化工技術在冶金工藝中的應用研究

楊 亮

（安徽祥源科技股份有限公司，安徽 蚌埠 233000）

隨著社會的不斷發展，化工技術得到了廣泛的應用，因為化工技術的不斷進步不僅有力推動了化工行業的飛速發展，也為其他行業提供了有效的解決手段，如化工技術在冶金行業中的嫁接應用，可最大程度地減少冶金工藝中的能源消耗，更能夠降解甚至消除工藝過程中產生的廢棄物，保護了環境，是冶金工藝中必不可少的一部分。

1 化工技術的概況

1.1 化工技術的概念

所謂的化工技術，一般指的是合理地應用一些化學的原理以及工程的技術，從而減少或者徹底消除化工生產中的大量容易污染環境的物質，例如化學催化劑、化學溶劑以及有害原材料等。不僅如此，還能夠利用特殊的化學技術手段，最大程度地充分將原料轉化成有用的產品，而不會產生大量廢棄物，最大可能地實現化工生產與環境保護的和諧統一。所以，現如今，很多的企業在進行發展冶金工藝時，會應用化工技術的生產模式來代替以前的傳統粗放型工藝模式，不僅可以提高冶金的效率，還能夠實現各種原材料的循環利用，從而達到綠色環保的目標[1]。

從比較廣義的角度來說，所謂的化工技術，主要就是利用一些化學的原理以及工程的技術，滿足各種生產加工的活動需求。而從冶金工藝的角度來說，所謂的化工技術，也是利用了化學原理和工程技術提高冶金生產加工的質量以及效率，同時將生產過程中所產生的一些有毒、有害、對環境不友好的物質進行轉化、分解甚至消除。在現階段應用的化工技術中，終極的目標很明確，就是最大限度地將原材料全部有效地轉化成具有經濟價值和使用價值的產品，不僅要提高對原料和能源的利用率，還要降低廢物以及污染物等的排放。

1.2 化工技術在各個行業應用的重要作用

進入21世紀以來，隨著我國社會經濟的快速發展，工業化進程的腳步也在不斷地加快，但是，在進行工業生產的過程中，不可避免地會產生很多的污染物，這些工業生產產生的污染物在不斷增多，所造成的環境污染也日益嚴重。尤其是一些重金屬含量超標的廢水或者廢渣，未經過處理就直接被排放入河流里，造成了水體的嚴重污染，不僅使得污水治理變得極其困難，還給人們的生活和健康帶來極大的影響，嚴重的會讓人們患上一些難以治愈的疾病[2]。除此之外，在進行環境污染的治理過程中，企業和相關部門還會付出很高的治理費用，而且很多情況下，治理的效果卻并不明顯。因此，為了能夠讓環境重新變得美好，化工技術的應用就顯得尤為重要，這也在很大程度上推動了我國化工技術的發展與應用。

1.3 我國化工技術的發展現狀

隨著化工應用技術的研究深入和不斷發展，我國在很多的領域中都引入了化工技術，并且讓化工技術在其中得到了很好的應用。尤其是印刷、制藥、石化等制造行業，對于化工技術的應用更是廣泛，除此之外，國家對于化工技術的應用也投入了很多的關注，甚至組建了專業的科研團隊在化工技術這方面進行技術的研發、改進以及應用，這也使得我國的化工技術在近幾年得到了質的飛躍，化工技術在不斷地創新與突破，不僅提高了技術的應用效果，更是給人們的生產生活帶來了很大的改變。

