高爐煉鐵煙塵回收鋅的工業(yè)實踐

趙 婷，鄭子恩，牟乃劍

（1.長沙有色冶金設(shè)計研究院有限公司，長沙410011；2.中冶長天國際工程有限責(zé)任公司，長沙410000）

高爐煉鐵煙塵回收鋅的工業(yè)實踐

趙 婷1，鄭子恩1，牟乃劍2

（1.長沙有色冶金設(shè)計研究院有限公司，長沙410011；2.中冶長天國際工程有限責(zé)任公司，長沙410000）

介紹了以高爐煉鐵煙塵為原料回收鋅的冶煉工藝。采用回轉(zhuǎn)窯火法富集得到含鋅、銦、鎘等的高氯氧化鋅揮發(fā)塵，再采用常規(guī)濕法工藝，通過堿洗、浸出、凈化、電積、熔鑄等工序得到產(chǎn)品鋅錠，使鋅的回收率達到95%以上。通過后續(xù)工序，還可回收銦、鎘、鍺等有價金屬。該工藝已成功用于工業(yè)實踐，取得了良好的經(jīng)濟效益，市場前景十分廣闊。

高爐；煉鐵；煙塵；鋅；工業(yè)；實踐

1 引言

隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，人們對含鉛鋅礦石的開采越來越多，使得有限的資源日益減少。我國鋼鐵行業(yè)每年大約產(chǎn)生3 500萬t的高爐煉鐵煙塵（瓦斯灰），其中含有一定品位的鋅，其富集物次氧化鋅中的鋅品位高達40%以上。這些在以往都是難以處理的工業(yè)固廢物，若將鋼鐵廠的此類二次資源合理利用，回收其中的鋅等有價金屬，既能變廢為寶，而且會產(chǎn)生較好的經(jīng)濟效益。

通過科研機構(gòu)及工廠的不斷探索，得到一種火法富集+濕法分離的成熟工藝，即采用回轉(zhuǎn)窯火法富集得到含鋅、銦、鉛、鉍、錫、鎘等的高氯氧化鋅揮發(fā)塵，再采用常規(guī)濕法工藝技術(shù)煉鋅。目前此工藝在某企業(yè)已經(jīng)投產(chǎn)并正常運轉(zhuǎn)。

2 原料及工藝流程的確定

2．1 原料

原料為高爐煉鐵煙塵（瓦斯灰）及其富集物一次氧化鋅粉，年需高爐煉鐵煙塵50 000 t，次氧化鋅粉30 000 t。高爐煉鐵煙塵主要成分見表1，次氧化鋅粉成分見表2。

表1 高爐煉鐵煙塵主要成分 /%

表2 次氧化鋅粉主要成分 /%

2．2 工藝流程的確定

2.2.1 火法富集

高爐煉鐵煙塵的火法富集目前主要有兩種方法，一種是轉(zhuǎn)底爐處理，另一種是回轉(zhuǎn)窯處理。轉(zhuǎn)底爐處理工藝在生產(chǎn)實踐中存在一些問題，如工藝流程長、粉塵大、額外需要煤氣燃料等。回轉(zhuǎn)窯處理工藝和其它方法相比，具有更高的經(jīng)濟性和環(huán)保性，因此本工藝的火法富集采用回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)[1]。

2.2.2 脫氯

由表1、表2可知，原料中含有較多的氯，通過火法富集的氧化鋅塵及次氧化鋅原料中的氯比鋅焙燒礦的氯含量高出幾千倍。而浸出時，氯大部分進入溶液，使鋅電解液中的氯含量增高，對鋅電積非常有害。氯在電解過程中，會造成陽極板腐蝕并影響電鋅品級率。同時，氯離子在陽極氧化成氯酸鹽后與陽極鉛反應(yīng)，增加溶液含鉛，降低析出鋅的級別，縮短了陽極壽命[2-4]。因此通常需要控制鋅電解液中的含氯量不高于100 mg/L。

脫氯方法一般分為火法（多膛爐或回轉(zhuǎn)窯焙燒）和濕法堿洗兩種。多膛爐或回轉(zhuǎn)窯焙燒針對含氯量較低的原料的脫氯率可達到80%以上，但是對于此種含氯量非常大的原料脫除效果不明顯，且具有設(shè)備龐大，投資較高等缺點。濕法堿洗的優(yōu)點是脫氯效率可高于95%，設(shè)備和操作簡單，勞動條件好，成本低。

