化工技術(shù)在冶金工藝中的應(yīng)用研究

楊 亮

（安徽祥源科技股份有限公司，安徽 蚌埠 233000）

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，化工技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，因?yàn)榛ぜ夹g(shù)的不斷進(jìn)步不僅有力推動(dòng)了化工行業(yè)的飛速發(fā)展，也為其他行業(yè)提供了有效的解決手段，如化工技術(shù)在冶金行業(yè)中的嫁接應(yīng)用，可最大程度地減少冶金工藝中的能源消耗，更能夠降解甚至消除工藝過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄物，保護(hù)了環(huán)境，是冶金工藝中必不可少的一部分。

1 化工技術(shù)的概況

1.1 化工技術(shù)的概念

所謂的化工技術(shù)，一般指的是合理地應(yīng)用一些化學(xué)的原理以及工程的技術(shù)，從而減少或者徹底消除化工生產(chǎn)中的大量容易污染環(huán)境的物質(zhì)，例如化學(xué)催化劑、化學(xué)溶劑以及有害原材料等。不僅如此，還能夠利用特殊的化學(xué)技術(shù)手段，最大程度地充分將原料轉(zhuǎn)化成有用的產(chǎn)品，而不會(huì)產(chǎn)生大量廢棄物，最大可能地實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)的和諧統(tǒng)一。所以，現(xiàn)如今，很多的企業(yè)在進(jìn)行發(fā)展冶金工藝時(shí)，會(huì)應(yīng)用化工技術(shù)的生產(chǎn)模式來(lái)代替以前的傳統(tǒng)粗放型工藝模式，不僅可以提高冶金的效率，還能夠?qū)崿F(xiàn)各種原材料的循環(huán)利用，從而達(dá)到綠色環(huán)保的目標(biāo)[1]。

從比較廣義的角度來(lái)說(shuō)，所謂的化工技術(shù)，主要就是利用一些化學(xué)的原理以及工程的技術(shù)，滿足各種生產(chǎn)加工的活動(dòng)需求。而從冶金工藝的角度來(lái)說(shuō)，所謂的化工技術(shù)，也是利用了化學(xué)原理和工程技術(shù)提高冶金生產(chǎn)加工的質(zhì)量以及效率，同時(shí)將生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的一些有毒、有害、對(duì)環(huán)境不友好的物質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)化、分解甚至消除。在現(xiàn)階段應(yīng)用的化工技術(shù)中，終極的目標(biāo)很明確，就是最大限度地將原材料全部有效地轉(zhuǎn)化成具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值和使用價(jià)值的產(chǎn)品，不僅要提高對(duì)原料和能源的利用率，還要降低廢物以及污染物等的排放。

1.2 化工技術(shù)在各個(gè)行業(yè)應(yīng)用的重要作用

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)化進(jìn)程的腳步也在不斷地加快，但是，在進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生很多的污染物，這些工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的污染物在不斷增多，所造成的環(huán)境污染也日益嚴(yán)重。尤其是一些重金屬含量超標(biāo)的廢水或者廢渣，未經(jīng)過(guò)處理就直接被排放入河流里，造成了水體的嚴(yán)重污染，不僅使得污水治理變得極其困難，還給人們的生活和健康帶來(lái)極大的影響，嚴(yán)重的會(huì)讓人們患上一些難以治愈的疾病[2]。除此之外，在進(jìn)行環(huán)境污染的治理過(guò)程中，企業(yè)和相關(guān)部門(mén)還會(huì)付出很高的治理費(fèi)用，而且很多情況下，治理的效果卻并不明顯。因此，為了能夠讓環(huán)境重新變得美好，化工技術(shù)的應(yīng)用就顯得尤為重要，這也在很大程度上推動(dòng)了我國(guó)化工技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。

1.3 我國(guó)化工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著化工應(yīng)用技術(shù)的研究深入和不斷發(fā)展，我國(guó)在很多的領(lǐng)域中都引入了化工技術(shù)，并且讓化工技術(shù)在其中得到了很好的應(yīng)用。尤其是印刷、制藥、石化等制造行業(yè)，對(duì)于化工技術(shù)的應(yīng)用更是廣泛，除此之外，國(guó)家對(duì)于化工技術(shù)的應(yīng)用也投入了很多的關(guān)注，甚至組建了專業(yè)的科研團(tuán)隊(duì)在化工技術(shù)這方面進(jìn)行技術(shù)的研發(fā)、改進(jìn)以及應(yīng)用，這也使得我國(guó)的化工技術(shù)在近幾年得到了質(zhì)的飛躍，化工技術(shù)在不斷地創(chuàng)新與突破，不僅提高了技術(shù)的應(yīng)用效果，更是給人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)了很大的改變。