2 化工技術在冶金工藝中的應用價值

目前，我國冶金行業采用的工藝一般都是傳統粗放式的，主要集中體現在原材料質量不一和加工方式落后兩個方面。其中，原材料質量不一，也就是說進行冶金需要用到的很多原材料的質量都是參差不齊的，比如一些原始的礦物材料以及加工材料等，不能夠保證這些材料的質量都是符合工藝標準的[3]。尤其是有很多品質比較低的原材料，在經過加工后，留下來有用的物質質量低下，并且數量也會很少，這樣不僅浪費了大量的生產成本，還得不到滿意的產品。而加工方式落后，主要是因為進行冶金的方式是傳統的，模式比較單一，大部分都只是利用高溫，對金屬礦物材料進行高溫冶煉，從而達到將金屬物質進行分離的目的，燒制后再進行凝結加工處理。這樣的加工方式對于能源的消耗特別高，而且在加工的過程中會不可避免地產生各類具有污染特性的物資。然而，現階段應用在冶金工藝中的化工技術，能夠解決傳統冶金工藝中存在的很多問題，有著更加符合現代化冶金的需求。

2.1 提高材料的利用率

在冶金工藝中應用化工技術，能夠按照不同的金屬礦物材料的屬性特點，根據材料組成成分的性質，同時利用一些技術手段，區分不同元素間的化學關系，進而采用合理的方式方法，將有用的化學元素單獨提取出來，方便更好地加工成相應的產品。換句話說，利用化工技術，能夠將礦物材料的價值充分地挖掘出來，提高材料的利用率[4]。

2.2 降低能耗

現如今對于化工技術的應用已經相對廣泛了，化工技術的應用，不僅改變了單一的、傳統的冶金工業技術，還能夠根據不同的礦物材料特點、生產加工的一些需求，從而采用更加適合的冶金方法。這樣的方式，可以在很大程度上降低對于能源的消耗、降低生產加工過程中的成本、有效地保護環境，對于實現可持續發展有著很重要的意義。

2.3 減少對于環境的污染

將化工技術應用到冶金行業當中，首先也是最重要的一點，就是能夠按照礦物材料的成分特點，更好地選擇冶金方法，減少污染物的產生。其次，還可以應用相關的化學原理，對于在加工時所產生的一些有害、有毒、有污染的物質進行分解及處理。顯而易見，化工技術的應用，能夠最大限度地減少冶金過程中廢棄物質的生產和排放，很契合現代社會環境保護以及綠色可持續性發展的理念[5]。

3 化工技術在冶金工藝中的應用研究

在進行冶金工藝的過程中，為了能夠更好地解決傳統冶金工業的弊端，融入化工技術勢在必行，將冶金和化工兩種技術結合起來，不僅能夠提高冶金工藝的效果，還能夠不給環境造成很大的負擔。

3.1 氧化冶金工藝

（1） JFEEWEL技術。所謂的JFEEWEL技術，是由日本JFE公司進行研制和開發的技術，通過對焊接過程中的影響區γ晶體粒子的生長進行抑制，進而對該晶體粒子中的鐵素體的生長產生促進作用，然后方便設計出碳當量相對低的合金，這樣能夠將焊接區的韌性容易降低的問題解決掉。其原理如下：

首先，使用一種叫做SuperOLAC的技術來降低碳當量，并且可以對碳當量的下限范圍有一個合理的控制，這樣能夠有效提高鋼材料的強度。其次，進行Ti和N的添加時，需要嚴格控制它們的量，將鈦氮比盡可能地控制在合理范圍內，同時把TiN的固熔溫度增加到1450℃，這樣能夠更好地保持HAZ區奧氏體晶粒的增長情況。然后，為了能夠將HAZ組織進行細化，就必須采用一定的方法將鋼材料中的B、N與O、Ca的含量進行有效控制，如使用BN與S的夾雜物對焊接過程中晶體內部鐵素體的形核進行誘導等。

（2）新日鐵HTUFF技術。所謂的HTUFF技術，是指一些比較細小的粒子來得到相應的微細組織以及很高的HAZ韌性的技術，這是屬于新日鐵的第二代的氧化物冶金技術。應用的對象主要是如鋼結管道和船舶等壓強為490MPa～590MPa的結構中的焊接工藝。而對于HTUFF鋼來說，當焊接的溫度穩定在1400℃作用時，就能夠利用一些粒徑在10nm～100nm之間并且呈彌散分布的含有鈣鎂氧化物或者是硫化物等的夾雜物，來促進HAZ區奧氏體晶粒的生長，同時，可以利用那些夾雜物對于IGF的形核產生的作用，實現了HAZ組織的細化，進而達到了提升鋼材料韌性的目標[6]。

