煉鋼煙塵中回收鋅的技術研究

□文/周洪杰 李劍利 崔志剛中

冶葫蘆島有色金屬集團有限公司

煉鋼煙塵中回收鋅的技術研究

□文/周洪杰 李劍利 崔志剛中

冶葫蘆島有色金屬集團有限公司

Technology Study on Recovering Zinc from Steel Smelting Dust

世界再生鋅資源每年呈逐漸上升的趨勢，據國際鋅協會（IZA）估計，目前西方國家每年消費的鋅錠、氧化鋅、鋅粉和鋅塵等鋅品總計在650萬噸以上，其中200萬噸來自鋅廢料，2010年美國鋅循環利用量占鋅總消費的40%，包括鋅金屬、鋅合金和鋅化合物等在內的世界鋅循環利用量的增長速度為原生鋅產量增長速度的3倍。

根據來源和性質的不同，可用于再生鋅的原料主要有：①煉鋼煙塵及高爐煙塵；②熱鍍鋅渣及硬鋅；③鋅制品生產過程的廢品、廢料及沖軋邊角料；④廢舊鋅及鋅合金零件；⑤廢鍍鋅制品及化工生產的含鋅副產物、廢料；⑥次級氧化鋅等。隨著現代鋼鐵工業的發展，特別是以廢鍍鋅鋼為原料采用電弧爐生產不銹鋼的比例不斷上升，產生的煉鋼煙塵不斷增加，含鋅煉鋼煙塵的重要性超過了其他的含鋅廢料。

一、傳統處理技術

由于煙塵中含鋅、鉛甚至還有鎘，在歐美國家煙塵的排棄受嚴格的法律限制，美國的鋼廠每填埋1噸電爐煙塵需要花費150～200美元的填埋處理費，處理煙塵的費用日益增加以及日益嚴格的環保標準要求，一直成為探索煙塵中氧化鋅在煉鐵或煉鋼工藝中循環利用的經濟有效方法的推動力。

鋼鐵廠的各種塵泥成分復雜、粒度細小、水份含量波動大等原因使得煙塵的利用較為困難，傳統的煙塵處理方法有配入燒結、外售、填埋。其中配入燒結是主要的技術處理方法，但是對燒結礦質量有不良影響，而且使燒結能耗不斷上升，另外由于對環境影響較為明顯，燒結工藝本身也越來越受到限制，所以用燒結技術處理煙塵的做法受到制約。在我國外售處理的煙塵只被簡單的加工（如焙燒）后又返回煉鐵廠，沒有將資源很好地利用，也沒能解決重金屬的污染問題。填埋處理由于占用土地、污染環境而且處理費用高已經被逐步取消。

二、存在的問題

電弧爐煉鋼時，往爐中加入各種鋼鐵廢料，有的廢料可能含有鋅或其他金屬，一些易揮發的金屬（如鋅）在冶煉過程中就會揮發進入煙塵，其煙塵中主要含氧化鋅、鐵酸鋅以及其他金屬氧化物等。2010年我國鋅的總消費量為255.12萬噸，其中鍍鋅的消費量占47%，這表明2010年我國鍍鋅的消費量在120萬噸左右，這就為回收鋅提供了巨大的原料來源。電弧爐煉鋼的典型操作溫度是1500℃～1700℃，當爐料中存在易揮發性金屬如鋅，鉛和鎘等時，作業中它們就會揮發，最終進入煙塵中。我國鋼鐵產業回收鋅存在的主要問題如下：

