脱锌文章.docx

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脱锌文章

1、钢铁厂高锌含铁二次原料除锌的传统工艺

传统的高锌含铁尘泥处理工艺有物理法、湿法和火法3种。

物理法处理工艺主要有2种：

磁性分离和机械分离。

机械分离按分离状态又可分为湿式分离和干式分离。

湿法处理工艺主要有酸浸、碱浸以及氨与CO联合浸出等方法。

火法处理工艺目前主要有回转窑工艺、环形炉工艺、循环流化床工艺和冷固结球团法等。

1.1、物理法

物理法处理工艺的原理是利用锌富集粒度较小和磁性较弱粒子的特性，采用离心或磁选的方式富集锌元素。

机械分离工艺操作简单，处理后的粗粉可直接用于炼铁，但该法的操作费用较高，富锌产品的锌含量过低，价值较小

磁性分离方法用于处理高炉粉尘时，要增加浮选除碳工艺，以提高磁性分离的效率。

磁性分离工艺具有简单、易行的优点，但主要缺点是锌的富集率较低。

一般，物理法只作为湿法或火法工艺的预处理工艺。

1.2、湿法

湿法处理工艺的原理就是利用氧化锌是一种两性氧化物，不溶于水或乙醇，但可溶于酸、氢氧化钠或氯化铵等溶液中采用不同的浸取液，将锌从混合物中分离出来。

1.2.1、酸浸

酸浸包括强酸浸出（硫酸浸出、盐酸浸出）和弱酸浸出。

在常温常压下，中、高锌含铁尘泥中锌的化合物（主要是氧化锌和铁酸锌）在酸液中被浸出。

高温强酸浸出可使锌的浸出率达到最大，但是大量的铁也被引入了溶液，使得后序工艺中除铁负担加重，既增加了能耗，又降低了生产率，同时尘泥中的杂质也被浸出，在电解过程中与锌同时析出，降低了锌产品的纯度。

弱酸浸出是使浸出后的溶液通过改善外部条件使氧化锌的溶解度降低，使其结晶析出，因此可得到较高品位的氧化锌。

弱酸浸出虽然避开了电解工艺，降低了能耗，但锌的浸出率较强酸低。

1.2.2、碱浸

碱浸也分为强碱浸出和弱碱浸出。

与酸浸相比，碱浸对设备的腐蚀较轻，浸出的选择性较好。

弱碱浸出时，常压下锌的浸出速率较快，且浸出剂再生容易，可得到纯浸出液，最终得到的氧化锌品位较高。

1.2.3、焙烧+碱浸

由于尘泥中存在部分铁酸锌，铁酸锌在矿物上属于尖晶石型晶格，它的晶格结构比氧化锌坚固的多，在强酸和强碱中均较难被溶解，因而它的存在是湿法处理工艺中锌浸出率降低的主要原因。

由于碱性浸出一般不考虑除铁问题，因此在碱性浸出前补加培烧工艺，使铁酸锌在培烧时转化成可被浸出的锌的化合物，即可大大提高锌的浸出率。

当尘泥中铁酸锌含量较高时，湿法工艺处理锌的浸出率低，同时浸渣中锌含量较高，不能作为原料在钢铁厂循环利用，也满足不了环保提出的堆放要求的浸渣中锌含量较高，使铁、碳得不到有效利用；同时，湿法单元操作多，浸出剂消耗大，操作条件较恶劣，设备腐蚀严重，操作不当易造成硫、氯等二次污染。

1.3、火法

火法处理工艺原理是利用锌的沸点较底，在高温还原条件下，锌的氧化物被还原，并气化挥发变成金属蒸汽，随着烟气一起排出，使得锌与固相分离，锌蒸汽又很容易被氧化而形成锌的氧化物颗粒，同烟尘一起在烟气处理系统中被收集。

