重要有色金屬冶煉廢渣的特征及處理技術(shù)

勞帥帥

（東營(yíng)魯方金屬材料有限公司，山東 東營(yíng) 257000）

因社會(huì)發(fā)展和生產(chǎn)的需求，近年來(lái)我國(guó)的重金屬冶煉行業(yè)的發(fā)展速度是非常迅速地，重金屬冶煉規(guī)模也隨之不斷擴(kuò)大。雖然重金屬冶煉技術(shù)得到了進(jìn)步，但是冶煉廢渣的問(wèn)題依然是不可避免的，重金屬冶煉廢渣是危險(xiǎn)性較高的固體廢料，但在這些廢料中卻含有一定數(shù)量的有價(jià)金屬，若能回收再提取，可以進(jìn)一步增加冶煉效益，并降低對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染。重金屬冶煉廢料的回收利用難度很大，為了克服回收提取的難題，相關(guān)企業(yè)投入了大量的資源用以研究重金屬冶煉廢渣的處理技術(shù)，并取得了一定的成效。

1 冶煉廢渣的處理技術(shù)

在處理冶煉廢渣時(shí)，主要依靠廢渣所表現(xiàn)出的物理和化學(xué)性質(zhì)，采取相適應(yīng)的處理技術(shù)和方法。目前常用的冶煉廢渣處理技術(shù)有直接利用處理、火法處理、濕法浸出處理，以及穩(wěn)定化或固化處理等等。

表1 不同處理技術(shù)的對(duì)比

1.1 鉛熔煉渣的處理技術(shù)

鉛熔煉渣中除了含有鉛元素外，還會(huì)伴有鋅、金、銀等有價(jià)金屬，在處理回收技術(shù)的選擇上，鉛熔煉渣的處理常用的有火法處理、濕法處理和選冶結(jié)合處理等技術(shù)[1]。

1.1.1 火法處理鉛渣

鉛渣的火法處理技術(shù)就是將鉛渣與鉛精礦混合后進(jìn)行冶煉，使鉛融入粗鉛，而其他的有價(jià)金屬則在還原熔煉的過(guò)程中富集，從而便于回收利用。鉛渣的火法處理可以分為液態(tài)高鉛渣和鉛渣兩種還原煉鉛的方式。其中，液態(tài)高鉛渣還原煉鉛主要有臥式還原、側(cè)吹還原和電熱焦還原等熔煉方法，而鉛渣還原煉鉛則主要使用鼓風(fēng)爐進(jìn)熔煉。此外，還可以使用煙化法對(duì)鉛渣進(jìn)行處理。

其中，一些企業(yè)在采用臥式還原煉鉛法時(shí)，利用天然氣和一些輔料，可以實(shí)現(xiàn)恒溫熔煉。而對(duì)液體高鉛渣進(jìn)行直接還原則可以有效降低煉鉛過(guò)程的能耗，減少煉鉛污染，并提高粗鉛的冶煉回收率。有的企業(yè)則選擇氧氣底吹與側(cè)吹直接還原相結(jié)合的煉鉛工藝，進(jìn)一步提高了鉛渣的冶煉回收率，甚至超過(guò)了97%。并進(jìn)一步降低了爐渣的排放量，提高了爐渣中鋅元素的含量，從而便于使用煙化法回收爐渣中的鋅金屬。有的企業(yè)在處理含鋅的鉛鼓風(fēng)爐渣時(shí)，采用了煙化揮發(fā)法，這種處理工藝提高了鉛的揮發(fā)率，從而實(shí)現(xiàn)了回收率的提升。

采用火法對(duì)鉛熔煉渣進(jìn)行處理的優(yōu)點(diǎn)在于工藝簡(jiǎn)單、回收率高，但是其缺點(diǎn)也相對(duì)明顯，就是處理時(shí)的工作環(huán)境較為惡劣，排放的污染物較多，同時(shí)還會(huì)消耗大量的能源。

1.1.2 濕法處理鉛渣

濕法處理鉛熔煉渣需要將鉛渣與浸出劑混合，鉛渣中的有價(jià)金屬成分和有害雜質(zhì)便可以融入浸出劑中，從而達(dá)到回收有價(jià)金屬的目的。濕法處理技術(shù)適用于鉛渣中所含金、銀、鉛、銦等金屬元素的回收工作。目前主流使用的濕法技術(shù)有酸性浸出、堿性浸出、氯化浸出和微生物浸出。

在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，有的企業(yè)使用氯化浸出法處理鉛渣，待生成氯化鉛后進(jìn)一步處理得到鉛金屬，有的企業(yè)則使用鹽酸浸出法，通過(guò)氧化鉛渣中包含的錫、鉛元素，達(dá)到回收鉛和錫金屬的目的。

濕法處理技術(shù)處理鉛熔煉渣雖然可以獲得較為可觀的回收效果，但是浸出劑的大量消耗，廢酸的大量排放，以及廢水處理的高成本等問(wèn)題，是在采用濕法處理鉛渣工藝時(shí)不得不著重思考的。此外，濕法處理工藝并不適用于硅、鐵等雜質(zhì)元素含量較高的鉛渣廢料，會(huì)產(chǎn)生浸出率低，固液分離難等問(wèn)題[2]。

