基于高爐的金屬材料冶煉廢渣回收技術(shù)研究

劉長寶

（萊蕪鋼鐵集團(tuán)銀山型鋼有限公司煉鐵廠生產(chǎn)技術(shù)室，山東 濟(jì)南 271104）

鉛鋅礦作為冶金工業(yè)生產(chǎn)過程中較為常用的冶煉材料，需求量日漸增大，但是，由于我國是鉛鋅礦資源較為貧乏的國家之一，鉛鋅礦的可采儲量只占據(jù)4%～5%，尤其是富鉛鋅礦資源，更為貧乏，因此，為了有效解決鉛鋅礦資源供需失衡的情況，近年來，冶金企業(yè)紛紛借鑒先進(jìn)的冶煉廢渣回收技術(shù)，使礦產(chǎn)資源中的鉛鋅銀等金屬廢渣得到高效利用，實(shí)現(xiàn)廢渣“零產(chǎn)出”的美好愿景。

1 金屬鉛鋅的形成原理

富鉛鋅元素的冶煉過程實(shí)際上是金屬鉛鋅元素的富集過程，它的基本反應(yīng)原理與錳、鐵、磷不同，即在鐵元素與磷元素充分還原的同時(shí)，能夠有效抑制金屬鉛鋅的還原速度，使鉛鋅元素始終以金屬鉛鋅的形態(tài)而存在于煉渣當(dāng)中。這主要是由于鉛鋅礦中的金屬元素極易被爐氣中的一氧化碳還原，而這一過程中被固態(tài)炭還原所需的溫度也各不相同。其中，金屬鉛鋅的還原溫度為665℃，因此，當(dāng)爐內(nèi)溫度在1300℃左右時(shí)，鉛元素與鋅元素被優(yōu)先學(xué)原，而進(jìn)入到金屬鉛鋅當(dāng)中，在高溫作用下，結(jié)合進(jìn)入到煉渣當(dāng)中，而形成金屬鉛鋅渣[1]。

2 金屬材料冶煉廢渣回收技術(shù)

（1）鉛銀廢渣回收技術(shù)。銀如果以單質(zhì)形式存在于礦石中，當(dāng)爐內(nèi)溫度超過960℃時(shí)，單質(zhì)銀就會熔化，而Ag2S在爐內(nèi)溫度達(dá)到650℃時(shí)，就會發(fā)生氧化反應(yīng)，因此，Ag2S具有較強(qiáng)的氧化性，極易被爐氣中的一氧化碳?xì)怏w還原。還原反應(yīng)式為：Ag2S+CO==2Ag+CO2，而爐料中的PbS與鐵元素發(fā)生反應(yīng)，或者與PbO發(fā)生交互作用，而生成Pb。反應(yīng)式為：PbS+Fe==FeS+Pb，2PbO+PbS==3Pb+SO2，而爐料中的PbO極易被一氧化碳或者焦炭還原，還原反應(yīng)式為：PbO+C==Pb+CO，PbO+CO==Pb+CO2。

而還原反應(yīng)的速度與爐內(nèi)溫度以及氣相中的一氧化碳含量有著直接關(guān)聯(lián)，溫度越高，一氧化碳的含量越高，反應(yīng)速度越快，當(dāng)爐內(nèi)溫度達(dá)到700℃，一氧化碳的分壓為40Kpa時(shí)，PbO的還原時(shí)間僅僅需要十分鐘。

由于銀在鉛液中具有較大的溶解度，因此，鉛對銀具有良好的富集作用，當(dāng)大部分銀元素進(jìn)入到粗鉛當(dāng)中后，在鉛被回收的過程中，銀也同時(shí)被回收。相比于銀，鉛的比重較大，熔點(diǎn)較低，滲透力強(qiáng)，而從鉛鋅礦出還原出來的鉛和銀能夠快速穿過渣層，沉積在爐缸底部，然后經(jīng)由爐底縫隙與表面孔洞進(jìn)入到鉛槽當(dāng)中，并定期排出爐外。

（2）鋅的回收技術(shù)。高爐爐料不如含鋅的硫化物、碳鹽與硅酸鹽在高溫下會發(fā)生下面的化學(xué)反應(yīng)：ZnS+Ca==ZnO+CaS，ZnCO3==ZnO+CO2，ZnSiO3+CaO==ZnO+CaSiO3，而ZnO也極易被氫氣、一氧化碳以及焦炭等還原劑還原而發(fā)生如下反應(yīng)：

ZnO+H2==Zn+H2O，ZnO+CO==Zn+CO2，Zn+C==Zn+CO。

當(dāng)爐內(nèi)溫度介于375℃～475℃之間時(shí)，上述還原反應(yīng)開始，當(dāng)爐內(nèi)溫度達(dá)到906℃時(shí)，還原反應(yīng)全部完成。但是，由于鋅的實(shí)際還原溫度要高于906℃的沸點(diǎn)溫度，因此，還原出來的金屬鋅將轉(zhuǎn)變成鋅蒸氣而轉(zhuǎn)入氣相當(dāng)中，并隨著高爐煤氣上升，直到蒸氣到達(dá)高爐上部的低溫區(qū)時(shí)，才被二氧化碳與氧化氫氣體氧化而生成氧化鋅的固態(tài)粉末，此時(shí)，固態(tài)粉末將進(jìn)入到除塵系統(tǒng)當(dāng)中，進(jìn)而被干式除塵器回收。

