冶金含锌粉尘中回收氧化锌的工艺综述

冶金含锌粉尘中回收氧化锌的工艺综述

王建芳

德龙钢铁有限公司河北邢台054009

摘要：随着现代化进程的不断推进，钢铁积累不断增加，废钢重铸将逐渐增多，特别是表面镀锌等金属回炉重铸，髙炉粉尘及灰渣中会含有锌元素。因此，在高炉粉尘和灰渣中富集、提取氧化锌逐渐成为关键固废资源回收的热点问题。我国锌资源储备丰富，分布广泛，品位主要集中在1%-7%之间，品位大于等于6%以上的已探明锌矿资源量仅全国总量33.3%。高炉粉尘中回收锌元素对低品位锌矿的利用也有着重要的借鉴作用。文章主要针对冶金含锌粉尘中回收氧化锌的工艺方面进行分析，希望能给相关人士提供重要的参考价值。

关键词：电炉粉尘；回收利用；氧化锌

引言：

传统的含锌电炉粉尘处理工艺中，填埋法虽然处理简单，但并不能利用其中的金属资源，只是一个暂时无害化的处理。电炉粉尘循环利用进入生产流程，可回收其中的铁资源，但由于铅锌的富集，对后续高炉炼铁以及炼钢生产工艺造成影响，且只能部分循环利用，并不能大规模的处理。火法处理工艺具有生产效率高，操作简单，脱锌率高，原料适应性强的优点，但其前期设备投资大，能耗大，环境污染严重等问题限制了火法工艺的发展。湿法处理工艺锌的浸出率低，只能处理高锌电炉粉尘，锌铁同时浸出导致后续沉铁工序复杂，设备腐蚀严重。针对这一现状，文章围绕冶金含锌粉尘中回收氧化锌的工艺进行分析，具有重要的现实意义。

1.含锌电炉粉尘传统处理方法

1.1填埋法

填埋法有直接填埋法、固化填埋法和玻璃化填埋法。直接填埋法是指将未经任何处理的电炉粉尘直接进行填埋处理。该法仅适用于铅锌含量很低的电炉粉尘，对于铅锌含量高的电炉粉尘，直接填埋法不仅无法回收利用其中的金属资源，造成资源的浪费，而且成本也高，还会造成地下水污染。固化填埋法是指先将电炉粉尘与黏土或者水泥均匀混合后高温固化再进行填埋处理。此法操作简单，不会对地下水造成污染，但经过处理的电炉粉尘失去了再次利用的可能，无法再次回收利用其中的金属资源。玻璃化填埋法是固化填埋的改进，热稳定性更好，但也只是一种无害化的处理方式，并不能回收电炉粉尘中的有价金属。填埋法已经不适用于当前的资源循环利用模式。

1.2钢铁厂循环利用法

直接将电炉粉尘接配入烧结球团或者炼钢等工序中，进行循环利用。但由于锌富集对炼铁炼钢工序带来危害，只能部分选择锌含量较低的电炉粉尘进行循环利用。第一，烧结球团处理。将电炉粉尘作为原料直接配入烧结工艺，回收电炉粉尘中的铁，但配入的电炉粉尘由于铁品位低，锌含量高，会降低烧结矿的铁品位，同时增加烧结矿的锌含量，对后续的高炉操作带来危害。电炉粉尘粒度很细，对烧结透气性也有一定影响，采用小球烧结法可以解决粉尘过细带来的烧结性能变差的问题，目前已在工业生产中得到应用。球团法处理电炉粉尘有两种处理方式：冷固结球团法和氧化球团法。冷固结球团法不需要加热，直接将电炉粉尘与粘结剂混合造球，符合要求的球团配合其他原料直接进高炉。氧化球团法需要经过高温加热工序。造好的生球经过链篦机回转窑焙烧后冷却进高炉。日本某钢铁厂按照40%，40%，15%和5%的配比分别配入赤铁矿粉、铁砂、电炉粉尘以及其他粉尘，成品氧化球团强度2200N/球，含Fe64%，S＜0.005%，基本满足高炉生产的要求，但对配入的电炉粉尘的铅锌含量要求严格，含量过高会影响高炉炼铁质量。第二，炼钢处理。将含锌低的电炉粉尘和一定配比的碳同时喷入转炉或电炉中，高温下锌被还原挥发进入烟尘系统，锌得到富集，粉尘中的铁氧化物进入炉渣和钢水得以利用。德国VELCO公司、美国Armco公司和美国伯利恒钢公司通过此法回收锌铁，回收后的二次粉尘锌含量达到50%，粉尘减少为原来的30%。电炉粉尘中含有一定的FeO，可以取代废钢作冷却剂。此法只适合处理铅锌含量很低且铁含量较高的电炉粉尘，铅锌含量高会降低钢水质量。