1.1.3 選冶聯(lián)合處理鉛渣

對(duì)于鼓風(fēng)爐鉛渣可以采用重選加浮選和浸出的回收方法進(jìn)行處理，對(duì)于鉛鋅尾渣可以采用硫酸浸鋅與浸渣重選工藝進(jìn)行處理，有的鉛渣則可以選擇煤基直接還原與磁選技術(shù)相結(jié)合的處理工藝，對(duì)鉛渣中的鐵元素進(jìn)行回收。此外，選冶聯(lián)合的處理方式還有磁化焙燒與弱磁選工藝，轉(zhuǎn)底爐熔煉與磁選工藝。采用選冶聯(lián)合技術(shù)處理鉛渣可以有效發(fā)揮兩種不同處理方法的優(yōu)勢(shì)，能夠獲得較高的金屬回收率，同時(shí)將污染問(wèn)題和能耗問(wèn)題控制在較小的程度。但是這種鉛渣處理方式同樣存在回收操作流程過(guò)長(zhǎng)的缺陷。

1.2 銅熔煉渣的處理技術(shù)

由于銅冶煉廢渣中以鐵、銅元素的比例相對(duì)較多，因此銅熔煉渣的處理技術(shù)主要針對(duì)的是鐵、銅金屬的回收，同時(shí)也回收鋅、銀等有價(jià)金屬。在選擇合適的處理技術(shù)時(shí)，由于銅熔煉渣難以被直接回收利用，因此常選擇火法和濕法處理技術(shù)進(jìn)行回收處理。

1.2.1 火法處理銅渣

火法處理銅熔煉渣時(shí)主要使用火法貧化處理技術(shù)，通過(guò)還原分離降低廢渣中銅的含量，達(dá)到回收再利用的目的。目前用于工業(yè)生產(chǎn)的火法貧化技術(shù)有多種，如針對(duì)轉(zhuǎn)爐渣采用的高溫還原貧化處理法，針對(duì)氧氣底吹熔煉渣可采用電爐貧化法。兩種火法貧化處理技術(shù)均可有效降低廢渣中的銅含量，達(dá)到回收處理銅熔煉渣的目的?；鸱ㄘ毣幚砑夹g(shù)雖然在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較廣，但是其處理成本依然較高，且不能回收廢渣中的鐵。

1.2.2 濕法處理銅渣

選擇濕法處理銅熔煉渣時(shí)，主要是利用浸出劑的浸出效果回收廢渣中的銅。濕法浸出處理技術(shù)有直接浸出和間接浸出兩種。直接浸出使用的浸出劑有硫酸、氯鹽、氯氣，以及一些專用的微生物。間接浸出法則是采用多種方法配合，達(dá)到分離廢渣的目的。常用的間接浸出法有硫酸化焙燒與浸出、還原焙燒與氨化浸出、氧化焙燒與浸出和電解、酸浸與萃取等等。濕法浸出處理技術(shù)的處理成本低于火法處理技術(shù)，不易造成大量的污染，且可以回收多種金屬元素。但是濕法浸出處理技術(shù)會(huì)使用大量的浸出劑，處理流程相對(duì)較長(zhǎng)，固液分離較為困難，且處理廢水難以處理。

1.2.3 選礦處理銅渣

在處理銅熔煉廢渣時(shí)，還可以采用選礦技術(shù)分離富集的有價(jià)金屬。該技術(shù)主要利用了有價(jià)金屬表面的親水性質(zhì)、親油性質(zhì)、磁性質(zhì)各不相同，以及廢渣中各種物質(zhì)密度的差異。因此，選礦技術(shù)有浮選法、磁選法和重選法。浮選法可以有效回收廢渣中的銅，磁選法可以回收其中的鐵元素，而重選法則可以處理密度差較大的礦物。由于選礦技術(shù)可以回收不同的金屬元素，因而在處理銅冶煉廢渣時(shí)可以配合使用。相比于火法貧化技術(shù)，選礦技術(shù)的處理能耗更低，更具有環(huán)保性。但是采用這一技術(shù)時(shí)，尾礦中的硅含量要控制在一定水平，否則會(huì)影響該技術(shù)的處理效果。由于選礦技術(shù)使用的設(shè)備相對(duì)較多，因而存在投資大、占地廣的缺點(diǎn)。此外，選礦技術(shù)對(duì)銅渣的性質(zhì)有一定的要求，因此該技術(shù)在處理銅渣方面存在較大的局限性。

1.2.4 選冶聯(lián)合處理銅渣

由于選礦技術(shù)的處理局限性較大，因而單一采用這種技術(shù)處理銅熔煉渣時(shí)難以取得良好的效果，因而相關(guān)企業(yè)會(huì)采用礦技術(shù)結(jié)合冶煉技術(shù)的方式，來(lái)處理銅熔煉渣，并取得了較好的成果。例如，浮選技術(shù)與高溫還原焙燒，高溫還原焙燒與磁選技術(shù)，直接還原與濕式磁選技術(shù)等等[3,4]。

