淺論濕法冶金與火法冶金工藝

趙冬梅

摘 要：濕法冶金是利用某種溶劑，借助化學(xué)反應(yīng)，對(duì)原料中的金屬進(jìn)行提取和分離的冶金過(guò)程。又稱水法冶金?；鸱ㄒ苯鹗抢酶邷貜牡V石中提取金屬或其化合物的冶金過(guò)程。此過(guò)程沒(méi)有水溶液參加，故又稱為干法冶金。相較于火法冶金，濕法冶金材料的周轉(zhuǎn)比較簡(jiǎn)單，原料中有價(jià)金屬綜合回收程度高，有利于環(huán)境保護(hù)，并且生產(chǎn)過(guò)程較易實(shí)現(xiàn)連續(xù)化和自動(dòng)化。文章結(jié)合實(shí)際就濕法冶金與火法冶金工藝加以淺論，以供參考。

關(guān)鍵詞：法冶金；火法冶金

濕法冶金是利用某種溶劑，借助化學(xué)反應(yīng)（包括氧化、還原、中和、水解及絡(luò)合等反應(yīng)），對(duì)原料中的金屬進(jìn)行提取和分離的冶金過(guò)程。又稱水法冶金。濕法冶金包括4個(gè)主要步驟：①用溶劑將原料中有用成分轉(zhuǎn)入溶液，即浸取。②浸取溶液與殘?jiān)蛛x，同時(shí)將夾帶于殘?jiān)械囊苯鹑軇┖徒饘匐x子回收。③浸取溶液的凈化和富集，常用離子交換和溶劑萃取技術(shù)或其他化學(xué)沉淀方法。④從凈化液中提取金屬或化合物。濕法冶金在鋅、鋁、銅、鈾等工業(yè)中占有重要地位，世界上全部的氧化鋁、氧化鈾，大部分鋅和部分銅都是用濕法生產(chǎn)的。濕法冶金的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)非常低品位礦石（金、鈾）的適用性，對(duì)相似金屬（鉿與鋯）難分離情況的適用性；以及和火法冶金相比，材料的周轉(zhuǎn)比較簡(jiǎn)單，原料中有價(jià)金屬綜合回收程度高，有利于環(huán)境保護(hù)，并且生產(chǎn)過(guò)程較易實(shí)現(xiàn)連續(xù)化和自動(dòng)化。

火法冶金的工藝流程一般分為礦石準(zhǔn)備、冶煉、精煉3個(gè)步驟。①礦石準(zhǔn)備。選礦得到的細(xì)粒精礦不易直接加入鼓風(fēng)爐（或煉鐵高爐），須先加入冶金熔劑，加熱至低于爐料的熔點(diǎn)燒結(jié)成塊；或添加粘合劑壓制成型；或滾成小球再燒結(jié)成球團(tuán)；或加水混捏；然后裝入鼓風(fēng)爐內(nèi)冶煉。硫化物精礦在空氣中焙燒的主要目的是：除去硫和易揮發(fā)的雜質(zhì)，并使之轉(zhuǎn)變成金屬氧化物，以便進(jìn)行還原冶煉；使硫化物成為硫酸鹽，隨后用濕法浸??；局部除硫，使其在造锍熔煉中成為由幾種硫化物組成的熔锍。②冶煉。此過(guò)程形成由脈石、熔劑及燃料灰分融合而成的爐渣和熔锍或含有少量雜質(zhì)的金屬液。有還原冶煉、氧化吹煉和造锍熔煉3種冶煉方式：還原冶煉：是在還原氣氛下的鼓風(fēng)爐內(nèi)進(jìn)行。加入的爐料，除富礦、燒結(jié)塊或球團(tuán)外，還加入熔劑（石灰石、石英石等），以便造渣，加入焦炭作為發(fā)熱劑產(chǎn)生高溫和作為還原劑。可還原鐵礦為生鐵，還原氧化銅礦為粗銅，還原硫化鉛精礦的燒結(jié)塊為粗鉛。氧化吹煉：在氧化氣氛下進(jìn)行，如對(duì)生鐵采用轉(zhuǎn)爐，吹入氧氣，以氧化除去鐵水中的硅、錳、碳和磷，煉成合格的鋼水，鑄成鋼錠。造锍熔煉：主要用于處理硫化銅礦或硫化鎳礦，一般在反射爐、礦熱電爐或鼓風(fēng)爐內(nèi)進(jìn)行。加入的酸性石英石熔劑與氧化生成的氧化亞鐵和脈石造渣，熔渣之下形成一層熔锍。在造锍熔煉中，有一部分鐵和硫被氧化，更重要的是通過(guò)熔煉使雜質(zhì)造渣，提高熔锍中主要金屬的含量，起到化學(xué)富集的作用。③精煉。進(jìn)一步處理由冶煉得到的含有少量雜質(zhì)的金屬，以提高其純度。

