低溫堿性熔煉在有色冶金中的應用

李因

摘 要：低溫堿性熔與傳統火法冶金相比，可以在低于900℃的環境下進行，并且在冶金過程中不會形成熔融渣，因此具備濕法冶金特點，而與濕法冶金不同的是，在具體熔煉期間，液態相包括液態金屬與熔鹽。有色冶金過程中，采用低溫堿性熔煉對于整合行業的發展都有著重要意義，因此加強對該方面內容的分析是必要的。

關鍵詞：低溫堿性熔煉；鋁灰；有色冶金

1 引文

有色冶金中一種適用范圍較廣的生產技術就是溫堿性熔煉，既可對二次資源進行處理，又能對原生礦的冶煉有良好的效果，其優點是金屬直收率高、低溫、低碳、節能、環保、適宜處理復雜礦等。這種生產方式較為清潔。在有色冶金生產中，不管是從資源有限性。還是從維持生態環境的角度，以及從解決能源危機的現實需要來看，其發展低溫堿性熔煉都具有重大意義。

2 低溫堿性熔煉原理

在添加劑的作用下，物料與高活性熔融堿發生化學反應，獲取相應的單質或金屬鹽，通常在該過程中選擇鈉系熔鹽體系，這主要因為其不僅可以起到不錯的催化效果，而且具有較高的經濟效益。依據熔煉體系差別，可以將低溫堿性熔煉分為以下幾種。

2.1 直接熔煉

直接熔煉是對利用SiO2與兩性金屬氧化物與堿發生化學反應，最終生成可溶性鈉鹽，通過該化學反應，可以從復雜的原料中完成對SiO2與兩性金屬氧化物的提取，具體反應過程中涉及到的化學反應方程式如下。

SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O

MeO+2NaOH=Na2MeO2+H2O

2.2 氧化熔煉

在通過低溫堿性氧化熔煉合金或金屬單質進行處理時，除了要加入NaOH外，還應當加入適量的NaNO3，在溫度較高的環境下，NaNO3會將發生分解，從而生成Na2O、N2、高活性[O]、O2、Na2O，從而會對整個反應體系提供相應的堿性，其中生物中的高活性[O]將會在短時內對物料進行氧化，從而使其與堿發生進一步反應，而在高氧化過程中，氣體的逸出則對于整個反應起到了一定的攪拌作用，加快了化學反應速度，并且使反應更加徹底，熔煉期間可能發生的化學反應如下。

5Me+2NaNO3+8NaOH=5Na2MeO2+4H2O+N2

10Me+6NaNO3+4NaOH=10NaMeO2+2H2O+3N2

在實際作業過程中，通過氧化熔煉方式獲取的可容鹽的熔點相對較低，其同熔融堿介質相會作用，最終生成熔鹽相，利用水浸的方式，便可完成固態分離，并不需通過化學反應進行，整個過程相對來說比較簡單。

2.3 還原熔煉

利用低溫堿性還原熔煉，一面可以實現對Pb、Bi、Zn等各種熔點較低的重金屬的處理，另一方面可以完成對Cu、Ni等高熔點金屬的合理富集與分離，在該期間，將會NaOH作為整個熔煉期間的介質，考慮到經濟效益問題，也可以采用價格相對較低的Na2CO3作為介質，具體熔煉期間，各種金屬元素都會對反應過程中的S2-還原，最終將會生產合金或純金屬，這也就很好的解決SO2的排放問題，確保整個反應過程中不會對環境造成污染。該過程中涉及到的化學反應方程式如下。

4MeS+8NaOH=4Me+Na2SO4+3Na2S+4H2O

4MeS+4Na2CO3=4Me+Na2SO4+3Na2S+4CO2

3 低溫堿性熔煉在回收鋁灰中的應用

在冶煉鋁，以及鋁的成型過程中，會產生大量的副產品。鋁灰是鋁冶煉過程中一項重要金屬副產品，其產生于所有鋁熔融工序中，鋁灰中的鋁主要為氧化物或單質的形式存在。在堿性氧化性條件下，以500℃的溫度，熔煉約60min，此時，鋁灰中超過90%的鋁將會以NaAlO2的形式得到回收利用，而成分中的Ca、Mg將會留在殘渣中，最終將會被合理分類。該過程中涉及到的化學反應方程如下。

