煉鋼煙塵中回收鋅的技術(shù)研究

□文/周洪杰 李劍利 崔志剛中

冶葫蘆島有色金屬集團有限公司

煉鋼煙塵中回收鋅的技術(shù)研究

□文/周洪杰 李劍利 崔志剛中

冶葫蘆島有色金屬集團有限公司

Technology Study on Recovering Zinc from Steel Smelting Dust

世界再生鋅資源每年呈逐漸上升的趨勢，據(jù)國際鋅協(xié)會（IZA）估計，目前西方國家每年消費的鋅錠、氧化鋅、鋅粉和鋅塵等鋅品總計在650萬噸以上，其中200萬噸來自鋅廢料，2010年美國鋅循環(huán)利用量占鋅總消費的40%，包括鋅金屬、鋅合金和鋅化合物等在內(nèi)的世界鋅循環(huán)利用量的增長速度為原生鋅產(chǎn)量增長速度的3倍。

根據(jù)來源和性質(zhì)的不同，可用于再生鋅的原料主要有：①煉鋼煙塵及高爐煙塵；②熱鍍鋅渣及硬鋅；③鋅制品生產(chǎn)過程的廢品、廢料及沖軋邊角料；④廢舊鋅及鋅合金零件；⑤廢鍍鋅制品及化工生產(chǎn)的含鋅副產(chǎn)物、廢料；⑥次級氧化鋅等。隨著現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，特別是以廢鍍鋅鋼為原料采用電弧爐生產(chǎn)不銹鋼的比例不斷上升，產(chǎn)生的煉鋼煙塵不斷增加，含鋅煉鋼煙塵的重要性超過了其他的含鋅廢料。

一、傳統(tǒng)處理技術(shù)

由于煙塵中含鋅、鉛甚至還有鎘，在歐美國家煙塵的排棄受嚴(yán)格的法律限制，美國的鋼廠每填埋1噸電爐煙塵需要花費150～200美元的填埋處理費，處理煙塵的費用日益增加以及日益嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求，一直成為探索煙塵中氧化鋅在煉鐵或煉鋼工藝中循環(huán)利用的經(jīng)濟有效方法的推動力。

鋼鐵廠的各種塵泥成分復(fù)雜、粒度細(xì)小、水份含量波動大等原因使得煙塵的利用較為困難，傳統(tǒng)的煙塵處理方法有配入燒結(jié)、外售、填埋。其中配入燒結(jié)是主要的技術(shù)處理方法，但是對燒結(jié)礦質(zhì)量有不良影響，而且使燒結(jié)能耗不斷上升，另外由于對環(huán)境影響較為明顯，燒結(jié)工藝本身也越來越受到限制，所以用燒結(jié)技術(shù)處理煙塵的做法受到制約。在我國外售處理的煙塵只被簡單的加工（如焙燒）后又返回?zé)掕F廠，沒有將資源很好地利用，也沒能解決重金屬的污染問題。填埋處理由于占用土地、污染環(huán)境而且處理費用高已經(jīng)被逐步取消。

二、存在的問題

電弧爐煉鋼時，往爐中加入各種鋼鐵廢料，有的廢料可能含有鋅或其他金屬，一些易揮發(fā)的金屬（如鋅）在冶煉過程中就會揮發(fā)進入煙塵，其煙塵中主要含氧化鋅、鐵酸鋅以及其他金屬氧化物等。2010年我國鋅的總消費量為255.12萬噸，其中鍍鋅的消費量占47%，這表明2010年我國鍍鋅的消費量在120萬噸左右，這就為回收鋅提供了巨大的原料來源。電弧爐煉鋼的典型操作溫度是1500℃～1700℃，當(dāng)爐料中存在易揮發(fā)性金屬如鋅，鉛和鎘等時，作業(yè)中它們就會揮發(fā)，最終進入煙塵中。我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)回收鋅存在的主要問題如下：

（1）煙塵每年產(chǎn)出的產(chǎn)量大，煙塵的產(chǎn)生率為11～20千克/噸鋼，并且每年以4%～6%速度在增長；

（2）煙塵中的成分通常含有鋅20%～25%，鉛0.5%～2%，鎘0.1%～0.3%，鐵25%～40%（大多為三價）；

（3）煙塵中的含鋅量可相當(dāng)于鋅消費量的8%～10%；

（4）鋼鐵廠需要花費一定的成本用來處理或處置所產(chǎn)生的煙塵，降低處理成本和殘渣的處置問題是值得關(guān)心的問題；

（5）從回收鋅和鉛的角度看，煙塵的品位還是存在偏低的問題；

（6）回收高附加值的產(chǎn)品并投入經(jīng)濟循環(huán)，即以金屬或氧化物的形式回收鋅，鐵以金屬或氧化物返回鋼鐵工業(yè)，同時變有害廢料為無害廢棄品；