2 化工技術(shù)在冶金工藝中的應(yīng)用價(jià)值

目前，我國(guó)冶金行業(yè)采用的工藝一般都是傳統(tǒng)粗放式的，主要集中體現(xiàn)在原材料質(zhì)量不一和加工方式落后兩個(gè)方面。其中，原材料質(zhì)量不一，也就是說(shuō)進(jìn)行冶金需要用到的很多原材料的質(zhì)量都是參差不齊的，比如一些原始的礦物材料以及加工材料等，不能夠保證這些材料的質(zhì)量都是符合工藝標(biāo)準(zhǔn)的[3]。尤其是有很多品質(zhì)比較低的原材料，在經(jīng)過(guò)加工后，留下來(lái)有用的物質(zhì)質(zhì)量低下，并且數(shù)量也會(huì)很少，這樣不僅浪費(fèi)了大量的生產(chǎn)成本，還得不到滿意的產(chǎn)品。而加工方式落后，主要是因?yàn)檫M(jìn)行冶金的方式是傳統(tǒng)的，模式比較單一，大部分都只是利用高溫，對(duì)金屬礦物材料進(jìn)行高溫冶煉，從而達(dá)到將金屬物質(zhì)進(jìn)行分離的目的，燒制后再進(jìn)行凝結(jié)加工處理。這樣的加工方式對(duì)于能源的消耗特別高，而且在加工的過(guò)程中會(huì)不可避免地產(chǎn)生各類具有污染特性的物資。然而，現(xiàn)階段應(yīng)用在冶金工藝中的化工技術(shù)，能夠解決傳統(tǒng)冶金工藝中存在的很多問(wèn)題，有著更加符合現(xiàn)代化冶金的需求。

2.1 提高材料的利用率

在冶金工藝中應(yīng)用化工技術(shù)，能夠按照不同的金屬礦物材料的屬性特點(diǎn)，根據(jù)材料組成成分的性質(zhì)，同時(shí)利用一些技術(shù)手段，區(qū)分不同元素間的化學(xué)關(guān)系，進(jìn)而采用合理的方式方法，將有用的化學(xué)元素單獨(dú)提取出來(lái)，方便更好地加工成相應(yīng)的產(chǎn)品。換句話說(shuō)，利用化工技術(shù)，能夠?qū)⒌V物材料的價(jià)值充分地挖掘出來(lái)，提高材料的利用率[4]。

2.2 降低能耗

現(xiàn)如今對(duì)于化工技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)相對(duì)廣泛了，化工技術(shù)的應(yīng)用，不僅改變了單一的、傳統(tǒng)的冶金工業(yè)技術(shù)，還能夠根據(jù)不同的礦物材料特點(diǎn)、生產(chǎn)加工的一些需求，從而采用更加適合的冶金方法。這樣的方式，可以在很大程度上降低對(duì)于能源的消耗、降低生產(chǎn)加工過(guò)程中的成本、有效地保護(hù)環(huán)境，對(duì)于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展有著很重要的意義。

2.3 減少對(duì)于環(huán)境的污染

將化工技術(shù)應(yīng)用到冶金行業(yè)當(dāng)中，首先也是最重要的一點(diǎn)，就是能夠按照礦物材料的成分特點(diǎn)，更好地選擇冶金方法，減少污染物的產(chǎn)生。其次，還可以應(yīng)用相關(guān)的化學(xué)原理，對(duì)于在加工時(shí)所產(chǎn)生的一些有害、有毒、有污染的物質(zhì)進(jìn)行分解及處理。顯而易見(jiàn)，化工技術(shù)的應(yīng)用，能夠最大限度地減少冶金過(guò)程中廢棄物質(zhì)的生產(chǎn)和排放，很契合現(xiàn)代社會(huì)環(huán)境保護(hù)以及綠色可持續(xù)性發(fā)展的理念[5]。