10Al+4NaOH+6NaNO3=10NaAlO2+2H2O+N2

2Al+2NaOH+O2+2Na2O2=2NaAlO2+2Na2O+2H2O

Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O

SiO2+2NaNO2=Si+2NaNO3

SiO2是鋁礦中一項比較常見的雜質，脫硅是鋁工業中一項重要工作，該項作業其具體進行過程中，控制起來相對來說比較困難，而鋁灰中也會含有一定量的硅。通過以上的敘述可以發現，利用NaNO3作為低溫堿性容量中的氧化劑，NaNO3可以還原SiO2，最終生成單質Si，分離硅鋁，這對后續處理鋁工作的開展能夠起到一定的促進作用。

除此之外，通過該方式，可以通過對鋁灰進行應用，生產鋁電解原料高氟氧化鋁及冰晶石和水玻璃，在具體生產期間，包括的具體過程有加水浸泡、過濾、蒸發、濃縮，最終得混合晶體，該晶體中包括的主要成分為氯化鈉和氯化鉀。在750℃～950℃溫度下，對濾渣進行焙燒，將HF溶液加入到焙燒產物中，進行充分浸泡后，再對其進行過濾，然后在對濾液進行蒸發，最終得到固體，通過干燥處理后，采用現有技術，完成對冰晶石的制作，蒸發母液應當與NaOH進行化學反應，完成水玻璃制造，對于濾渣的干燥應當在90℃～110℃下進行，最終得到含有MgF2的高氟氧化鋁。該生產方式在具體應用過程中，具有生產環境好、能耗低，操作簡單等多項優點，因此得到了廣泛應用，并且從實際應用情況來看取得了不錯的成績。

4 低溫堿性熔煉再生鉛生產中的應用

將再生鉛原料與硫化鉛礦粉置于氫氧化鈉熔體中進行低溫堿性熔煉，在煉制貴鉛或粗鉛時，要對溫度進行控制，不得超過600℃，并且該過程中不會受二氧化硫預計鉛毒的污染，同時通過該工業進行處理，在具體作業過程中，對鉛礦中的銀、金等各項金屬的回收相對來說比較簡單，并且具有較高的回收率。通過濕法的方式對堿渣進行處理，在過程中，通過對鈉鹽與NaOH溶解差別的合理應用，實現廢水的零排放。該項技術在實際應用期間，具有液量溫度低、回收金屬高等多項優點，是一種較為理想的再生鉛方法。

5 結語

低溫堿性熔煉在有色冶金中有著廣泛應用，采用該項技術，不僅可以對二次資源進行處理，而且有著不錯的冶煉效果，具有節能、環保等諸多優點，是種清潔、高效的生產方式，因此加強對其該項方式的應用與研究具有現實意義。

參考文獻：

[1] 都艷梅.銅是怎樣煉成的——豫光雙底吹連續煉銅技術產業化開發與應用之路[J].中國有色金屬，2016（23）：27～33.

[2] 郭學益，許志鵬，田慶華，等.低溫堿性熔煉分離富集銅陽極泥中的有價金屬[J].中國有色金屬學報，2015（8）：2243～2250.

[3] 鐘莉，張亦飛.亞熔鹽法回收赤泥[J].中國有色金屬學報，2008（1）：70～73.

[4] 張洋，孫峙，鄭詩禮，等.KOH—KN03三元亞熔鹽分解鉻鐵礦的試驗研究[J].化工進展，2008（7）：1042～1047.

[5] 冀樹軍，李菲，郭學益，等.用鋁灰連續生產鋁電解原料高氟氧化鋁及冰晶石和水玻璃的方法[P].中國專利：CNl01823741A，2010—02—03.

[6] 金貴忠.再生鉛堿性精煉渣的銻回收工藝研究[D].長沙：中南大學冶金科學與工程學院，2009.