1.3.1、回转窑工艺

该工艺是将钢厂内各种来源的废料放入泥浆池内进行混合，然后过滤，在旋转干燥器内干燥。

混合料与细的无烟煤一起装入还原窑，通过燃烧靠近回转窑出料端沿轴向布置的燃烧器内的焦炉煤气和空气来加热。

窑内的炉料足以加热到部分地软化和熔化并在窑衬上富集形成结瘤挂圈，回转窑高温带的成球棒把这些料从窑壁上刮下，并沿窑壁滚动形成小球或颗粒。

废料中锌的氧化物被还原成金属锌，在窑温下蒸发并与排出的烟气一起离开回转窑。

当烟气在排放系统中冷却时，一部分锌氧化成细小的固体颗粒并被收集在布袋式除尘器内。

直接还原的铁产品排入回转冷却器内，用大量的水进行快速冷却。

然后用筛孔为7mm的筛子筛分，粒度大于7mm的直接还原铁送至高炉，剩下的全部送往烧结厂。

该工艺具有不需造球，还原出的产品30％可直接作为高炉原料使用，剩下约70％的粉末需重新烧结。

但此产品质量差，生产效率较低，设备庞大、投资大、成本较高的特点。

1.3.2、环形炉工艺

该工艺又称Inmetco法，即转底炉工艺。

是将高锌含铁尘泥、碳粉和粘结剂混合造球。

生球装到烘干设备中或者直接装入环形炉。

在环形炉中，生球置于中间，料层厚为1～3个球团的高度（15～40mm）。

该工艺靠直接点火的烧嘴提供热能。

当环形炉转动时，生球被加热到1100℃左右时氧化锌被还原成金属锌，还原出的锌蒸汽随烟气一起排出环形炉。

排出的烟气经过冷却系统时，锌被氧化成细小的固体颗粒而沉积在除尘器内。

该工艺为使球团的金属化率尽可能高，要求球团中锌、铅尽可能完全挥发。

此外，为使脱锌后的金属化球团满足高炉冶炼的要求，抗压强度也应尽量提高。

由于目前环形炉处理后的球团抗压强度普遍较低，因此该工艺仅局限在处理锌含量较低和全铁含量较高的尘泥。

1.3.3、循环流化床工艺

简称CFB工艺，是利用流化床的良好气体动力学条件，通过气氛和温度的控制，将锌还原挥发的同时，抑制氧化铁的还原，从而降低处理过程的能耗。

在循环流化床处理过程中，由于粉尘很细，使得还原挥发出的锌灰纯度较低，流化床的操作状态也不易控制，温度低虽对避免炉料粘结有利，但降低了生产效率。

1.3.4、冷固结球团法

冷固结球团法是将含锌较低的粉尘，加入还原剂、粘结剂制成球团或压成块状，重新返回高炉、电炉或转炉冶炼。

该工艺成本较低，可方便回收尘泥中的铁元素，对于锌含量超标的尘泥不能用此工艺造球（或块）返回高炉冶炼，否则容易在高炉内循环富集侵蚀耐火材料，影响大型高炉使用寿命。

将球团（或块）用于转炉或电炉时，锌的一次富集炉尘中锌含量较低，利用价值不高，若要达到锌精矿的水平，需循环富集几十次，能耗较大。

此外，尘泥成份的不稳定性将给转炉和电炉的工艺控制带来麻烦。

2、钢铁厂高锌含铁二次原料除锌新工艺

2.1、JRCM工艺还原电炉粉尘中的氧化锌。

日本金属材研究中心研发了JRCM新工艺用于还原电炉粉尘中的氧化锌。

该工艺直接将含锌电炉粉尘导入高温焦炭过滤层中，分离锌、铅和铁且回收锌、铅。

含锌电炉粉尘通过可移动的高温焦炭过滤层在还原气氛和温度的控制下实现粉尘中锌、铅氧化物的还原，还原后的气态锌、铅随废气流出该过滤层进入后面的重金属冷凝器中，与冷却介质的微小粒子相接触，使气态锌、铅快速冷却到450℃后回收锌、铅。