（3）TMCP 與氧化物冶金工藝相結合。所謂的TMCP，也被成為熱機械控制工藝，其主要是通過對熱軋過程中產生的壓量以及穩定進行控制，并且在這樣的基礎上進行冷卻。而將TMCP和氧化物冶金這兩種工藝進行結合，最早的提出者就是新日鐵。要想實現兩種工藝的結合，首先就需要進行熱量以及加工變形量的調節和控制，并且對于冶金工藝過程中的析出、結晶和相變也需要進行控制，其次就是通過對氮化物以及硫化物的含量進行調節，實現對相變的控制。然而，因為不同的產品有著不同的規格，因此應用TMCP 工藝時所產生的效果也會存在不同，甚至有比較大的差異，這樣的工藝技術相對而言更加適合應用在細、薄鋼材的產品加工過程中，應用在對超厚鋼板進行加工的工藝中時，并不能有效提高鋼材料的強度以及韌性，不會有很理想的工藝效果。

3.2 濕法煉銅在銅冶煉企業中的應用

在對銅材料進行冶煉的過程中，濕法煉銅的方法已經深入人心，成為其中不可分割的一部分了。就目前而言，世界范圍內大多數企業都是采用的化工技術來實現銅產量的提高，而相對先進的技術能夠最大限度地提高冶金產品的質量。但是，一般情況下，進行銅冶煉時，必定會存在銅含量減少的情況，為了解決這個問題，可以采用化工技術中比較常見的納濾（NF）膜技術對電解液進行處理，將里面的銅提取出來。利用納濾（NF）膜技術來對電解液中的銅進行處理，加如每分鐘能夠處理245L含銅的電解液，相應的就會流失大約250.3Kg的鐵，相對而言，銅的含量比較低一點，這樣可以看出對于銅的回收率還是比較高的。

電解液中的銅元素，通過納濾（NF）膜后留在電解液里面的含量還是相對多一些，然而，受到電解液中錳元素的影響，就沒辦法準確地提煉出銅元素，在這樣的情況下，就需要合理地控制水量來實現銅元素的濃縮。因為水量的蒸發，容易導致萃取的液態回流并且浸出，就會造成水量過剩，所以就需要平衡萃取液中的酸堿度，盡可能將PH值控制在7左右。而在進行中和的過程中，會造成銅元素的大量損失，所以采用納濾（NF）膜技術來進行液體的浸泡是很關鍵的一個步驟。這和傳統的冶金技術進行比較，應用化工技術進行銅冶煉的效果更好，并且還能夠節約很大一筆的成本。

3.3 過濾技術在冶金化工污水處理工藝中的應用

在進行冶金的過程中，免不了的會產生大量的污水。在進行污水處理時，沉淀時需要投入一定的氯化鋁來使混合物沉淀，這樣能夠除掉污水中的一部分重金屬物質。因為大部分的重金屬物質都有比較復雜的化學結構，不容易沉淀，而將氫氧化合物使用在平衡沉淀中的效果不好，且會產生很多的副作用，因此，采用過濾技術來對冶金過程中產生的污水進行處理是相對合理的一種方式。使用過濾技術時，需要對污水渾濁度、處理量、內部壓力、排出口壓力、運行速度以及反洗污水強度等的參數進行設置，同時，還需要將污水的PH值進行調整，逐步沉淀污水中的金屬離子，比如，在PH值為10.5~11.5時沉淀鋅、鎘離子等。這樣，就能夠將污水中的重金屬元素基本去除，減少污水對環境的破壞作用。

4 結語

綜上所述，隨著科學技術的發展，化工技術的應用越來越爐火純青，尤其是在一些冶金企業的生產過程中，化工技術起到了相當關鍵的作用，不僅降低了對能源的消耗，還減少了冶金過程中廢棄物的產生，極大地保護了生態環境，為可持續發展做出了巨大的貢獻。