淺論濕法冶金與火法冶金工藝

趙冬梅

摘 要：濕法冶金是利用某種溶劑，借助化學反應，對原料中的金屬進行提取和分離的冶金過程。又稱水法冶金。火法冶金是利用高溫從礦石中提取金屬或其化合物的冶金過程。此過程沒有水溶液參加，故又稱為干法冶金。相較于火法冶金，濕法冶金材料的周轉比較簡單，原料中有價金屬綜合回收程度高，有利于環境保護，并且生產過程較易實現連續化和自動化。文章結合實際就濕法冶金與火法冶金工藝加以淺論，以供參考。

關鍵詞：法冶金；火法冶金

濕法冶金是利用某種溶劑，借助化學反應（包括氧化、還原、中和、水解及絡合等反應），對原料中的金屬進行提取和分離的冶金過程。又稱水法冶金。濕法冶金包括4個主要步驟：①用溶劑將原料中有用成分轉入溶液，即浸取。②浸取溶液與殘渣分離，同時將夾帶于殘渣中的冶金溶劑和金屬離子回收。③浸取溶液的凈化和富集，常用離子交換和溶劑萃取技術或其他化學沉淀方法。④從凈化液中提取金屬或化合物。濕法冶金在鋅、鋁、銅、鈾等工業中占有重要地位，世界上全部的氧化鋁、氧化鈾，大部分鋅和部分銅都是用濕法生產的。濕法冶金的優點在于對非常低品位礦石（金、鈾）的適用性，對相似金屬（鉿與鋯）難分離情況的適用性；以及和火法冶金相比，材料的周轉比較簡單，原料中有價金屬綜合回收程度高，有利于環境保護，并且生產過程較易實現連續化和自動化。

火法冶金的工藝流程一般分為礦石準備、冶煉、精煉3個步驟。①礦石準備。選礦得到的細粒精礦不易直接加入鼓風爐（或煉鐵高爐），須先加入冶金熔劑，加熱至低于爐料的熔點燒結成塊；或添加粘合劑壓制成型；或滾成小球再燒結成球團；或加水混捏；然后裝入鼓風爐內冶煉。硫化物精礦在空氣中焙燒的主要目的是：除去硫和易揮發的雜質，并使之轉變成金屬氧化物，以便進行還原冶煉；使硫化物成為硫酸鹽，隨后用濕法浸取；局部除硫，使其在造锍熔煉中成為由幾種硫化物組成的熔锍。②冶煉。此過程形成由脈石、熔劑及燃料灰分融合而成的爐渣和熔锍或含有少量雜質的金屬液。有還原冶煉、氧化吹煉和造锍熔煉3種冶煉方式：還原冶煉：是在還原氣氛下的鼓風爐內進行。加入的爐料，除富礦、燒結塊或球團外，還加入熔劑（石灰石、石英石等），以便造渣，加入焦炭作為發熱劑產生高溫和作為還原劑。可還原鐵礦為生鐵，還原氧化銅礦為粗銅，還原硫化鉛精礦的燒結塊為粗鉛。氧化吹煉：在氧化氣氛下進行，如對生鐵采用轉爐，吹入氧氣，以氧化除去鐵水中的硅、錳、碳和磷，煉成合格的鋼水，鑄成鋼錠。造锍熔煉：主要用于處理硫化銅礦或硫化鎳礦，一般在反射爐、礦熱電爐或鼓風爐內進行。加入的酸性石英石熔劑與氧化生成的氧化亞鐵和脈石造渣，熔渣之下形成一層熔锍。在造锍熔煉中，有一部分鐵和硫被氧化，更重要的是通過熔煉使雜質造渣，提高熔锍中主要金屬的含量，起到化學富集的作用。③精煉。進一步處理由冶煉得到的含有少量雜質的金屬，以提高其純度。

高爐煉鐵生產是火法冶金（鋼鐵）工業最主要的環節。高爐冶煉是把鐵礦石還原成生鐵的連續生產過程。鐵礦石、焦炭和熔劑等固體原料按規定配料比由爐頂裝料裝置分批送入高爐，并使爐喉料面保持一定的高度。焦炭和礦石在爐內形成交替分層結構。礦石料在下降過程中逐步被還原、熔化成鐵和渣，聚集在爐缸中，定期從鐵口、渣口放出。高爐生產是連續進行的。一代高爐（從開爐到大修停爐為一代）能連續生產幾年到十幾年。本專題將詳細介紹高爐煉鐵生產的工藝流程，主要工藝設備的工作原理以及控制要求等信息。由于時間的倉促和編輯水平有限，專題中難免出現遺漏或錯誤的地方，歡迎大家補充指正。