粉尘颗粒中的氧化锌主要集中在颗粒表面，在反应初期由于粉尘颗粒表面的氧化锌还原、气化及部分铁等其他氧化物的还原粉尘质量变化十分迅速。

当粉尘颗粒表面氧化锌的快速还原反应结束时，反应便进入以还原速度较慢的铁还原反应为主要反应的后期阶段。

由于在粉尘颗粒表面有金属铁的生成及聚积长大，对还原气体向颗粒内部进一步扩散起到了阻碍作用.在实际的高温焦炭过滤层中，被捕集的粉尘将同时被焦炭和CO/C

混合气体所还原，由于固-固还原和气-固还原反应同时进行，反应将会加快进行。

该工艺成功与否的重要因素是高温焦炭过滤层的还原气氛CO/C

比值和反应温度。

为使粉尘中氧化锌的还原与锌蒸汽的排出同时顺利进行，考虑高温焦炭过滤层对粉尘的捕集能力和透气性等因素确定CO/C

=10和反应温度在1000~1100℃为最佳反应条件。

2.2、含碳球团处理含锌电炉粉尘

国外常见含锌电炉粉尘处理技术有Inmetco直接还原法、NTA3-阴离子

∙

O湿法冶金法、威尔兹炉回收法、Ausmelt炉回收、电炉粉尘循环利用法等，但这些方法基本上都处于工业和半工业试验阶段，运行费用较高，且不一定适合中国发展状况。

国内利用锌易还原挥发的特点采用含碳球团还原焙烧法处理电炉粉尘。

把含固定碳为75%的焦粉用球磨机磨至0.245mm，然后和电炉粉尘混匀，在圆盘造球机上造直径为12～15mm的含碳球团，球团放入烘箱中在120～150℃的温度下烘7h，以确保水分逸出。

烘干后的球团装入装料容器将料层厚控制在30mm左右，然后放入加热炉中将还原温度加热至1100~1150℃，C/O=1.2。

燃烧烟气和还原反应生成的锌蒸汽等从加热炉一侧引出，经空气氧化冷却后收集得到纯度较高的氧化锌。

还原60min左右还原效果最好同时小粒径的含碳球团的还原效果优于大粒径球团。

2.3、微波加热还原法脱除电炉粉尘中的锌

微波加热是以一种高频电磁波的形式将电能输送给被加热的物质依靠被加热物体本身的介电性，吸收微波能并将其转化为热能从而提高被加热物体温度。

微波加热在冶金中的应用具有以下用传统加热方式无法比拟的优点：

（1）选择性加热物料，升温速率快，加热效率高;

（2）微波能够同时促进吸热反应和放热反应，对化学反应具有催化作用;

（3）当用微波加热代替传统加热时，熔炼和其它高温化学反应可以在十分低的温度下进行，即微波加热具有降低化学反应温度的作用;

（4）微波能可以使原子和分子发生高速振动，从而为化学反应创造出更为有利的热力学件;

（5）微波很容易使极件液体（例如水、乙醉、各种酸碱溶液等）加热，因而微波加热可以用来促进矿物在溶剂中的溶解，提高湿法冶金过程的浸出速率和降低过程的能耗;

（6）微波本身不产生任何气体，所须净化的只有还原或氧化反应产生的气体，因而有利于环境保

（7）易于自动控制

微波加热还原法脱除电炉粉尘中的氧化锌是利用含锌泥尘和碳粉吸收微波能力强的特点。

以电炉粉尘和以挥发分含量低的无烟煤为还原剂的混合料在工业微波炉中进行微波碳热还原。

微波加热解决了传统碳热还原过程中由于热量不能有效而及时地传递到物料内部以补充反应所消耗的热量，而产生的“冷中心”问题。

微波加热还原含锌粉尘不仅能实现快速还原，而且可以提高粉尘的脱锌率和所得氧化锌的纯度。

实现了环保，创造了经济效益。

2.4、水力旋流器瓦斯泥脱锌

水力旋流器是瓦斯泥脱锌工程的核心设备，是基于其内部的离心力作用对颗粒进行分级的。

高炉瓦斯泥悬浮液由瓦斯泥泵向泵入水力旋流器内作螺旋流动，并分为底流和顶流两部分排出旋流器。

瓦斯泥粗粒由于受到较大的离心力作用，向旋流器壁面运动并从旋流器底部排出形成底流（含少量水），而细颗粒则由于所受的离心力较小随大量的水向中心移动并从溢流管排出形成顶流，由此将瓦斯泥颗粒分为粗粒低锌部分（底流）和细颗粒高锌部分（顶流）。

为取得较好的脱锌效果，一般采用二级旋流分离。

水力旋流技术对瓦斯泥进行湿法脱锌，是现有高温冶炼法、水力旋流器分离法、磁选法、浮选法和化学萃取法等瓦斯泥脱锌技术中设备最简单、投资较少、占地面积最小、运行费用最省的技术。

