低溫堿性熔煉在有色冶金中的應(yīng)用

李因

摘 要：低溫堿性熔與傳統(tǒng)火法冶金相比，可以在低于900℃的環(huán)境下進(jìn)行，并且在冶金過程中不會(huì)形成熔融渣，因此具備濕法冶金特點(diǎn)，而與濕法冶金不同的是，在具體熔煉期間，液態(tài)相包括液態(tài)金屬與熔鹽。有色冶金過程中，采用低溫堿性熔煉對(duì)于整合行業(yè)的發(fā)展都有著重要意義，因此加強(qiáng)對(duì)該方面內(nèi)容的分析是必要的。

關(guān)鍵詞：低溫堿性熔煉；鋁灰；有色冶金

1 引文

有色冶金中一種適用范圍較廣的生產(chǎn)技術(shù)就是溫堿性熔煉，既可對(duì)二次資源進(jìn)行處理，又能對(duì)原生礦的冶煉有良好的效果，其優(yōu)點(diǎn)是金屬直收率高、低溫、低碳、節(jié)能、環(huán)保、適宜處理復(fù)雜礦等。這種生產(chǎn)方式較為清潔。在有色冶金生產(chǎn)中，不管是從資源有限性。還是從維持生態(tài)環(huán)境的角度，以及從解決能源危機(jī)的現(xiàn)實(shí)需要來看，其發(fā)展低溫堿性熔煉都具有重大意義。

2 低溫堿性熔煉原理

在添加劑的作用下，物料與高活性熔融堿發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，獲取相應(yīng)的單質(zhì)或金屬鹽，通常在該過程中選擇鈉系熔鹽體系，這主要因?yàn)槠洳粌H可以起到不錯(cuò)的催化效果，而且具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。依據(jù)熔煉體系差別，可以將低溫堿性熔煉分為以下幾種。

2.1 直接熔煉

直接熔煉是對(duì)利用SiO2與兩性金屬氧化物與堿發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終生成可溶性鈉鹽，通過該化學(xué)反應(yīng)，可以從復(fù)雜的原料中完成對(duì)SiO2與兩性金屬氧化物的提取，具體反應(yīng)過程中涉及到的化學(xué)反應(yīng)方程式如下。

SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O

MeO+2NaOH=Na2MeO2+H2O

2.2 氧化熔煉

在通過低溫堿性氧化熔煉合金或金屬單質(zhì)進(jìn)行處理時(shí)，除了要加入NaOH外，還應(yīng)當(dāng)加入適量的NaNO3，在溫度較高的環(huán)境下，NaNO3會(huì)將發(fā)生分解，從而生成Na2O、N2、高活性[O]、O2、Na2O，從而會(huì)對(duì)整個(gè)反應(yīng)體系提供相應(yīng)的堿性，其中生物中的高活性[O]將會(huì)在短時(shí)內(nèi)對(duì)物料進(jìn)行氧化，從而使其與堿發(fā)生進(jìn)一步反應(yīng)，而在高氧化過程中，氣體的逸出則對(duì)于整個(gè)反應(yīng)起到了一定的攪拌作用，加快了化學(xué)反應(yīng)速度，并且使反應(yīng)更加徹底，熔煉期間可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如下。

5Me+2NaNO3+8NaOH=5Na2MeO2+4H2O+N2

10Me+6NaNO3+4NaOH=10NaMeO2+2H2O+3N2

在實(shí)際作業(yè)過程中，通過氧化熔煉方式獲取的可容鹽的熔點(diǎn)相對(duì)較低，其同熔融堿介質(zhì)相會(huì)作用，最終生成熔鹽相，利用水浸的方式，便可完成固態(tài)分離，并不需通過化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行，整個(gè)過程相對(duì)來說比較簡(jiǎn)單。

2.3 還原熔煉

利用低溫堿性還原熔煉，一面可以實(shí)現(xiàn)對(duì)Pb、Bi、Zn等各種熔點(diǎn)較低的重金屬的處理，另一方面可以完成對(duì)Cu、Ni等高熔點(diǎn)金屬的合理富集與分離，在該期間，將會(huì)NaOH作為整個(gè)熔煉期間的介質(zhì)，考慮到經(jīng)濟(jì)效益問題，也可以采用價(jià)格相對(duì)較低的Na2CO3作為介質(zhì)，具體熔煉期間，各種金屬元素都會(huì)對(duì)反應(yīng)過程中的S2-還原，最終將會(huì)生產(chǎn)合金或純金屬，這也就很好的解決SO2的排放問題，確保整個(gè)反應(yīng)過程中不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。該過程中涉及到的化學(xué)反應(yīng)方程式如下。