高爐煉鐵生產(chǎn)是火法冶金（鋼鐵）工業(yè)最主要的環(huán)節(jié)。高爐冶煉是把鐵礦石還原成生鐵的連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程。鐵礦石、焦炭和熔劑等固體原料按規(guī)定配料比由爐頂裝料裝置分批送入高爐，并使?fàn)t喉料面保持一定的高度。焦炭和礦石在爐內(nèi)形成交替分層結(jié)構(gòu)。礦石料在下降過(guò)程中逐步被還原、熔化成鐵和渣，聚集在爐缸中，定期從鐵口、渣口放出。高爐生產(chǎn)是連續(xù)進(jìn)行的。一代高爐（從開(kāi)爐到大修停爐為一代）能連續(xù)生產(chǎn)幾年到十幾年。本專題將詳細(xì)介紹高爐煉鐵生產(chǎn)的工藝流程，主要工藝設(shè)備的工作原理以及控制要求等信息。由于時(shí)間的倉(cāng)促和編輯水平有限，專題中難免出現(xiàn)遺漏或錯(cuò)誤的地方，歡迎大家補(bǔ)充指正。

高爐冶煉目的：將礦石中的鐵元素提取出來(lái)，生產(chǎn)出來(lái)的主要產(chǎn)品為鐵水。付產(chǎn)品有：水渣、礦渣棉和高爐煤氣等。

高爐冶煉原理簡(jiǎn)介：高爐生產(chǎn)是連續(xù)進(jìn)行的。一代高爐（從開(kāi)爐到大修停爐為一代）能連續(xù)生產(chǎn)幾年到十幾年。生產(chǎn)時(shí)，從爐頂（一般爐頂是由料種與料斗組成，現(xiàn)代化高爐是鐘閥爐頂和無(wú)料鐘爐頂）不斷地裝入鐵礦石、焦炭、熔劑，從高爐下部的風(fēng)口吹進(jìn)熱風(fēng)（1000～1300攝氏度），噴入油、煤或天然氣等燃料。裝入高爐中的鐵礦石，主要是鐵和氧的化合物。在高溫下，焦炭中和噴吹物中的碳及碳燃燒生成的一氧化碳將鐵礦石中的氧奪取出來(lái)，得到鐵，這個(gè)過(guò)程叫做還原。鐵礦石通過(guò)還原反應(yīng)煉出生鐵，鐵水從出鐵口放出。鐵礦石中的脈石、焦炭及噴吹物中的灰分與加入爐內(nèi)的石灰石等熔劑結(jié)合生成爐渣，從出鐵口和出渣口分別排出。煤氣從爐頂導(dǎo)出，經(jīng)除塵后，作為工業(yè)用煤氣。現(xiàn)代化高爐還可以利用爐頂?shù)母邏?，用?dǎo)出的部分煤氣發(fā)電。

高爐冶煉過(guò)程：高爐冶煉是把鐵礦石還原成生鐵的連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程。鐵礦石、焦炭和熔劑等固體原料按規(guī)定配料比由爐頂裝料裝置分批送入高爐，并使?fàn)t喉料面保持一定的高度。焦炭和礦石在爐內(nèi)形成交替分層結(jié)構(gòu)。礦石料在下降過(guò)程中逐步被還原、熔化成鐵和渣，聚集在爐缸中，定期從鐵口、渣口放出。

