西汉中锌业有限责任公司铁矾渣,确定了三套直接还原回收其中铅、锌、铁及同步固硫的方案:粉状铁矾渣、铁矾渣外配煤球团、铁矾渣内配煤球团,并对三套方案进行了比较。结果表明,铁矾渣内配煤球团方案是较好的方案,其在铁矾渣:还原煤:CaO:水质量比100:25:27.5:35,1250℃还原60 min条件下,可获得铅、锌挥发率分别为96.97%和99.89%的铅、锌烟尘,铁金属化率、固硫率分别为91.57%、98.91%的还原产物。还原产物经过两段磨矿-两段磁选可获得铁品位和回收率分别为95.68%、76.26%的直接还原铁粉。铁矾渣三套方案的含铁、铅、锌化合物的还原机理类似,但固硫机理存在较大差异。铁矾渣中铵黄铁矾和铅黄铁矾先分解成Fe2O3和PbSO4后再进入直接还原阶段生成金属铁、铅,而铁酸锌直接进入还原阶段生成金属铁、锌。固硫剂CaO先与铁矾渣水分反应生成Ca(OH)2,再与铁矾渣中硫酸根生成CaSO4 · 2H2O,温度升高脱水生成CaSO4,CaSO4在直接还原过程生成CaS而固定在还原产物中。利用热力学软件HSC Chemistry进行了铁矾渣直接还原反应热力学计算和还原过程平衡组分模拟,热力学计算和模拟结果与试验结果相吻合。试验和理论表明铁矾渣内配煤球团基于直接还原法回收铁矾渣中铅、锌、铁及同步固硫方案是可行的。