鋼材熱鍍鋅渣綜合回收工藝研究進展及新工藝

鐘勇 李元亭

摘 要：隨著國家對節(jié)能減排，發(fā)展環(huán)境友好型工業(yè)企業(yè)的重視程度不斷提升，工業(yè)廢料的回收利用，將是成為發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的大勢所趨，熱鍍鋅渣回收便是其中一個重點項目。文章將在闡述熱鍍鋅渣火法和濕法處理工藝基礎(chǔ)上，討論高效冷凝法新工藝，為相關(guān)工業(yè)企業(yè)帶來啟發(fā)作用，從而實現(xiàn)經(jīng)濟效益與社會效益的雙贏。

關(guān)鍵詞：熱鍍鋅渣;回收工藝;研究進展;新工藝

當前社會背景下，熱鍍鋅防腐蝕技術(shù)相較于其他技術(shù)，在鋼材表面處理方法上應(yīng)用最為廣泛，并且成本投入較低，可以起到節(jié)能節(jié)材的重要作用。熱鍍鋅渣中，主要金屬雜質(zhì)，以鐵、銅、鋁、鉛為主?，F(xiàn)階段，熱鍍鋅過程中消耗鋅會占到鋅總消耗量12%-14%，如何優(yōu)化熱鍍鋅渣回收工藝，實現(xiàn)工廠節(jié)能減排，是技術(shù)發(fā)展需要攻克的重點難題。

一、熱鍍鋅渣火法處理工藝

（一）常規(guī)蒸餾法

熱鍍鋅渣回收中，常規(guī)蒸餾法是應(yīng)用較為廣泛的一種。其工作原理主要是因為鋅的沸點相較于其他金屬雜質(zhì)元素（鉛、銅、鐵）更小，可以令鋅選擇性蒸發(fā)，達到富集作用。在上世紀90年代前夕，很多規(guī)模較小的企業(yè)都會利用坩堝或平罐進行蒸餾。該方法在能量消耗上更高，回收率不理想，為工人帶來較大勞動強度，產(chǎn)生了嚴重的環(huán)境污染，這也是坩堝或平罐蒸餾法現(xiàn)階段逐步銷聲匿跡的重要原因。當前技術(shù)發(fā)展背景下，很多廠家在蒸餾時都會選擇工頻無芯感應(yīng)電爐，但是在設(shè)備投資方面仍然不可控，而且選型較多，冷凝效果卻并不理想。投資成本的增加，主要是因為要降低物料含水量小于0.4%，從而提升運行安全性。為使熱鍍鋅渣處理過程能耗減少，加強作業(yè)的連續(xù)性，有學(xué)者開發(fā)了節(jié)能爐，降低勞動強度的同時，加強了生產(chǎn)連續(xù)性，提高了鋅回收率。

（二）真空蒸餾法

熱鍍鋅渣真空蒸餾，屬于有色金屬精煉的一種，該方法工作原理主要基于不同蒸氣壓選擇性將熱鍍鋅渣中的鋅揮發(fā)并冷凝，在廢渣中仍殘留其他金屬雜質(zhì)。通常情況下，該反應(yīng)過程主要集中在密閉真空爐中，合理控制爐溫在800℃至900℃，爐內(nèi)分成冷凝區(qū)、蒸發(fā)區(qū)、金屬排出區(qū)、將操作間斷，嘴周質(zhì)量可以達到1號或2號鋅水平。

真空蒸餾技術(shù)相較于傳統(tǒng)蒸餾法，優(yōu)勢主要有以下幾點：工藝簡單、回收率高、流程簡單、對環(huán)境污染低、技術(shù)也相對先進。但是由于常壓環(huán)境下，鋅的沸點本身就不高，因此蒸餾回收鋅的方式，并不十分看重壓力因素。應(yīng)用真空蒸餾技術(shù)之后，反而令設(shè)備更加復(fù)雜。除此之外，真空蒸餾過程本質(zhì)上是自然蒸發(fā)的一種，粉塊與分狀處理階段，由于表面物料萎縮下沉，在爐膛蒸發(fā)表面產(chǎn)生了覆蓋層，對底部鋅的蒸發(fā)產(chǎn)生了一定阻礙作用，降低了鋅的蒸發(fā)量。同時，鋅蒸發(fā)效果會和料層厚度呈負相關(guān)關(guān)系，厚度越后，鋅蒸發(fā)速率也就越低，效果就越差。