綜合上述比較，本工藝選擇濕法堿洗方法脫氯。

但由于原料中氯的含量高，堿洗脫除后余氯仍然不達標(biāo)，還需要在后續(xù)工序中進一步深度脫氯。深度脫氯的脫氯劑一般為銅鹽或硫酸銅，經(jīng)過深度脫氯后，氯離子濃度小于100 mg/L，可滿足后續(xù)工藝的要求。

2.2.3 除雜濕法提鋅

經(jīng)過回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)及脫氯后的礦漿經(jīng)過常規(guī)濕法提鋅方法，即經(jīng)過中性浸出、三段凈化除雜，再經(jīng)電積、熔鑄等工序即可得到成品鋅錠。

綜上所述，確定了本工藝的工藝流程，即采用回轉(zhuǎn)窯火法富集得到氧化物塵，與次氧化鋅原料一起經(jīng)過球磨漿化后，采用濕法堿洗工藝脫除其中大部分的氯，然后經(jīng)中性浸出，嚴(yán)格控制一定的工藝條件以提高Zn浸出率。凈化工序采用雙氧水氧化除鐵及鋅粉置換，除去鐵、銅、鎘等雜質(zhì)；之后經(jīng)過二次深度脫氯，進一步除去溶液中的氯；再經(jīng)電積、熔鑄等工序后得到鋅錠。

3 工藝流程

高爐煉鐵煙塵回收鋅的生產(chǎn)工藝主要包括回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)、堿洗、浸出、凈化、電積、熔鑄等。

3．1 回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)

高爐煉鐵煙塵與焦粉按5：1的比例配料后加入回轉(zhuǎn)揮發(fā)窯（?2.5×30 m），揮發(fā)窯反應(yīng)區(qū)溫度為1 100～1 200℃，窯尾煙氣溫度為650～750℃，在回轉(zhuǎn)窯中，由于原料碳含量較高，可以直接利用其中的碳粉，減少焦粉的消耗。高爐煉鐵煙塵中的銦、鋅、鉛、鉍等有色金屬的氧化物先被還原成金屬，進而又被氧化成氣態(tài)的氧化物，富集于煙塵，鐵硅鈣等進入窯渣，氧化鋅煙塵送浸出[5-6]。

3．2 堿洗

本工藝采用濕法堿洗的方式脫氯。將次氧化鋅與堿洗液按5～6：1的液固比加入堿洗脫氯槽，并充分?jǐn)嚢瑁瑝A洗時間1 h。堿洗料漿經(jīng)壓濾，濾液返回脫氯槽循環(huán)使用，當(dāng)濾液循環(huán)到一定濃度時，泵送至污水處理站收氯化鈉。濾渣經(jīng)一段漂洗、二段漂洗后，氧化鋅漿料中含氯量降至0.2%左右。

3．3 浸出

堿洗脫氯后的氧化鋅料漿泵送至中性浸出槽，同時加入廢電解液進行連續(xù)浸出?？刂剖妓?10～130 g/L，溫度65～80℃，液固比為7～9：1，浸出時間為1～1.5 h，終點pH為5.2～5.4。浸出料漿泵送至中性浸出礦漿壓濾機壓濾，濾液泵送至凈化車間，濾渣中富集銦、鉍、錫、鎘等金屬，漿化后可進行后續(xù)處理回收其中有價金屬。

3．4 凈化

根據(jù)不同雜質(zhì)的特性，硫酸鋅溶液的凈化分五段進行：首先是氧化中和除鐵，除鐵渣加廢電解液洗鋅后送回轉(zhuǎn)窯；其次加脫氯劑進行深度脫氯，脫氯劑經(jīng)再生后可循環(huán)使用；然后加鋅粉置換脫銅、除鎘，高溫凈化除鈷鎳；最后再加一道鋅粉置換工序控制工藝指標(biāo)。主要反應(yīng)如下：

3．5 電積

來自鋅凈化車間的合格新液送入新液貯槽，然后泵入混合槽。同時加入廢電解液，按照新液：廢液=1：15～20的比例混合后送入冷卻塔。

每個電解槽設(shè)計為78片鋁陰極，79片Pb/Ag陽極，每片陰極有效面積為1.13 m2。電積時槽溫38～40℃，電流密度為 450～520 A/m2，槽電壓3.2～3.4 V。同極距62 mm，陰極析出鋅出槽周期24h，將鋅片送往熔鑄。