（7）回收利用獲得產(chǎn)品可以創(chuàng)造財富并減輕環(huán)境污染。

三、處理工藝

1. 火法工藝

威爾茲法是最普遍也是最先采用的方法，而且現(xiàn)在一直在使用著，該法是將原料以干的，濕的或制粒的形式送入廠內(nèi)，將物料充分混合后制粒，球粒加入窯的加料斗。威爾茲窯的操作與通常電鋅廠的鋅浸出渣的威爾茲法類似。在窯內(nèi)燃燒煙氣與爐料是逆流運動，濕的物料加入爐內(nèi)后被窯的尾氣干燥并預(yù)熱，當(dāng)窯內(nèi)反應(yīng)區(qū)溫度約達1200℃時，金屬氧化物開始被還原，鋅和鉛揮發(fā)進入煙氣，窯內(nèi)氣氛要保持空氣過剩操作（從窯的尾端引入空氣），使鋅和鉛再氧化。氯，堿金屬或部分重金屬也可能一起揮發(fā)，將熱的含金屬揮發(fā)物的煙氣冷卻，在收塵器中分離出威爾茲氧化物。收塵后的煙氣再經(jīng)凈化處理除去有害物，煙氣中的污染物含量達到當(dāng)?shù)氐呐欧盼飿?biāo)準(zhǔn)后經(jīng)風(fēng)機排入大氣。威爾茲氧化鋅除含55%～60%的鋅外，還有一些堿性物和鹵素，對濕法煉鋅而言，堿性物和鹵素是不利的，通過浸出—兩段洗滌，可將堿性物和鹵素大大降低，浸出液可直接送濕法煉鋅系統(tǒng)處理。

2. 濕法工藝

濕法冶煉工藝開發(fā)集中于氯化浸出工藝，其中的典型代表為ZINCEX法，此法的關(guān)鍵是在含有大量雜質(zhì)的氯化物介質(zhì)環(huán)境中，可以從原生和再生原料中回收鋅，核心步驟是采用溶劑萃取來濃縮和凈化鋅溶液，以便能產(chǎn)出多種鋅產(chǎn)品，基本過程：

（1）浸出：含鋅原料采用適當(dāng)?shù)姆椒ń?，可采用常壓浸出或高壓浸出?/p>

（2）溶劑萃?。航鲆号c有機相接觸，選擇性地將鋅萃取入有機相，有機相萃取劑是溶于煤油中的DZEHPA(二—2乙基-己基磷酸)，這種萃取劑對鋅有很高的選擇性，其他雜質(zhì)都不會被明顯萃??；

（3）洗滌：采用酸化的水在適當(dāng)?shù)臈l件下除去有機相中夾雜的水和痕量的共萃雜質(zhì)，可獲得一種很純凈的含鋅有機相；

（4）反萃：用酸溶液可從洗滌后的有機相反萃取，產(chǎn)出一種很純的硫酸鋅溶液；

（5）再生階段：在此階段，分成少量的有機相，用鹽酸溶液進行處理以降低共萃雜質(zhì)（如鐵）的含量，部分雜質(zhì)被洗滌和反萃除去。

從二次鋅原料中回收鋅，火法和濕法各有其優(yōu)缺點，目前先用火法從煙塵中產(chǎn)出粗氧化鋅，經(jīng)凈化后再將較純的氧化鋅加入電鋅廠的濕法系統(tǒng)處理，最終產(chǎn)出高純電解鋅。煙塵的處理選擇何種技術(shù)工藝，除受煙塵本身的性質(zhì)影響外，還取決于經(jīng)濟（運輸和加工成本）、環(huán)境（條例和環(huán)境保護）以及原料長期的穩(wěn)定性等因素。

四、結(jié)語

回收二次鋅資源在經(jīng)濟、環(huán)保和社會效益等方面都具有重要意義。例如，再生鋅和原生鋅相比，能源消耗和污染物的排放都可大幅度減少，再生鋅綜合能耗只是原生金屬的28%。其他的含鋅廢料如鍍鋅廢渣，硬鋅合金的提取鋅也在逐步的研究中?；厥斩武\資源獲得再生鋅產(chǎn)品用于經(jīng)濟建設(shè)中是值得重視的一項技術(shù)工作，應(yīng)該受到廣泛關(guān)注和重視。

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