（三）加鋁熔析法

鋅和鐵之間的親和力，遠小于鋁和鐵之間的親和力，加鋁熔析法工作原理正在于此，可以將熱鍍鋅渣中的鋅元素以FeZn7或Fe5Zn21化合物狀態(tài)被提取，形成粗鋅液體。反應(yīng)過程主要是FeZn7+Al=FeAl+7Zn以及Fe5Zn21+5Al=5FeAl+21Zn。鑒于鋁鐵合金不具備較大比重，因此可以浮渣狀態(tài)在粗鋅液體表面懸浮，待靜置分層之后將浮渣撈出，就可以得到粗鋅液體，分離鐵和鋁。這種方法在投資成本上較低、能量消耗較少、流程相對簡單。但是在鋅渣除鐵之后，還需要在后續(xù)工序中分離其他金屬雜質(zhì)，不會直接完成回收鋅的過程。

二、熱鍍鋅渣濕法處理工藝

熱度鋅渣濕法處理工藝主要是用各種試劑，經(jīng)過中和、除雜，將鋅凈化和分離，從而提升鋅產(chǎn)品的純度。該方法優(yōu)勢主要是提升了原料內(nèi)部有價金屬的利用率，對環(huán)境發(fā)展不會帶來較大影響，可在大規(guī)模生產(chǎn)中廣泛投入，實現(xiàn)自動化發(fā)展。現(xiàn)階段伴隨技術(shù)發(fā)展，濕法工藝主要以MZP法為主，該工藝特點主要是先用鹽酸或硫酸溶解含鋅廢料，將鋅和其他雜質(zhì)分離，經(jīng)過提純，形成純度較高的再生鋅產(chǎn)品。濕法處理工藝在二次含鋅物料回收中應(yīng)用較多，提升了回收利用率，可以結(jié)合原料與市場變化，確定深加工制品。

國內(nèi)學(xué)者對于熱鍍鋅渣濕法處理工藝也有較多研究，主要有以下幾種。第一，原料為熱鍍鋅渣，通過堿性電解法，最終制備出來的鋅粉，含鋅量可以達到98%;第二，以熱鍍鋅渣為原料，在硫酸浸泡之后，得到硫酸鋅溶液，后續(xù)通過直接沉淀法制備納米氧化鋅，尺寸外徑可達到20nm;第三，由于熱鍍鋅渣中，鋅的存在形式主要以金屬鋅和氧化鋅為主，雜質(zhì)主要為鋁或鐵，開發(fā)了硫酸浸出鋅或加鋁熔析除鐵法。該方法可以通過機械法分離鋅液與浮渣，可將鋅液鑄錠。浮渣在在硫酸溶解之后，經(jīng)過電解便能獲得電鋅。該生產(chǎn)工藝消耗能量與試劑更低，因此在規(guī)模較小的工廠應(yīng)用較多。但是，這種工藝產(chǎn)品通常獲得的鋅純度不高，需要進一步進行精煉。

三、動態(tài)蒸發(fā)—高效冷凝法

動態(tài)蒸發(fā)—高效冷凝法，主要是通過對流加熱方式，令液體物料自旋，利用動態(tài)蒸發(fā)的方式，使鋅蒸發(fā)速率有效提升，防止料層厚度過后對鋅蒸發(fā)速率產(chǎn)生負面影響。針對爐體設(shè)計與操作維護而言，在爐體方面改進幅度較大，應(yīng)用永久加熱元件，提前制備高溫耐腐蝕爐體，在技術(shù)上，主要新型高溫爐頂密封以及異相自熱誘導(dǎo)冷凝液相成核。在以上技術(shù)改造基礎(chǔ)上，工藝在流程上相對簡單、操作簡便，可以有效提升生產(chǎn)效率。

該技術(shù)的工作原理，是鋅在常壓環(huán)境下，沸點相較鐵、銅、鉛、鋁較低，而且條件相同時，飽和蒸氣壓大于上述四種金屬的蒸氣壓。如果溫度控制得當，大概率會優(yōu)先蒸發(fā)鋅，保留其他金屬。當鋅以蒸汽形式進入冷凝器，就會聚結(jié)長大，經(jīng)過液化在冷凝室底部凝結(jié)，最后用來鑄錠。

結(jié)束語

綜上所述，由于熱鍍鋅工業(yè)發(fā)展速度較快，熱鍍鋅渣產(chǎn)出量增多，有關(guān)工廠應(yīng)重視熱鍍鋅渣的回收利用。文中主要介紹的幾種方法中，熱鍍鋅渣火法處理具備較高鋅回收率、能耗較低、設(shè)備應(yīng)用復(fù)雜性不強、應(yīng)用范圍較廣，無論在規(guī)模大小的工廠內(nèi)都能有效推廣;濕法處理工藝則可以實現(xiàn)生產(chǎn)的連續(xù)化與自動化，但容易消耗過多試劑、流程較長;動態(tài)蒸發(fā)—高效冷凝法對環(huán)境污染底，操作簡單，是未來回收技術(shù)重點發(fā)展方向。

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