有色金屬冶煉廢渣回收利用綜述

張利民

（衡水學院，河北 衡水 053000）

作為有色金屬冶煉生產過程的產物，大量的熔渣和其他副產品被生產出來[1]。固體廢物貯存的限制和其他環境問題使這種廢物的回收成為保護自然資源的一個非常重要的課題。除了這些環境問題外，近幾十年來，工業廢物在工業應用中的利用是為了節能和節約成本，以及將其循環利用成適用的副產品。

考慮全球的鋼鐵生產，將廢渣作為附加值副產品或額外的能源輸出加以利用的需求，既是環境問題的要求，也是工業應用中節約成本的機會。這些應用包括在道路施工中用作填充材料，在水泥生產中用作添加劑，在玻璃生產中用作鐵路道碴以及在隔熱棉生產中用作添加劑。

有色金屬渣主要由SiO2、Al2O3、CaO、MgO、MgAl2O4等陶瓷基化合物組成。由于與金屬材料相比，廢渣的導熱系數明顯較低，因此這種氧化物含量使高爐渣成為熱絕緣的候選材料。近年來，渣的這些特性引起了研究者的注意，通過表面工程技術在靶面沉積或應用，使其在氧化、腐蝕、熱循環等惡劣條件下的應用，為其在附加值應用中的應用鋪平了道路。本文提出了目前渣在余熱回收、水泥生產和其他增值應用等各種應用中的綜合利用方法，以及渣在表面工程等增值應用中的可能和目前的應用。

1 廢渣

一般來說，熔渣是冶煉過程中的廢料，由金屬氧化物、SiO2、金屬硫化物和元素金屬的混合物組成，這些金屬氧化物、SiO2、金屬硫化物和元素金屬積聚在不純凈的熔融金屬表面。未加工金屬通常被稱為礦石，因為在自然界中，它們以氧化物、硫化物和其他化合物的形式存在，或者是這些金屬化合物和非金屬化合物的混合物。將化學化合物形式的礦石還原成純金屬形式需要加入熔劑材料，熔劑材料與雜質結合，以形成和去除熔融金屬中的熔渣。為此，通常使用白云石和生石灰（氧化鈣）等助熔劑材料。在礦石熔化過程中積聚在高溫熔融金屬上的熔渣層從表面去除，并通過各種冷卻方法固化。

2 渣的利用

工業廢渣作為工業副產品回收利用，在很大程度上取決于渣的性質和熔融金屬的熱處理。在熔爐中，從金屬礦石中除去脈石和非金屬雜質，從而生產出生鐵和渣作為最終產品。

金屬和熔渣以熔融的形式聚集在高爐的中心，然后熔渣由于密度低于金屬而擴散到熔融金屬表面。爐渣的高粘度在爐子的低溫區達到甚至更高的值，需要采用額外的工藝將其從熔爐中去除[2]。

當從爐中取出時，熔渣仍處于高溫熔融狀態。冷卻和固化熔渣進行儲存的操作對熔渣成分有效。

2.1 廢熱回收渣的利用

熔融工業廢渣是有色金屬生產過程中最大的能源之一，這為金屬生產所需的能源最小化提供了重要的潛力。然而，這種浪費的能量通常不用于熱回收，因為冶煉廠通常傾向于快速淬火熔渣，以獲得用于水泥生產的玻璃狀結構。盡管已開發出多種方法回收不同形式的熔渣余熱，但由于熔渣導熱系數較小，這是一個相當大的挑戰，除了在水泥生產等附加值較高的領域中更為可取的應用外，這些方法中的大多數都是加工過程尚未商業化[3]。

2.2 建筑渣的利用

水泥工業由于消耗大量原材料和能源，排放大量溫室氣體（如二氧化碳）而受到嚴重的環境影響，這些溫室氣體是在熟料生產和能源消耗過程中產生的。不斷增加的能源成本和環境限制使得有必要通過使用工業副產品來減少工業污染物的排放[4]。通過水淬火快速冷卻后，產生的玻璃狀和粒狀熔渣，使鋼鐵生產的副產品成為具有潛在水力活性的波特蘭水泥生產的優良替代材料[5]。然而，據報道，水淬火除了釋放有害廢物如硫化氫、重金屬和二氧化硫外，還存在一些主要缺點，如廢熱回收效率低下。這些環境因素使得有必要開發出新的處理熔渣的方法，如干法造粒法，除了限制硫化物等有害物質的排放外，干法造粒法比水淬法具有更高的廢熱回收率。結果表明，干粒化渣與水淬渣具有相似的水化性能。

2.3 渣在增值應用和產品中的利用

工業廢渣資源化利用的最新趨勢之一是作為一種綠色來源在瓷磚生產中的循環利用。尤其是電弧爐（EAF）熔渣的化學成分使這種材料成為瓷磚生產的替代來源。據Teo等人[6]報道，以Al2O3、CaO、MgO、Fe3O4、FeO、SiO2等氧化物為主的電爐渣成分與硅石、長石、粘土等瓷磚原料成分非常接近。由于進行了失火、流量按鈕和相分析等試驗，除了其成分與瓷磚生產的適當原料非常相似外，電弧爐渣還被報告為瓷磚生產的無害綠色原料。在他們的研究中，他們用爐渣部分或全部替代了用作墻磚原料的高嶺土和石灰石。結果表明，耐火強度提高近25%，熱膨脹系數降低。此方法可作為減少陶瓷生產中昂貴的高質量礦物使用的一種手段。

3 總結

本文綜述了近年來有色金屬冶煉廢渣回收利用方面的研究進展。介紹了渣的生產工藝概況和渣的各種特性，討論了渣的再利用范圍。主要目的是提出從廢熱回收到高附加值應用的廢渣開采演變，從而提高人們對利用這種廢渣的無限可能性的認識。