3 化工技術(shù)在冶金工藝中的應(yīng)用研究

在進(jìn)行冶金工藝的過(guò)程中，為了能夠更好地解決傳統(tǒng)冶金工業(yè)的弊端，融入化工技術(shù)勢(shì)在必行，將冶金和化工兩種技術(shù)結(jié)合起來(lái)，不僅能夠提高冶金工藝的效果，還能夠不給環(huán)境造成很大的負(fù)擔(dān)。

3.1 氧化冶金工藝

（1） JFEEWEL技術(shù)。所謂的JFEEWEL技術(shù)，是由日本JFE公司進(jìn)行研制和開(kāi)發(fā)的技術(shù)，通過(guò)對(duì)焊接過(guò)程中的影響區(qū)γ晶體粒子的生長(zhǎng)進(jìn)行抑制，進(jìn)而對(duì)該晶體粒子中的鐵素體的生長(zhǎng)產(chǎn)生促進(jìn)作用，然后方便設(shè)計(jì)出碳當(dāng)量相對(duì)低的合金，這樣能夠?qū)⒑附訁^(qū)的韌性容易降低的問(wèn)題解決掉。其原理如下：

首先，使用一種叫做SuperOLAC的技術(shù)來(lái)降低碳當(dāng)量，并且可以對(duì)碳當(dāng)量的下限范圍有一個(gè)合理的控制，這樣能夠有效提高鋼材料的強(qiáng)度。其次，進(jìn)行Ti和N的添加時(shí)，需要嚴(yán)格控制它們的量，將鈦氮比盡可能地控制在合理范圍內(nèi)，同時(shí)把TiN的固熔溫度增加到1450℃，這樣能夠更好地保持HAZ區(qū)奧氏體晶粒的增長(zhǎng)情況。然后，為了能夠?qū)AZ組織進(jìn)行細(xì)化，就必須采用一定的方法將鋼材料中的B、N與O、Ca的含量進(jìn)行有效控制，如使用BN與S的夾雜物對(duì)焊接過(guò)程中晶體內(nèi)部鐵素體的形核進(jìn)行誘導(dǎo)等。

（2）新日鐵HTUFF技術(shù)。所謂的HTUFF技術(shù)，是指一些比較細(xì)小的粒子來(lái)得到相應(yīng)的微細(xì)組織以及很高的HAZ韌性的技術(shù)，這是屬于新日鐵的第二代的氧化物冶金技術(shù)。應(yīng)用的對(duì)象主要是如鋼結(jié)管道和船舶等壓強(qiáng)為490MPa～590MPa的結(jié)構(gòu)中的焊接工藝。而對(duì)于HTUFF鋼來(lái)說(shuō)，當(dāng)焊接的溫度穩(wěn)定在1400℃作用時(shí)，就能夠利用一些粒徑在10nm～100nm之間并且呈彌散分布的含有鈣鎂氧化物或者是硫化物等的夾雜物，來(lái)促進(jìn)HAZ區(qū)奧氏體晶粒的生長(zhǎng)，同時(shí)，可以利用那些夾雜物對(duì)于IGF的形核產(chǎn)生的作用，實(shí)現(xiàn)了HAZ組織的細(xì)化，進(jìn)而達(dá)到了提升鋼材料韌性的目標(biāo)[6]。

（3）TMCP 與氧化物冶金工藝相結(jié)合。所謂的TMCP，也被成為熱機(jī)械控制工藝，其主要是通過(guò)對(duì)熱軋過(guò)程中產(chǎn)生的壓量以及穩(wěn)定進(jìn)行控制，并且在這樣的基礎(chǔ)上進(jìn)行冷卻。而將TMCP和氧化物冶金這兩種工藝進(jìn)行結(jié)合，最早的提出者就是新日鐵。要想實(shí)現(xiàn)兩種工藝的結(jié)合，首先就需要進(jìn)行熱量以及加工變形量的調(diào)節(jié)和控制，并且對(duì)于冶金工藝過(guò)程中的析出、結(jié)晶和相變也需要進(jìn)行控制，其次就是通過(guò)對(duì)氮化物以及硫化物的含量進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)相變的控制。然而，因?yàn)椴煌漠a(chǎn)品有著不同的規(guī)格，因此應(yīng)用TMCP 工藝時(shí)所產(chǎn)生的效果也會(huì)存在不同，甚至有比較大的差異，這樣的工藝技術(shù)相對(duì)而言更加適合應(yīng)用在細(xì)、薄鋼材的產(chǎn)品加工過(guò)程中，應(yīng)用在對(duì)超厚鋼板進(jìn)行加工的工藝中時(shí)，并不能有效提高鋼材料的強(qiáng)度以及韌性，不會(huì)有很理想的工藝效果。