1.3 鎳熔煉渣的處理技術(shù)

金屬鎳在工業(yè)生產(chǎn)中所占的比重越來(lái)越高，但是我國(guó)鎳的儲(chǔ)量相對(duì)較少，通過(guò)鎳渣的回收處理技術(shù)可以提高金屬鎳的產(chǎn)量，從而緩解我國(guó)對(duì)金屬鎳的需求壓力。在回收處理鎳熔煉渣方面，目前常用的處理技術(shù)主要有以下幾種。

1.3.1 生產(chǎn)建筑建材

鎳熔煉渣的回收利用方法有多，其中可以利用鎳渣生產(chǎn)建筑用的水泥、充填材料和混凝土等材料。例如，鎳渣可以作為少量摻雜劑用于水泥的生產(chǎn)。鎳渣還可以有效替代天然砂用于混凝土的配制，且不會(huì)影響混凝土的性能。

1.3.2 生產(chǎn)微晶玻璃

對(duì)鎳熔煉渣進(jìn)行回收利用時(shí)，其一種選擇就是利用鎳熔煉渣生產(chǎn)微晶玻璃。這種玻璃有著廣泛的應(yīng)用范圍，在化工生產(chǎn)、冶金工業(yè)和國(guó)防等領(lǐng)域均有重要應(yīng)用。目前，生產(chǎn)制備微晶玻璃主要使用的鎳渣有富鐵鎳渣和二次鎳渣，生產(chǎn)制備時(shí)需要加入其他輔料。例如，在使用富鐵鎳渣時(shí)，需要加入粉煤，在使用二次鎳渣時(shí)，需要加入助熔劑和澄清劑。利用鎳熔煉渣生產(chǎn)制備的微晶玻璃有著較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，同時(shí)降低了微晶玻璃的生產(chǎn)成本。

1.3.3 回收有價(jià)金屬

由于鎳熔煉渣中含有多種有價(jià)金屬，因此可以選擇回收其中有價(jià)金屬的方式對(duì)鎳熔煉渣進(jìn)行處理。鎳熔煉渣中的有價(jià)金屬以鐵元素為主，銅、鎳等元素的比例相對(duì)較少。在回收其中的有價(jià)金屬時(shí)，針對(duì)鐵元素，可以使用熔煉還原或直接還原法，或者采用磁選法，而針對(duì)銅、鎳等元素則需要根據(jù)不同元素的性質(zhì)，選擇有針對(duì)性的還原工藝配合酸浸工藝。

2 重金屬冶煉廢渣的主要特征

重金屬冶煉廢渣主要是指熔煉廢渣，即重金屬礦在經(jīng)過(guò)火法冶煉后得到的爐渣，其主要特征主要有以下幾點(diǎn)：首先，是構(gòu)成成分較為復(fù)雜。重金屬?gòu)U渣中不僅包含有價(jià)金屬，同時(shí)也混有其他的有毒元素，如少量的硫化物、氟化物、砷。其次，廢渣處理難度較大，存在二次污染的可能性，因而在處理時(shí)需要綜合的考慮處理方案，盡可能地防止發(fā)生二次污染。第三，廢渣的數(shù)量很大。重金屬礦中金屬元素的比例較小，經(jīng)過(guò)冶煉后會(huì)有大量雜質(zhì)的剩余，從而導(dǎo)致大量的廢渣出現(xiàn)。

不同的重金屬，其冶煉廢渣的來(lái)源和構(gòu)成也有所差異。例如，銅熔煉渣是銅精礦經(jīng)過(guò)熔煉后的產(chǎn)物之一，廢渣中以鐵為主要成分，同時(shí)還會(huì)含有少量的銅、鎳、金、銀等金屬元素，以及氧化鈣、氧化鎂等氧化物。其中的鐵元素大多為硅酸鹽、銅元素則是以氧化銅、金屬銅或輝銅礦等形式存在。

鉛熔煉渣主要以鐵、鈣、鎂等元素的氧化物、化合物、共晶體的形式存在，同時(shí)伴有硫化物和氟化物。鉛熔煉渣的產(chǎn)量較大，成分組成相對(duì)復(fù)雜。其中的有價(jià)金屬的含量相對(duì)偏低，而且在處理時(shí)也相對(duì)困難。

鎳熔煉渣則以氧化鐵、氧化硅，以及少量的氧化鈣、氧化鎂等物質(zhì)構(gòu)成。廢渣中存在鐵、銅、鎳等金屬元素。鎳熔煉渣每年的排量是巨大的，但是煉渣中的有價(jià)金屬含量同樣偏低，因而給回收處理造成了一定的困難。

3 結(jié)語(yǔ)

重要有色金屬的冶煉廢渣在回收處理時(shí)，往往會(huì)受到處理技術(shù)的限制，導(dǎo)致回收利用率較為低下，從而使得重金屬冶煉廢渣的回收處理成本居高不下。這一情況嚴(yán)重影響了重金屬的回收處理工作，對(duì)提升重金屬冶煉工作的綜合經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保水平是極為不利。因而需要

不斷研究更為合適的回收處理技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)重金屬冶煉廢渣的最大化利用。