2.5、BSR工艺回收高锌粉尘

该工艺是利用钢渣显热加热回收高锌粉尘的。

将高锌含铁尘泥配加一定量碳制成自还原含碳团块，并预先铺放在钢渣罐中，在转炉出渣过程中兑入1600℃以上高温红渣预期混合，利用红渣显热加热尘泥团块；在运输过程中团块被红渣加热到1300℃以上并保持20~30min，从而使泥尘团块中的氧化铁被还原为粒铁夹杂在红渣中；然后，利用钢铁厂现有的滚筒钢渣处理设备及磁选机将粒铁与钢渣分离；同时泥尘团块中的氧化锌被还原挥发，挥发出的高锌烟气可利用出渣跨的收尘设备回收，作为锌精矿副产品出售。

BSR工艺的优点是利用钢渣显热将高锌尘泥转变为粒状废钢，不需要使用燃料加热，可节省大量能源，而且除少量冷态混合、压块、加料设备以外，不需要建设专门的窑、炉设备，设备投资费用很低。

3、含锌泥尘循环利用工艺

当含锌泥尘的锌含量比较低，采用循环利用工艺对操作和钢质量不会产生明显影响。

不但实现了二次资源的利用，提高经济效益而且避免了由于含锌泥尘露天堆放在雨水的作用下导致有毒元素浸入地下水从而进入植物和食物生态圈。

3.1、铁水三脱

将转炉二次粉尘和电炉粉尘用于铁水三脱和转炉造渣。

铁水三脱首先是在高炉中进行预脱硅，脱硅渣在铁水预处理站经扒渣后实施铁水的脱磷和脱硫，预处理除渣后的铁水进入转炉炼钢。

用转炉和电炉的含锌粉尘做脱磷剂的脱磷效果跟常规脱磷剂的脱磷效果相当或略高，从而降低了铁水三脱的成本。

并且用含锌粉尘做脱磷剂时，锌、铅均快速挥发进入二次粉尘，使二次粉尘中的锌、铅显著富集。

3.2、转炉造渣

在转炉的操作条件下，必须在吹炼前期快速成渣，促进石灰的溶解，这样才有利于形成高碱度熔渣以实现脱磷的任务。

氧化铁是转炉渣的基本熔剂，在吹炼初期保持渣中较高的氧化铁含量，可以加速石灰溶解，使C2S壳层疏松，使其成低熔点化合物进入渣中.

由于初期渣中FeO含量较低，熔渣过早地进入了多相区，对化渣是不利的。

在转炉炼钢初期加入以转炉二次粉尘和电炉粉尘为主料配加少量其它原料经冷却压块制成的造渣剂，一方面造渣剂中多种氧化物的加入可以进一步缩小多相区，另外由于增加了初渣中的FeO含量，这样就推迟了熔渣加入多相区，从而使吹炼前期成渣迅速，强化转炉初期造渣。

提高脱磷脱硫效果，提高金属收得率。

在吹氧炼钢粉尘中的锌、铅氧化物很快跟铁水中的硅、碳反应生成气态锌、铅，在氧化条件下又被氧化成相应氧化物进入烟气。

3.3、含锌粉尘造电弧路泡沫渣

将高炉粉尘、转炉二次粉尘和电炉粉尘按不同配比造块与沥青、焦粉混合后用于电弧炉造泡沫渣。

在电炉渣中加入粉尘有助于炉渣发泡，高炉粉尘压块加入量为渣量的20%时炉渣发泡效果最佳。

沥青焦加入量为渣量的5%～10%时炉渣发泡效果最好。

高炉尘、转炉尘、电炉尘混合加入时，泡沫渣最大高度维持时间最长。

4、含锌粉尘快速还原工艺

含锌粉尘快速还原工艺可实现含锌粉尘彻底资源化，实现其在钢厂内的自身循环，该技术的核心设备是快速还原炉。

在还原炉中进行含碳粉尘球团的快速还原，经过快速还原出两种较高的附加值的产品：

即名为快铁的还原球团和高度富集锌、铅的少量二次粉尘。

块铁代替废钢循环用于高炉炼铁或电炉炼钢等生产；富集锌、铅的少量二次粉尘可以送去冶炼锌、铅。

可实现转炉、电炉、高炉等各种含锌粉尘的集中处理，环保效果较好。