3.2 濕法煉銅在銅冶煉企業(yè)中的應(yīng)用

在對(duì)銅材料進(jìn)行冶煉的過(guò)程中，濕法煉銅的方法已經(jīng)深入人心，成為其中不可分割的一部分了。就目前而言，世界范圍內(nèi)大多數(shù)企業(yè)都是采用的化工技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)銅產(chǎn)量的提高，而相對(duì)先進(jìn)的技術(shù)能夠最大限度地提高冶金產(chǎn)品的質(zhì)量。但是，一般情況下，進(jìn)行銅冶煉時(shí)，必定會(huì)存在銅含量減少的情況，為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以采用化工技術(shù)中比較常見(jiàn)的納濾（NF）膜技術(shù)對(duì)電解液進(jìn)行處理，將里面的銅提取出來(lái)。利用納濾（NF）膜技術(shù)來(lái)對(duì)電解液中的銅進(jìn)行處理，加如每分鐘能夠處理245L含銅的電解液，相應(yīng)的就會(huì)流失大約250.3Kg的鐵，相對(duì)而言，銅的含量比較低一點(diǎn)，這樣可以看出對(duì)于銅的回收率還是比較高的。

電解液中的銅元素，通過(guò)納濾（NF）膜后留在電解液里面的含量還是相對(duì)多一些，然而，受到電解液中錳元素的影響，就沒(méi)辦法準(zhǔn)確地提煉出銅元素，在這樣的情況下，就需要合理地控制水量來(lái)實(shí)現(xiàn)銅元素的濃縮。因?yàn)樗康恼舭l(fā)，容易導(dǎo)致萃取的液態(tài)回流并且浸出，就會(huì)造成水量過(guò)剩，所以就需要平衡萃取液中的酸堿度，盡可能將PH值控制在7左右。而在進(jìn)行中和的過(guò)程中，會(huì)造成銅元素的大量損失，所以采用納濾（NF）膜技術(shù)來(lái)進(jìn)行液體的浸泡是很關(guān)鍵的一個(gè)步驟。這和傳統(tǒng)的冶金技術(shù)進(jìn)行比較，應(yīng)用化工技術(shù)進(jìn)行銅冶煉的效果更好，并且還能夠節(jié)約很大一筆的成本。

3.3 過(guò)濾技術(shù)在冶金化工污水處理工藝中的應(yīng)用

在進(jìn)行冶金的過(guò)程中，免不了的會(huì)產(chǎn)生大量的污水。在進(jìn)行污水處理時(shí)，沉淀時(shí)需要投入一定的氯化鋁來(lái)使混合物沉淀，這樣能夠除掉污水中的一部分重金屬物質(zhì)。因?yàn)榇蟛糠值闹亟饘傥镔|(zhì)都有比較復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)，不容易沉淀，而將氫氧化合物使用在平衡沉淀中的效果不好，且會(huì)產(chǎn)生很多的副作用，因此，采用過(guò)濾技術(shù)來(lái)對(duì)冶金過(guò)程中產(chǎn)生的污水進(jìn)行處理是相對(duì)合理的一種方式。使用過(guò)濾技術(shù)時(shí)，需要對(duì)污水渾濁度、處理量、內(nèi)部壓力、排出口壓力、運(yùn)行速度以及反洗污水強(qiáng)度等的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)，還需要將污水的PH值進(jìn)行調(diào)整，逐步沉淀污水中的金屬離子，比如，在PH值為10.5~11.5時(shí)沉淀鋅、鎘離子等。這樣，就能夠?qū)⑽鬯械闹亟饘僭鼗救コ?，減少污水對(duì)環(huán)境的破壞作用。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，化工技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越爐火純青，尤其是在一些冶金企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中，化工技術(shù)起到了相當(dāng)關(guān)鍵的作用，不僅降低了對(duì)能源的消耗，還減少了冶金過(guò)程中廢棄物的產(chǎn)生，極大地保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，為可持續(xù)發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。