高爐冶煉目的：將礦石中的鐵元素提取出來，生產出來的主要產品為鐵水。付產品有：水渣、礦渣棉和高爐煤氣等。

高爐冶煉原理簡介：高爐生產是連續進行的。一代高爐（從開爐到大修停爐為一代）能連續生產幾年到十幾年。生產時，從爐頂（一般爐頂是由料種與料斗組成，現代化高爐是鐘閥爐頂和無料鐘爐頂）不斷地裝入鐵礦石、焦炭、熔劑，從高爐下部的風口吹進熱風（1000～1300攝氏度），噴入油、煤或天然氣等燃料。裝入高爐中的鐵礦石，主要是鐵和氧的化合物。在高溫下，焦炭中和噴吹物中的碳及碳燃燒生成的一氧化碳將鐵礦石中的氧奪取出來，得到鐵，這個過程叫做還原。鐵礦石通過還原反應煉出生鐵，鐵水從出鐵口放出。鐵礦石中的脈石、焦炭及噴吹物中的灰分與加入爐內的石灰石等熔劑結合生成爐渣，從出鐵口和出渣口分別排出。煤氣從爐頂導出，經除塵后，作為工業用煤氣。現代化高爐還可以利用爐頂的高壓，用導出的部分煤氣發電。

高爐冶煉過程：高爐冶煉是把鐵礦石還原成生鐵的連續生產過程。鐵礦石、焦炭和熔劑等固體原料按規定配料比由爐頂裝料裝置分批送入高爐，并使爐喉料面保持一定的高度。焦炭和礦石在爐內形成交替分層結構。礦石料在下降過程中逐步被還原、熔化成鐵和渣，聚集在爐缸中，定期從鐵口、渣口放出。

高爐冶煉工藝——爐前操作：爐前操作的任務。（1）利用開口機、泥炮、堵渣機等專用設備和各種工具，按規定的時間分別打開渣、鐵口，放出渣、鐵，并經渣鐵溝分別流人渣、鐵罐內，渣鐵出完后封堵渣、鐵口，以保證高爐生產的連續進行。（2）完成渣、鐵口和各種爐前專用設備的維護工作。（3）制作和修補撇渣器、出鐵主溝及渣、鐵溝。（4）更換風、渣口等冷卻設備及清理渣鐵運輸線等一系列與出渣出鐵相關的工作。

高爐基本操作高爐基本操作制度：高爐爐況穩定順行：一般是指爐內的爐料下降與煤氣流上升均勻，爐溫穩定充沛，生鐵合格，高產低耗。操作制度：根據高爐具體條件（如高爐爐型、設備水平、原料條件、生產計劃及品種指標要求）制定的高爐操作準則。高爐基本操作制度：裝料制度、送風制度、爐缸熱制度和造渣制度。

高爐冶煉主要工藝設備簡介：[高爐設備]高爐：橫斷面為圓形的煉鐵豎爐。用鋼板作爐殼，殼內砌耐火磚內襯。高爐本體自上而下分為爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸5部分。由于高爐煉鐵技術經濟指標良好，工藝簡單，生產量大，勞動生產效率高，能耗低等優點，故這種方法生產的鐵占世界鐵總產量的絕大部分。高爐生產時從爐頂裝入鐵礦石、焦炭、造渣用熔劑（石灰石），從位于爐子下部沿爐周的風口吹入經預熱的空氣。在高溫下焦炭（有的高爐也噴吹煤粉、重油、天然氣等輔助燃料）中的碳同鼓入空氣中的氧燃燒生成的一氧化碳和氫氣，在爐內上升過程中除去鐵礦石中的氧，從而還原得到鐵。煉出的鐵水從鐵口放出。鐵礦石中未還原的雜質和石灰石等熔劑結合生成爐渣，從渣口排出。產生的煤氣從爐頂排出，經除塵后，作為熱風爐、加熱爐、焦爐、鍋爐等的燃料。高爐冶煉的主要產品是生鐵，還有副產高爐渣和高爐煤氣。[高爐設備]高爐熱風爐介紹：熱風爐是為高爐加熱鼓風的設備，是現代高爐不可缺少的重要組成部分。提高風溫可以通過提高煤氣熱值、優化熱風爐及送風管道結構、預熱煤氣和助燃空氣、改善熱風爐操作等技術措施來實現。理論研究和生產實踐表明，采用優化的熱風爐結構、提高熱風爐熱效率、延長熱風爐壽命是提高風溫的有效途徑。[高爐設備]鐵水罐車：鐵水罐車用于運送鐵水，實現鐵水在脫硫跨與加料跨之間的轉移或放置在混鐵爐下，用于高爐或混鐵爐等出鐵。

參考文獻：

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