4MeS+8NaOH=4Me+Na2SO4+3Na2S+4H2O

4MeS+4Na2CO3=4Me+Na2SO4+3Na2S+4CO2

3 低溫堿性熔煉在回收鋁灰中的應(yīng)用

在冶煉鋁，以及鋁的成型過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的副產(chǎn)品。鋁灰是鋁冶煉過程中一項(xiàng)重要金屬副產(chǎn)品，其產(chǎn)生于所有鋁熔融工序中，鋁灰中的鋁主要為氧化物或單質(zhì)的形式存在。在堿性氧化性條件下，以500℃的溫度，熔煉約60min，此時(shí)，鋁灰中超過90%的鋁將會(huì)以NaAlO2的形式得到回收利用，而成分中的Ca、Mg將會(huì)留在殘?jiān)?，最終將會(huì)被合理分類。該過程中涉及到的化學(xué)反應(yīng)方程如下。

10Al+4NaOH+6NaNO3=10NaAlO2+2H2O+N2

2Al+2NaOH+O2+2Na2O2=2NaAlO2+2Na2O+2H2O

Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O

SiO2+2NaNO2=Si+2NaNO3

SiO2是鋁礦中一項(xiàng)比較常見的雜質(zhì)，脫硅是鋁工業(yè)中一項(xiàng)重要工作，該項(xiàng)作業(yè)其具體進(jìn)行過程中，控制起來相對(duì)來說比較困難，而鋁灰中也會(huì)含有一定量的硅。通過以上的敘述可以發(fā)現(xiàn)，利用NaNO3作為低溫堿性容量中的氧化劑，NaNO3可以還原SiO2，最終生成單質(zhì)Si，分離硅鋁，這對(duì)后續(xù)處理鋁工作的開展能夠起到一定的促進(jìn)作用。

除此之外，通過該方式，可以通過對(duì)鋁灰進(jìn)行應(yīng)用，生產(chǎn)鋁電解原料高氟氧化鋁及冰晶石和水玻璃，在具體生產(chǎn)期間，包括的具體過程有加水浸泡、過濾、蒸發(fā)、濃縮，最終得混合晶體，該晶體中包括的主要成分為氯化鈉和氯化鉀。在750℃～950℃溫度下，對(duì)濾渣進(jìn)行焙燒，將HF溶液加入到焙燒產(chǎn)物中，進(jìn)行充分浸泡后，再對(duì)其進(jìn)行過濾，然后在對(duì)濾液進(jìn)行蒸發(fā)，最終得到固體，通過干燥處理后，采用現(xiàn)有技術(shù)，完成對(duì)冰晶石的制作，蒸發(fā)母液應(yīng)當(dāng)與NaOH進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，完成水玻璃制造，對(duì)于濾渣的干燥應(yīng)當(dāng)在90℃～110℃下進(jìn)行，最終得到含有MgF2的高氟氧化鋁。該生產(chǎn)方式在具體應(yīng)用過程中，具有生產(chǎn)環(huán)境好、能耗低，操作簡(jiǎn)單等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，因此得到了廣泛應(yīng)用，并且從實(shí)際應(yīng)用情況來看取得了不錯(cuò)的成績(jī)。

4 低溫堿性熔煉再生鉛生產(chǎn)中的應(yīng)用

將再生鉛原料與硫化鉛礦粉置于氫氧化鈉熔體中進(jìn)行低溫堿性熔煉，在煉制貴鉛或粗鉛時(shí)，要對(duì)溫度進(jìn)行控制，不得超過600℃，并且該過程中不會(huì)受二氧化硫預(yù)計(jì)鉛毒的污染，同時(shí)通過該工業(yè)進(jìn)行處理，在具體作業(yè)過程中，對(duì)鉛礦中的銀、金等各項(xiàng)金屬的回收相對(duì)來說比較簡(jiǎn)單，并且具有較高的回收率。通過濕法的方式對(duì)堿渣進(jìn)行處理，在過程中，通過對(duì)鈉鹽與NaOH溶解差別的合理應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)廢水的零排放。該項(xiàng)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用期間，具有液量溫度低、回收金屬高等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，是一種較為理想的再生鉛方法。

5 結(jié)語

低溫堿性熔煉在有色冶金中有著廣泛應(yīng)用，采用該項(xiàng)技術(shù)，不僅可以對(duì)二次資源進(jìn)行處理，而且有著不錯(cuò)的冶煉效果，具有節(jié)能、環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)，是種清潔、高效的生產(chǎn)方式，因此加強(qiáng)對(duì)其該項(xiàng)方式的應(yīng)用與研究具有現(xiàn)實(shí)意義。

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