3．6 熔鑄

析出鋅片在熔鋅感應(yīng)電爐內(nèi)熔化，熔化時控制溫度460～480℃。熔化后的鋅用直線鑄錠機鑄錠，得到合格的鋅錠。鋅錠由碼垛機自動碼垛并打包。

4 技術(shù)指標(biāo)

本工藝所設(shè)計的火法富集處理高爐煉鐵煙塵50 kt/a，濕法分離提取處理火法富集物—次氧化鋅粉40 kt/a，生產(chǎn)電鋅20 kt/a。鋅的總回收率為96.41%。其主要控制指標(biāo)見表3。

表3 主要控制指標(biāo)

5 結(jié)語

采用回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)火法富集和濕法回收鋅的工藝在工業(yè)實踐中已經(jīng)成功應(yīng)用并產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟效益。

此外，對不同鋼鐵廠高爐煉鐵煙塵的進行成分分析，發(fā)現(xiàn)煙塵中除鋅以外，還可能有銦、稼、鍺、鉍、錫、鉛等有價金屬。通過工藝流程設(shè)計，不僅使鋅以電鋅錠形式得以回收，通過后續(xù)工藝可進一步回收其中的鎘、銦、稼、鍺、鉍等有價金屬，產(chǎn)生更好的經(jīng)濟效益。加上回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)的窯渣的回收鐵精礦、碳粉、建材輔料，產(chǎn)出的產(chǎn)品種類及品種多達5類9種，真正實現(xiàn)了高爐煉鐵煙塵的資源化綜合利用。

以鋼鐵廠高爐煉鐵煙塵為原料，產(chǎn)品為市場暢銷的有色金屬，成本低，經(jīng)濟效益好，實現(xiàn)了固廢物的無害化、資源化處理。同時，產(chǎn)出的為再生金屬，相對于原生金屬復(fù)雜的采、選、冶工序，大大減少了二氧化硫的排放和能源消耗。對于全國各地大小鋼鐵廠每年產(chǎn)生的數(shù)千噸高爐煉鐵煙塵，該工藝的市場前景將十分廣闊。

[1]重有色金屬冶煉設(shè)計手冊（鉛鋅鉍卷）[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2008.

[2]郭培明，龐建明，趙沛.回轉(zhuǎn)窯處理含鉛鋅高爐灰新技術(shù)及工業(yè)實踐 [C]//2011年重金屬污染防治技術(shù)及風(fēng)險評價研討會論文集.北京：中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會，2011：91-95．

[3]王樹楷.瓦斯灰回收有色金屬及再資源化 [J].資源再生，2009（10）：48-50.

[4] 朱耀平.高爐瓦斯灰中銦鋅鉍的回收實踐[J].有色金屬（冶煉部分），2009（6）：14-16．

[5]張振逵．柳鋼高爐瓦斯灰(泥)綜合回收利用研究[J].柳鋼科技，1995（2）：35-46．

[6] 劉秉國，彭金輝.高爐瓦斯泥（灰）資源化循環(huán)利用研究現(xiàn)狀[J].礦業(yè)快報，2007（5）：14-19．

（編輯 潘娜）

Industrial Practice of Zinc Recovery from BF Iron-making Fume

ZHAO Ting1,ZHENG Zi-en1and MU Nai-jian2
(1.Changsha Nonferrous Metallurgy Engineering and Research Institute Co.,Ltd,Changsha 410011, China;2.Zhongye Changtian International Engineering Co.,Ltd,Changsha 410000,China)

The melting process of zinc recovery with BF fume as raw material is introduced.Rotary kiln firing method was adopted to get high zinc oxychloride volatile dust containing zinc,indium and cadmium and normal wet method process,to get the product of zinc by processes of alkaline cleaning,leaching, purifying,electro-depositing and casting.Zinc recovery rate reached over 95%.Valuable metals such as indium,cadmium and germanium were recovered with subsequent process as well.Successfully applied to industrial practice,this process gained good economic effect and had vast market prospects.

BF;iron-making;fume;zinc;industry;practice

10．3969/j．issn．1006-110X．2014．01．003

2013-08-15

2013-09-10

趙婷（1982—），女，江西安福人，碩士，工程師，主要從事有色冶金冶煉設(shè)計工作，E-mail：yuting9091@163.com。