基于高炉的金属材料冶炼废渣回收技术研究

刘长宝

（莱芜钢铁集团银山型钢有限公司炼铁厂生产技术室，山东 济南 271104）

铅锌矿作为冶金工业生产过程中较为常用的冶炼材料，需求量日渐增大，但是，由于我国是铅锌矿资源较为贫乏的国家之一，铅锌矿的可采储量只占据4%～5%，尤其是富铅锌矿资源，更为贫乏，因此，为了有效解决铅锌矿资源供需失衡的情况，近年来，冶金企业纷纷借鉴先进的冶炼废渣回收技术，使矿产资源中的铅锌银等金属废渣得到高效利用，实现废渣“零产出”的美好愿景。

1 金属铅锌的形成原理

富铅锌元素的冶炼过程实际上是金属铅锌元素的富集过程，它的基本反应原理与锰、铁、磷不同，即在铁元素与磷元素充分还原的同时，能够有效抑制金属铅锌的还原速度，使铅锌元素始终以金属铅锌的形态而存在于炼渣当中。这主要是由于铅锌矿中的金属元素极易被炉气中的一氧化碳还原，而这一过程中被固态炭还原所需的温度也各不相同。其中，金属铅锌的还原温度为665℃，因此，当炉内温度在1300℃左右时，铅元素与锌元素被优先学原，而进入到金属铅锌当中，在高温作用下，结合进入到炼渣当中，而形成金属铅锌渣[1]。

2 金属材料冶炼废渣回收技术

（1）铅银废渣回收技术。银如果以单质形式存在于矿石中，当炉内温度超过960℃时，单质银就会熔化，而Ag2S在炉内温度达到650℃时，就会发生氧化反应，因此，Ag2S具有较强的氧化性，极易被炉气中的一氧化碳气体还原。还原反应式为：Ag2S+CO==2Ag+CO2，而炉料中的PbS与铁元素发生反应，或者与PbO发生交互作用，而生成Pb。反应式为：PbS+Fe==FeS+Pb，2PbO+PbS==3Pb+SO2，而炉料中的PbO极易被一氧化碳或者焦炭还原，还原反应式为：PbO+C==Pb+CO，PbO+CO==Pb+CO2。

而还原反应的速度与炉内温度以及气相中的一氧化碳含量有着直接关联，温度越高，一氧化碳的含量越高，反应速度越快，当炉内温度达到700℃，一氧化碳的分压为40Kpa时，PbO的还原时间仅仅需要十分钟。

由于银在铅液中具有较大的溶解度，因此，铅对银具有良好的富集作用，当大部分银元素进入到粗铅当中后，在铅被回收的过程中，银也同时被回收。相比于银，铅的比重较大，熔点较低，渗透力强，而从铅锌矿出还原出来的铅和银能够快速穿过渣层，沉积在炉缸底部，然后经由炉底缝隙与表面孔洞进入到铅槽当中，并定期排出炉外。

（2）锌的回收技术。高炉炉料不如含锌的硫化物、碳盐与硅酸盐在高温下会发生下面的化学反应：ZnS+Ca==ZnO+CaS，ZnCO3==ZnO+CO2，ZnSiO3+CaO==ZnO+CaSiO3，而ZnO也极易被氢气、一氧化碳以及焦炭等还原剂还原而发生如下反应：

ZnO+H2==Zn+H2O，ZnO+CO==Zn+CO2，Zn+C==Zn+CO。

当炉内温度介于375℃～475℃之间时，上述还原反应开始，当炉内温度达到906℃时，还原反应全部完成。但是，由于锌的实际还原温度要高于906℃的沸点温度，因此，还原出来的金属锌将转变成锌蒸气而转入气相当中，并随着高炉煤气上升，直到蒸气到达高炉上部的低温区时，才被二氧化碳与氧化氢气体氧化而生成氧化锌的固态粉末，此时，固态粉末将进入到除尘系统当中，进而被干式除尘器回收。

3 提高回收效益的有效路径

3.1 添加优质铅锌矿

基于上述反应原理，在高炉冶炼过程中，可以在炉内加入含铅、银高的优质铅锌矿石，比如含铅量为7%，含银量为157g/t的铅锌矿，这种铅锌矿在冶炼时，粗铅与银的含量升高，这样，能够大幅提高冶金产品的附属经济价值，为冶金企业创造更多的经济效益。

3.2 提升铅、银回收率

可以采取以下方法来提升铅、银的回收率。第一点是保证正常炉况，在高炉运行稳定，炉缸活跃，热量充足的情况下，能够提升铅的渗透速度，如果高炉运转情况不良，将直接影响铅的回收率。第二点是炉底结构应当设计合理，能够富集更多的铅与银，促进生产效益的提升。第三点是控制好高炉炉顶的温度与压力，在高炉运转时，可以适当提升炉顶压力，而炉温应当控制在正常区间，这样能够积蓄更多的铅，避免铅的过量损失。

3.3 深度加工含银粗铅

对含银的粗铅进行深度加工可以采取以下四种方法，第一种是电解精炼法，如果含银粗铅中的Sb、As、Cu含量较少时，可以直接对铅银合金进行电解精炼，将铅与银分离，这样，能够产生出99.99%的电铅，接下来处理阳极泥回收银，通过这种方法，能够大幅提升利润额。第二种方法是将阳极泥中的银加工成银盐，可以采取铅阳极泥的湿法工艺，因为这种方法具有资金周转快、生产周期短、回收效益好等特点。由于阳极泥中可以直接加工成为AgNO3、Ag2SO4、Ag2O，从阳极泥中提取出的这些物质，在实际生活当中用途广泛，能够为企业创造更多的经济效益[2]。第三种方法是将含银的粗铅加工成为低锡焊料，利用这种原料制成的焊料具有成本低、强度高等特点，也被广泛应用于焊接工艺当中。第四种方法是将含银的粗铅加工成为不溶阳极，由于在电解生产过程中，能够用到大量的铅银或者铅锑银不溶阳极，因此，可以有效利用含银粗铅，合理调整含银比例，并加入一定的锑元素，这样，可以加工成各种不同规格的不溶阳极板，促进经济效益的提升。

此外，也可以将副产粗氧化锌加工制成高纯度的氧化锌或者超细氧化锌，这样一来，产值可以成倍增长。

4 主要生产指标与经济效益评估

对于铅锌矿渣的生产指标，与矿体性质、工艺流程、操作人员的技术娴熟度息息相关，其中主要生产指标参数如下：利用系数为2t/m3·d～2.4t/m3·d，焦比为0.6t/t～0.75t/t，矿比为1.6t/t～2.4 t/t，铅回收率为58%～72%，银回收率为65%～70%，锌回收率为56%～60%。

从经济效益角度分析，如果采用铅、银、锌的综合废渣回收技术，如果以年产含银为0.3%的粗铅200吨，氧化锌粉按450吨计算，能够直接为企业创造近200万元的经济价值，而根据高炉容积的不同，所创造的价值空间也有所不同。

5 结语

近年来，诸多冶金企业相继运用冶炼废渣回收技术，将冶炼过程中产生的大量的金属废渣进行统一回收、集中利用，不仅响应了国家关于节能降耗、绿色环保的号召，而且也为企业创造了更多的经济效益。在企业技术人员的不断探索过程中，一些新型的回收技术相继被研发出来，因此，新型的废渣回收技术既需要冶金企业的高度关注，同时，也需要全社会的共同参与，使回收技术日渐纯熟，为冶金企业的长远健康发展提供强大的技术支撑。