含鋅塵泥資源化利用的研究進(jìn)展

劉笑笑，吳照金

(安徽工業(yè)大學(xué) 冶金減排與資源綜合利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 馬鞍山 243002)

近年來(lái)，中國(guó)已經(jīng)成為全球最大的鋼鐵生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，冶金固廢的高效資源化利用引起廣泛關(guān)注。冶金固廢種類繁多、成分復(fù)雜，含鋅塵泥是其中資源稟賦較高、利用難度較大的一種。冶金含鋅塵泥主要包括高爐除塵灰泥、轉(zhuǎn)爐除塵灰泥、電爐除塵灰等，其資源化利用對(duì)緩解我國(guó)金屬資源緊缺局面、保護(hù)生態(tài)環(huán)境均具有重要的意義。

1 含鋅塵泥的處理方法

目前，冶金含鋅塵泥的處理方法主要有物理法、濕法、火法等。

物理法主要包括磁分離和機(jī)械分離，通過(guò)磁力或離心力的作用來(lái)回收含鋅塵泥的有價(jià)金屬。物理法操作簡(jiǎn)便，但富集效率較低，主要用于預(yù)處理。

火法處理是指在高溫、還原性條件下，實(shí)現(xiàn)鋅鐵分離、回收的工藝方法。該方法能大批量處理含鋅塵泥且回收率較高，但僅適用于含鋅量較少的塵泥且能耗較高?；鸱ㄖ饕袩Y(jié)法、回轉(zhuǎn)窯法、轉(zhuǎn)底爐法。

濕法是指處理含鋅量較高的塵泥，濕法主要包括酸浸和堿浸。氧化鋅是含鋅塵泥的主要形式存在，氧化鋅既溶于酸，又溶于堿，可以將鋅從塵泥中回收出來(lái)。但這種方法不能大規(guī)模處理塵泥，成本較高，并且浸出率低。

2 含鋅塵泥的資源化利用

2.1 火法Fe、Zn粗分離

Rath[1]等用高爐灰里的碳作為還原劑，將鐵生成磁精礦。在850℃，90min的條件下,得到含鐵63%的磁精礦,鐵回收率68%。Wang[2]等研究了高爐灰在高溫下的硫化行為。采用該工藝后，將氧化鋅轉(zhuǎn)化為硫化物，鋅在ZnS中的分布由13.28%提高到92.01%。此外材料中的碳會(huì)使Fe2O3還原為Fe3O4、FeO甚至Fe。生成的FeO經(jīng)硫硫化后形成硫化鐵，生成的硫化鐵會(huì)溶解到ZnS中，形成(Zn,Fe)S化合物。

劉瓊芳等[3]以轉(zhuǎn)爐污泥為對(duì)象，采用碳熱還原法還原其中的Fe和微量元素Mn、Cr、V、Ti等，形成合金，經(jīng)磁選獲得微合金化鐵粉。所得微合金化鐵粉中鐵的回收率為92%，鐵含量為97.6%，Mn、V、Cr、Ti總量為1.788%。尹海濤等[4]利用碳熱還原法選擇性還原電爐除塵灰中的有價(jià)金屬，獲得主體元素為Fe，摻雜Mn、Cr、Ni、V合金元素的鐵基合金。鐵基合金中目標(biāo)合金元素的含量達(dá)到98.98%，電爐除塵灰中目標(biāo)合金元素的收得率達(dá)到最高值98.15%。

采用火法處理工藝，雖然可以大批量的處理含鋅塵泥，但是得到的產(chǎn)物純度不高，附加值較低。

2.2 濕法提取有價(jià)金屬

Trung等[5]驗(yàn)證了細(xì)粒轉(zhuǎn)爐污泥在酸性介質(zhì)中的浸鋅性能。在1M濃度的硫酸，浸出時(shí)間15 min，溫度80℃的條件下，浸出鋅量高達(dá)70%。Oustadakis等[6]研究了電弧爐粉塵，經(jīng)稀硫酸酸浸后鋅的浸出率達(dá)到80%。在實(shí)驗(yàn)條件下，鐵浸出率達(dá)到45%。

Wang等[7]以六水合氯化鐵(FeCl3·6H2O)為分解劑，采用純鋅酸鋅(ZnFe2O4)納米粉體和含鋅電弧爐(EAF)粉塵為原料，從ZnFe2O4中提取鋅的效率達(dá)到97.2%，從EAF粉塵中提取鋅的效率達(dá)到94.5%。李鳳連等[8]采用燒堿浸出電爐煙塵中的鋅，Zn浸出率可達(dá)90.8%。

采用濕法處理工藝，得到的產(chǎn)物純度較高，附加值較高，但是處理工藝比較復(fù)雜，處理成本高，浸出液易導(dǎo)致環(huán)境的二次污染等問(wèn)題。

2.3 含鋅塵泥直接材料化

Wang[9]等以含鋅電爐粉塵為原料，采用固相反應(yīng)法直接合成了尖晶石結(jié)構(gòu)的金屬摻雜鎳鋅鐵氧體，實(shí)現(xiàn)了固體廢棄物向高附加值材料的轉(zhuǎn)化。Vieira等[10]研究了一種電弧爐爐灰為原料，合成了孔隙率較低的民用建筑粘土陶瓷。Wu等[11]是以高爐爐灰為原料，經(jīng)硫酸酸解制備出金屬(鋁、鋅、鈦)摻雜赤鐵礦的光催化材料。結(jié)果表明,赤鐵礦顯著增強(qiáng)光催化降解亞甲基藍(lán)的效率(72.2%)。

黃偉等[12]采用硫酸浸取和草酸鹽沉淀的方法，可控地同時(shí)回收冶金高鋅塵泥中的Zn和Fe，制備出具有良好可見(jiàn)光催化活性的ZnO-ZnFe2O4納米級(jí)復(fù)合光催化劑。朱妍[13]采用酸解的工藝方法,將高爐含鋅除塵灰和軋鋼污泥的復(fù)配塵泥中的有價(jià)元素(Zn、Fe、Al、Mn、Mg)轉(zhuǎn)移到酸解液中,經(jīng)共沉淀法和焙燒步驟得到摻雜型ZnFe2O4/α-Fe2O3復(fù)合光催化材料。

采用直接材料化利用處理含鋅塵泥，得到的產(chǎn)物附加值最高，但是對(duì)含鋅塵泥的消耗量小。在處理過(guò)程中，只能起輔助作用。

總的來(lái)說(shuō)，這三種回收利用含鋅塵泥的方式各有利弊?；鸱üに嚹芑厥斩喾N元素、但是附加值不高。濕法工藝的產(chǎn)物附加值高，但是設(shè)備要求高，成本高。建議采取火法和濕法提取相結(jié)合的方法，在盡量不產(chǎn)生二次污染的前提下，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)含鋅塵泥的直接材料化利用。

3 結(jié)論

在冶金生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量廢物。如果管理不當(dāng)，這些廢物會(huì)對(duì)環(huán)境造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞，并對(duì)人類構(gòu)成危害。目前針對(duì)含鋅塵泥的處理工藝有物理法、火法、濕法，其中物理法主要是預(yù)處理，每種工藝各有其優(yōu)缺點(diǎn)。冶金固廢產(chǎn)量較大，單一的利用模式已然無(wú)法應(yīng)對(duì)現(xiàn)在面臨的問(wèn)題，多途徑利用是必然選擇。為了實(shí)現(xiàn)含鋅塵泥的大批量處理和高附加值利用，火法-濕法的聯(lián)合工藝，是今后含鋅塵泥資源化利用的方向，能夠帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。