炼钢烟尘中回收锌的技术研究

□文/周洪杰 李剑利 崔志刚中

冶葫芦岛有色金属集团有限公司

炼钢烟尘中回收锌的技术研究

□文/周洪杰 李剑利 崔志刚中

冶葫芦岛有色金属集团有限公司

Technology Study on Recovering Zinc from Steel Smelting Dust

世界再生锌资源每年呈逐渐上升的趋势，据国际锌协会（IZA）估计，目前西方国家每年消费的锌锭、氧化锌、锌粉和锌尘等锌品总计在650万吨以上，其中200万吨来自锌废料，2010年美国锌循环利用量占锌总消费的40%，包括锌金属、锌合金和锌化合物等在内的世界锌循环利用量的增长速度为原生锌产量增长速度的3倍。

根据来源和性质的不同，可用于再生锌的原料主要有：①炼钢烟尘及高炉烟尘；②热镀锌渣及硬锌；③锌制品生产过程的废品、废料及冲轧边角料；④废旧锌及锌合金零件；⑤废镀锌制品及化工生产的含锌副产物、废料；⑥次级氧化锌等。随着现代钢铁工业的发展，特别是以废镀锌钢为原料采用电弧炉生产不锈钢的比例不断上升，产生的炼钢烟尘不断增加，含锌炼钢烟尘的重要性超过了其他的含锌废料。

一、传统处理技术

由于烟尘中含锌、铅甚至还有镉，在欧美国家烟尘的排弃受严格的法律限制，美国的钢厂每填埋1吨电炉烟尘需要花费150～200美元的填埋处理费，处理烟尘的费用日益增加以及日益严格的环保标准要求，一直成为探索烟尘中氧化锌在炼铁或炼钢工艺中循环利用的经济有效方法的推动力。

钢铁厂的各种尘泥成分复杂、粒度细小、水份含量波动大等原因使得烟尘的利用较为困难，传统的烟尘处理方法有配入烧结、外售、填埋。其中配入烧结是主要的技术处理方法，但是对烧结矿质量有不良影响，而且使烧结能耗不断上升，另外由于对环境影响较为明显，烧结工艺本身也越来越受到限制，所以用烧结技术处理烟尘的做法受到制约。在我国外售处理的烟尘只被简单的加工（如焙烧）后又返回炼铁厂，没有将资源很好地利用，也没能解决重金属的污染问题。填埋处理由于占用土地、污染环境而且处理费用高已经被逐步取消。

二、存在的问题

电弧炉炼钢时，往炉中加入各种钢铁废料，有的废料可能含有锌或其他金属，一些易挥发的金属（如锌）在冶炼过程中就会挥发进入烟尘，其烟尘中主要含氧化锌、铁酸锌以及其他金属氧化物等。2010年我国锌的总消费量为255.12万吨，其中镀锌的消费量占47%，这表明2010年我国镀锌的消费量在120万吨左右，这就为回收锌提供了巨大的原料来源。电弧炉炼钢的典型操作温度是1500℃～1700℃，当炉料中存在易挥发性金属如锌，铅和镉等时，作业中它们就会挥发，最终进入烟尘中。我国钢铁产业回收锌存在的主要问题如下：

（1）烟尘每年产出的产量大，烟尘的产生率为11～20千克/吨钢，并且每年以4%～6%速度在增长；

（2）烟尘中的成分通常含有锌20%～25%，铅0.5%～2%，镉0.1%～0.3%，铁25%～40%（大多为三价）；

（3）烟尘中的含锌量可相当于锌消费量的8%～10%；

（4）钢铁厂需要花费一定的成本用来处理或处置所产生的烟尘，降低处理成本和残渣的处置问题是值得关心的问题；

（5）从回收锌和铅的角度看，烟尘的品位还是存在偏低的问题；

（6）回收高附加值的产品并投入经济循环，即以金属或氧化物的形式回收锌，铁以金属或氧化物返回钢铁工业，同时变有害废料为无害废弃品；

（7）回收利用获得产品可以创造财富并减轻环境污染。

三、处理工艺

1. 火法工艺

威尔兹法是最普遍也是最先采用的方法，而且现在一直在使用着，该法是将原料以干的，湿的或制粒的形式送入厂内，将物料充分混合后制粒，球粒加入窑的加料斗。威尔兹窑的操作与通常电锌厂的锌浸出渣的威尔兹法类似。在窑内燃烧烟气与炉料是逆流运动，湿的物料加入炉内后被窑的尾气干燥并预热，当窑内反应区温度约达1200℃时，金属氧化物开始被还原，锌和铅挥发进入烟气，窑内气氛要保持空气过剩操作（从窑的尾端引入空气），使锌和铅再氧化。氯，碱金属或部分重金属也可能一起挥发，将热的含金属挥发物的烟气冷却，在收尘器中分离出威尔兹氧化物。收尘后的烟气再经净化处理除去有害物，烟气中的污染物含量达到当地的排放物标准后经风机排入大气。威尔兹氧化锌除含55%～60%的锌外，还有一些碱性物和卤素，对湿法炼锌而言，碱性物和卤素是不利的，通过浸出—两段洗涤，可将碱性物和卤素大大降低，浸出液可直接送湿法炼锌系统处理。

2. 湿法工艺

湿法冶炼工艺开发集中于氯化浸出工艺，其中的典型代表为ZINCEX法，此法的关键是在含有大量杂质的氯化物介质环境中，可以从原生和再生原料中回收锌，核心步骤是采用溶剂萃取来浓缩和净化锌溶液，以便能产出多种锌产品，基本过程：

（1）浸出：含锌原料采用适当的方法浸出，可采用常压浸出或高压浸出；

（2）溶剂萃取：浸出液与有机相接触，选择性地将锌萃取入有机相，有机相萃取剂是溶于煤油中的DZEHPA(二—2乙基-己基磷酸)，这种萃取剂对锌有很高的选择性，其他杂质都不会被明显萃取；

（3）洗涤：采用酸化的水在适当的条件下除去有机相中夹杂的水和痕量的共萃杂质，可获得一种很纯净的含锌有机相；

（4）反萃：用酸溶液可从洗涤后的有机相反萃取，产出一种很纯的硫酸锌溶液；

（5）再生阶段：在此阶段，分成少量的有机相，用盐酸溶液进行处理以降低共萃杂质（如铁）的含量，部分杂质被洗涤和反萃除去。

从二次锌原料中回收锌，火法和湿法各有其优缺点，目前先用火法从烟尘中产出粗氧化锌，经净化后再将较纯的氧化锌加入电锌厂的湿法系统处理，最终产出高纯电解锌。烟尘的处理选择何种技术工艺，除受烟尘本身的性质影响外，还取决于经济（运输和加工成本）、环境（条例和环境保护）以及原料长期的稳定性等因素。

四、结语

回收二次锌资源在经济、环保和社会效益等方面都具有重要意义。例如，再生锌和原生锌相比，能源消耗和污染物的排放都可大幅度减少，再生锌综合能耗只是原生金属的28%。其他的含锌废料如镀锌废渣，硬锌合金的提取锌也在逐步的研究中。回收二次锌资源获得再生锌产品用于经济建设中是值得重视的一项技术工作，应该受到广泛关注和重视。

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