3 提高回收效益的有效路徑

3.1 添加優(yōu)質(zhì)鉛鋅礦

基于上述反應(yīng)原理，在高爐冶煉過程中，可以在爐內(nèi)加入含鉛、銀高的優(yōu)質(zhì)鉛鋅礦石，比如含鉛量為7%，含銀量為157g/t的鉛鋅礦，這種鉛鋅礦在冶煉時(shí)，粗鉛與銀的含量升高，這樣，能夠大幅提高冶金產(chǎn)品的附屬經(jīng)濟(jì)價(jià)值，為冶金企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 提升鉛、銀回收率

可以采取以下方法來提升鉛、銀的回收率。第一點(diǎn)是保證正常爐況，在高爐運(yùn)行穩(wěn)定，爐缸活躍，熱量充足的情況下，能夠提升鉛的滲透速度，如果高爐運(yùn)轉(zhuǎn)情況不良，將直接影響鉛的回收率。第二點(diǎn)是爐底結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)合理，能夠富集更多的鉛與銀，促進(jìn)生產(chǎn)效益的提升。第三點(diǎn)是控制好高爐爐頂?shù)臏囟扰c壓力，在高爐運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可以適當(dāng)提升爐頂壓力，而爐溫應(yīng)當(dāng)控制在正常區(qū)間，這樣能夠積蓄更多的鉛，避免鉛的過量損失。

3.3 深度加工含銀粗鉛

對含銀的粗鉛進(jìn)行深度加工可以采取以下四種方法，第一種是電解精煉法，如果含銀粗鉛中的Sb、As、Cu含量較少時(shí)，可以直接對鉛銀合金進(jìn)行電解精煉，將鉛與銀分離，這樣，能夠產(chǎn)生出99.99%的電鉛，接下來處理陽極泥回收銀，通過這種方法，能夠大幅提升利潤額。第二種方法是將陽極泥中的銀加工成銀鹽，可以采取鉛陽極泥的濕法工藝，因?yàn)檫@種方法具有資金周轉(zhuǎn)快、生產(chǎn)周期短、回收效益好等特點(diǎn)。由于陽極泥中可以直接加工成為AgNO3、Ag2SO4、Ag2O，從陽極泥中提取出的這些物質(zhì)，在實(shí)際生活當(dāng)中用途廣泛，能夠?yàn)槠髽I(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益[2]。第三種方法是將含銀的粗鉛加工成為低錫焊料，利用這種原料制成的焊料具有成本低、強(qiáng)度高等特點(diǎn)，也被廣泛應(yīng)用于焊接工藝當(dāng)中。第四種方法是將含銀的粗鉛加工成為不溶陽極，由于在電解生產(chǎn)過程中，能夠用到大量的鉛銀或者鉛銻銀不溶陽極，因此，可以有效利用含銀粗鉛，合理調(diào)整含銀比例，并加入一定的銻元素，這樣，可以加工成各種不同規(guī)格的不溶陽極板，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益的提升。

此外，也可以將副產(chǎn)粗氧化鋅加工制成高純度的氧化鋅或者超細(xì)氧化鋅，這樣一來，產(chǎn)值可以成倍增長。

4 主要生產(chǎn)指標(biāo)與經(jīng)濟(jì)效益評估

對于鉛鋅礦渣的生產(chǎn)指標(biāo)，與礦體性質(zhì)、工藝流程、操作人員的技術(shù)嫻熟度息息相關(guān)，其中主要生產(chǎn)指標(biāo)參數(shù)如下：利用系數(shù)為2t/m3·d～2.4t/m3·d，焦比為0.6t/t～0.75t/t，礦比為1.6t/t～2.4 t/t，鉛回收率為58%～72%，銀回收率為65%～70%，鋅回收率為56%～60%。

從經(jīng)濟(jì)效益角度分析，如果采用鉛、銀、鋅的綜合廢渣回收技術(shù)，如果以年產(chǎn)含銀為0.3%的粗鉛200噸，氧化鋅粉按450噸計(jì)算，能夠直接為企業(yè)創(chuàng)造近200萬元的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，而根據(jù)高爐容積的不同，所創(chuàng)造的價(jià)值空間也有所不同。

5 結(jié)語

近年來，諸多冶金企業(yè)相繼運(yùn)用冶煉廢渣回收技術(shù)，將冶煉過程中產(chǎn)生的大量的金屬廢渣進(jìn)行統(tǒng)一回收、集中利用，不僅響應(yīng)了國家關(guān)于節(jié)能降耗、綠色環(huán)保的號召，而且也為企業(yè)創(chuàng)造了更多的經(jīng)濟(jì)效益。在企業(yè)技術(shù)人員的不斷探索過程中，一些新型的回收技術(shù)相繼被研發(fā)出來，因此，新型的廢渣回收技術(shù)既需要冶金企業(yè)的高度關(guān)注，同時(shí)，也需要全社會的共同參與，使回收技術(shù)日漸純熟，為冶金企業(yè)的長遠(yuǎn)健康發(fā)展提供強(qiáng)大的技術(shù)支撐。