（1）煙塵每年產出的產量大，煙塵的產生率為11～20千克/噸鋼，并且每年以4%～6%速度在增長；

（2）煙塵中的成分通常含有鋅20%～25%，鉛0.5%～2%，鎘0.1%～0.3%，鐵25%～40%（大多為三價）；

（3）煙塵中的含鋅量可相當于鋅消費量的8%～10%；

（4）鋼鐵廠需要花費一定的成本用來處理或處置所產生的煙塵，降低處理成本和殘渣的處置問題是值得關心的問題；

（5）從回收鋅和鉛的角度看，煙塵的品位還是存在偏低的問題；

（6）回收高附加值的產品并投入經濟循環，即以金屬或氧化物的形式回收鋅，鐵以金屬或氧化物返回鋼鐵工業，同時變有害廢料為無害廢棄品；

（7）回收利用獲得產品可以創造財富并減輕環境污染。

三、處理工藝

1. 火法工藝

威爾茲法是最普遍也是最先采用的方法，而且現在一直在使用著，該法是將原料以干的，濕的或制粒的形式送入廠內，將物料充分混合后制粒，球粒加入窯的加料斗。威爾茲窯的操作與通常電鋅廠的鋅浸出渣的威爾茲法類似。在窯內燃燒煙氣與爐料是逆流運動，濕的物料加入爐內后被窯的尾氣干燥并預熱，當窯內反應區溫度約達1200℃時，金屬氧化物開始被還原，鋅和鉛揮發進入煙氣，窯內氣氛要保持空氣過剩操作（從窯的尾端引入空氣），使鋅和鉛再氧化。氯，堿金屬或部分重金屬也可能一起揮發，將熱的含金屬揮發物的煙氣冷卻，在收塵器中分離出威爾茲氧化物。收塵后的煙氣再經凈化處理除去有害物，煙氣中的污染物含量達到當地的排放物標準后經風機排入大氣。威爾茲氧化鋅除含55%～60%的鋅外，還有一些堿性物和鹵素，對濕法煉鋅而言，堿性物和鹵素是不利的，通過浸出—兩段洗滌，可將堿性物和鹵素大大降低，浸出液可直接送濕法煉鋅系統處理。

2. 濕法工藝

濕法冶煉工藝開發集中于氯化浸出工藝，其中的典型代表為ZINCEX法，此法的關鍵是在含有大量雜質的氯化物介質環境中，可以從原生和再生原料中回收鋅，核心步驟是采用溶劑萃取來濃縮和凈化鋅溶液，以便能產出多種鋅產品，基本過程：

（1）浸出：含鋅原料采用適當的方法浸出，可采用常壓浸出或高壓浸出；

（2）溶劑萃取：浸出液與有機相接觸，選擇性地將鋅萃取入有機相，有機相萃取劑是溶于煤油中的DZEHPA(二—2乙基-己基磷酸)，這種萃取劑對鋅有很高的選擇性，其他雜質都不會被明顯萃取；

（3）洗滌：采用酸化的水在適當的條件下除去有機相中夾雜的水和痕量的共萃雜質，可獲得一種很純凈的含鋅有機相；

（4）反萃：用酸溶液可從洗滌后的有機相反萃取，產出一種很純的硫酸鋅溶液；

（5）再生階段：在此階段，分成少量的有機相，用鹽酸溶液進行處理以降低共萃雜質（如鐵）的含量，部分雜質被洗滌和反萃除去。

從二次鋅原料中回收鋅，火法和濕法各有其優缺點，目前先用火法從煙塵中產出粗氧化鋅，經凈化后再將較純的氧化鋅加入電鋅廠的濕法系統處理，最終產出高純電解鋅。煙塵的處理選擇何種技術工藝，除受煙塵本身的性質影響外，還取決于經濟（運輸和加工成本）、環境（條例和環境保護）以及原料長期的穩定性等因素。

四、結語

回收二次鋅資源在經濟、環保和社會效益等方面都具有重要意義。例如，再生鋅和原生鋅相比，能源消耗和污染物的排放都可大幅度減少，再生鋅綜合能耗只是原生金屬的28%。其他的含鋅廢料如鍍鋅廢渣，硬鋅合金的提取鋅也在逐步的研究中。回收二次鋅資源獲得再生鋅產品用于經濟建設中是值得重視的一項技術工作，應該受到廣泛關注和重視。

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