高爐冶煉工藝——爐前操作：爐前操作的任務(wù)。（1）利用開(kāi)口機(jī)、泥炮、堵渣機(jī)等專用設(shè)備和各種工具，按規(guī)定的時(shí)間分別打開(kāi)渣、鐵口，放出渣、鐵，并經(jīng)渣鐵溝分別流人渣、鐵罐內(nèi)，渣鐵出完后封堵渣、鐵口，以保證高爐生產(chǎn)的連續(xù)進(jìn)行。（2）完成渣、鐵口和各種爐前專用設(shè)備的維護(hù)工作。（3）制作和修補(bǔ)撇渣器、出鐵主溝及渣、鐵溝。（4）更換風(fēng)、渣口等冷卻設(shè)備及清理渣鐵運(yùn)輸線等一系列與出渣出鐵相關(guān)的工作。

高爐基本操作高爐基本操作制度：高爐爐況穩(wěn)定順行：一般是指爐內(nèi)的爐料下降與煤氣流上升均勻，爐溫穩(wěn)定充沛，生鐵合格，高產(chǎn)低耗。操作制度：根據(jù)高爐具體條件（如高爐爐型、設(shè)備水平、原料條件、生產(chǎn)計(jì)劃及品種指標(biāo)要求）制定的高爐操作準(zhǔn)則。高爐基本操作制度：裝料制度、送風(fēng)制度、爐缸熱制度和造渣制度。

高爐冶煉主要工藝設(shè)備簡(jiǎn)介：[高爐設(shè)備]高爐：橫斷面為圓形的煉鐵豎爐。用鋼板作爐殼，殼內(nèi)砌耐火磚內(nèi)襯。高爐本體自上而下分為爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸5部分。由于高爐煉鐵技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)良好，工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)量大，勞動(dòng)生產(chǎn)效率高，能耗低等優(yōu)點(diǎn)，故這種方法生產(chǎn)的鐵占世界鐵總產(chǎn)量的絕大部分。高爐生產(chǎn)時(shí)從爐頂裝入鐵礦石、焦炭、造渣用熔劑（石灰石），從位于爐子下部沿爐周的風(fēng)口吹入經(jīng)預(yù)熱的空氣。在高溫下焦炭（有的高爐也噴吹煤粉、重油、天然氣等輔助燃料）中的碳同鼓入空氣中的氧燃燒生成的一氧化碳和氫氣，在爐內(nèi)上升過(guò)程中除去鐵礦石中的氧，從而還原得到鐵。煉出的鐵水從鐵口放出。鐵礦石中未還原的雜質(zhì)和石灰石等熔劑結(jié)合生成爐渣，從渣口排出。產(chǎn)生的煤氣從爐頂排出，經(jīng)除塵后，作為熱風(fēng)爐、加熱爐、焦?fàn)t、鍋爐等的燃料。高爐冶煉的主要產(chǎn)品是生鐵，還有副產(chǎn)高爐渣和高爐煤氣。[高爐設(shè)備]高爐熱風(fēng)爐介紹：熱風(fēng)爐是為高爐加熱鼓風(fēng)的設(shè)備，是現(xiàn)代高爐不可缺少的重要組成部分。提高風(fēng)溫可以通過(guò)提高煤氣熱值、優(yōu)化熱風(fēng)爐及送風(fēng)管道結(jié)構(gòu)、預(yù)熱煤氣和助燃空氣、改善熱風(fēng)爐操作等技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。理論研究和生產(chǎn)實(shí)踐表明，采用優(yōu)化的熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)、提高熱風(fēng)爐熱效率、延長(zhǎng)熱風(fēng)爐壽命是提高風(fēng)溫的有效途徑。[高爐設(shè)備]鐵水罐車：鐵水罐車用于運(yùn)送鐵水，實(shí)現(xiàn)鐵水在脫硫跨與加料跨之間的轉(zhuǎn)移或放置在混鐵爐下，用于高爐或混鐵爐等出鐵。

參考文獻(xiàn)：

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