2.含锌电炉粉尘处理新技术

2.1微波法

电炉粉尘的碳热还原过程中使用微波技术，升温速度快，可产生局部高温，降低了还原反应的活化能，加速还原过程的进行。根据相关学者的研究，使用微波技术实验室处理电炉粉尘，结果表明在大气条件下脱锌率可达到80%。这些研究初步论证了微波处理含锌电炉粉尘的可行性，目前由于前期设备投资大以及实际操作困难等原因未得到工业应用[1]。

2.2真空冶金技术

电炉粉尘中的铁酸锌具有较高稳定性，难以分解，但在高温下可以被CO还原至金属锌和金属铁。电炉粉尘中的Zn、Fe、Pb、Al、Ag、Cu等元素在纯金属状态下的饱和蒸气压不一样，Zn的饱和蒸气压远大于其他金属。利用这一特性，在真空中采用含碳球团低温还原的方法可以得到金属锌，而在常压下火法处理电炉粉尘只能得到氧化锌。结果表明锌的回收率为83.3%～86.3%，所得锌锭化学成分能达到国家2#标准。真空冶金技术处理电炉粉尘具有流程短、环境友好、占地少、成本低、经济效益好等优点，能够实现电炉粉尘的高效、综合处理，符合冶金工业循环经济的要求。

2.3铝浴熔融法

将含锌电炉粉尘配入煤粉、粘结剂造球，放入铝浴坩埚中高温加热，小球在高温下迅速熔化，锌被还原挥发后被空气氧化并冷却得到收集。某些学者对某厂的电炉粉尘进行铝浴还原实验室研究，铅、锌快速还原成金属铅、锌，锌的沸点比铅低，以蒸汽形式挥发后经空气氧化冷却得到富集，铅则留在了渣中。该方法可得到含ZnO90%的锌产品和含铅15%以上的铅铁渣，脱锌率达90%以上，铅的富集率在94%以上，基本实现了铅锌分离[2]。

2.4焙烧转化－分离技术

湿法处理电炉粉尘，常压常温浸出只能将氧化锌中的锌浸取出来，并不能浸取铁酸锌中的锌，导致锌的浸出率低。采用高压热酸浸出虽然可以将铁酸锌中的锌也部分浸出，提高锌的浸出率，但铁的浸出率也相应提高，导致后续浸出液中锌铁分离中除铁程序复杂，增加了生产成本。国内外对铁酸锌进行了焙烧转化研究。我国著名学家研究了实验室低温磁化焙烧－磁选法处理含锌电炉粉尘的技术，电炉粉尘中配入合适比例的碳颗粒，在900℃下焙烧30min，焙烧产物采用水冷的方式冷却，再经过磨矿磁选，得到精矿和尾矿。结果表明，该技术能有效从电炉粉尘中提取品位较高的铁精矿，而锌主要被富集到尾矿中。精矿中铁品位34.88%，回收率67.22%，尾矿中锌品位9.01%，回收率87.02%。由于电炉粉尘成分复杂，在焙烧过程中会形成锌铁固溶体，通过磁选的方法使铁锌分离的效果并不好，所以此法还处在实验室研究阶段，尚未得到工业化应用。日本东北大学提出了一种处理含锌粉尘的新方法—LAMS（。其原理是将含锌电炉粉尘与氧化钙充分混匀后在1273K的高温下加热，电炉粉尘中的ZnFe2O4与CaO发生反应。当ZnFe2O4和CaO的摩尔比为1：2时，生成ZnO和Ca2Fe2O5。ZnO、Ca2Fe2O5、ZnFe2O4三种物质分别呈现无磁性，顺磁性和强磁性的特点，利用磁性技术达到分离回收ZnO的目的。另外，钢厂能直接利用反应产物Ca2Fe2O5脱磷或者直接作为烧结的原料，达到循环利用的目的，该法已在日本得到工业应用[3]。

结论：

简而言之，在含锌电炉粉尘处理的新方法中，微波法和铝浴熔融法虽然脱锌率高，但投资大，成本高，目前还处于实验室研究阶段。真空冶金技术能够得到金属锌，流程短、占地少、成本低、环境友好，但工业上操作困难。焙烧转化－分离技术为电炉粉尘的处理提供了新的思路，更具发展前景。

参考文献：

[1]韩龙，杨斌，戴永年，等．真空冶金技术在锌二次资源再生中的应用进展[J].真空，2018，45（2）：20－22．

[2]张丙怀，郭兴忠，阳海彬，等．钢铁厂含锌铅粉尘中锌铅分离理论及实践[J].有色金属：冶炼部分，2019（1）：7－11．

[3]尹慧超，张建良，陈永星，等．钢铁厂含锌粉尘的低温磁化焙烧试验研究[J].矿产综合利用，2017（3）：40－43．