高炉炼铁烟尘回收锌的工业实践

赵 婷，郑子恩，牟乃剑

（1.长沙有色冶金设计研究院有限公司，长沙410011；2.中冶长天国际工程有限责任公司，长沙410000）

高炉炼铁烟尘回收锌的工业实践

赵 婷1，郑子恩1，牟乃剑2

（1.长沙有色冶金设计研究院有限公司，长沙410011；2.中冶长天国际工程有限责任公司，长沙410000）

介绍了以高炉炼铁烟尘为原料回收锌的冶炼工艺。采用回转窑火法富集得到含锌、铟、镉等的高氯氧化锌挥发尘，再采用常规湿法工艺，通过碱洗、浸出、净化、电积、熔铸等工序得到产品锌锭，使锌的回收率达到95%以上。通过后续工序，还可回收铟、镉、锗等有价金属。该工艺已成功用于工业实践，取得了良好的经济效益，市场前景十分广阔。

高炉；炼铁；烟尘；锌；工业；实践

1 引言

随着工业的不断发展，人们对含铅锌矿石的开采越来越多，使得有限的资源日益减少。我国钢铁行业每年大约产生3 500万t的高炉炼铁烟尘（瓦斯灰），其中含有一定品位的锌，其富集物次氧化锌中的锌品位高达40%以上。这些在以往都是难以处理的工业固废物，若将钢铁厂的此类二次资源合理利用，回收其中的锌等有价金属，既能变废为宝，而且会产生较好的经济效益。

通过科研机构及工厂的不断探索，得到一种火法富集+湿法分离的成熟工艺，即采用回转窑火法富集得到含锌、铟、铅、铋、锡、镉等的高氯氧化锌挥发尘，再采用常规湿法工艺技术炼锌。目前此工艺在某企业已经投产并正常运转。

2 原料及工艺流程的确定

2．1 原料

原料为高炉炼铁烟尘（瓦斯灰）及其富集物一次氧化锌粉，年需高炉炼铁烟尘50 000 t，次氧化锌粉30 000 t。高炉炼铁烟尘主要成分见表1，次氧化锌粉成分见表2。

表1 高炉炼铁烟尘主要成分 /%

表2 次氧化锌粉主要成分 /%

2．2 工艺流程的确定

2.2.1 火法富集

高炉炼铁烟尘的火法富集目前主要有两种方法，一种是转底炉处理，另一种是回转窑处理。转底炉处理工艺在生产实践中存在一些问题，如工艺流程长、粉尘大、额外需要煤气燃料等。回转窑处理工艺和其它方法相比，具有更高的经济性和环保性，因此本工艺的火法富集采用回转窑挥发[1]。

2.2.2 脱氯

由表1、表2可知，原料中含有较多的氯，通过火法富集的氧化锌尘及次氧化锌原料中的氯比锌焙烧矿的氯含量高出几千倍。而浸出时，氯大部分进入溶液，使锌电解液中的氯含量增高，对锌电积非常有害。氯在电解过程中，会造成阳极板腐蚀并影响电锌品级率。同时，氯离子在阳极氧化成氯酸盐后与阳极铅反应，增加溶液含铅，降低析出锌的级别，缩短了阳极寿命[2-4]。因此通常需要控制锌电解液中的含氯量不高于100 mg/L。

脱氯方法一般分为火法（多膛炉或回转窑焙烧）和湿法碱洗两种。多膛炉或回转窑焙烧针对含氯量较低的原料的脱氯率可达到80%以上，但是对于此种含氯量非常大的原料脱除效果不明显，且具有设备庞大，投资较高等缺点。湿法碱洗的优点是脱氯效率可高于95%，设备和操作简单，劳动条件好，成本低。

综合上述比较，本工艺选择湿法碱洗方法脱氯。

但由于原料中氯的含量高，碱洗脱除后余氯仍然不达标，还需要在后续工序中进一步深度脱氯。深度脱氯的脱氯剂一般为铜盐或硫酸铜，经过深度脱氯后，氯离子浓度小于100 mg/L，可满足后续工艺的要求。

2.2.3 除杂湿法提锌

经过回转窑挥发及脱氯后的矿浆经过常规湿法提锌方法，即经过中性浸出、三段净化除杂，再经电积、熔铸等工序即可得到成品锌锭。

综上所述，确定了本工艺的工艺流程，即采用回转窑火法富集得到氧化物尘，与次氧化锌原料一起经过球磨浆化后，采用湿法碱洗工艺脱除其中大部分的氯，然后经中性浸出，严格控制一定的工艺条件以提高Zn浸出率。净化工序采用双氧水氧化除铁及锌粉置换，除去铁、铜、镉等杂质；之后经过二次深度脱氯，进一步除去溶液中的氯；再经电积、熔铸等工序后得到锌锭。

3 工艺流程

高炉炼铁烟尘回收锌的生产工艺主要包括回转窑挥发、碱洗、浸出、净化、电积、熔铸等。

3．1 回转窑挥发

高炉炼铁烟尘与焦粉按5：1的比例配料后加入回转挥发窑（ø2.5×30 m），挥发窑反应区温度为1 100～1 200℃，窑尾烟气温度为650～750℃，在回转窑中，由于原料碳含量较高，可以直接利用其中的碳粉，减少焦粉的消耗。高炉炼铁烟尘中的铟、锌、铅、铋等有色金属的氧化物先被还原成金属，进而又被氧化成气态的氧化物，富集于烟尘，铁硅钙等进入窑渣，氧化锌烟尘送浸出[5-6]。

3．2 碱洗

本工艺采用湿法碱洗的方式脱氯。将次氧化锌与碱洗液按5～6：1的液固比加入碱洗脱氯槽，并充分搅拌，碱洗时间1 h。碱洗料浆经压滤，滤液返回脱氯槽循环使用，当滤液循环到一定浓度时，泵送至污水处理站收氯化钠。滤渣经一段漂洗、二段漂洗后，氧化锌浆料中含氯量降至0.2%左右。

3．3 浸出

碱洗脱氯后的氧化锌料浆泵送至中性浸出槽，同时加入废电解液进行连续浸出。控制始酸110～130 g/L，温度65～80℃，液固比为7～9：1，浸出时间为1～1.5 h，终点pH为5.2～5.4。浸出料浆泵送至中性浸出矿浆压滤机压滤，滤液泵送至净化车间，滤渣中富集铟、铋、锡、镉等金属，浆化后可进行后续处理回收其中有价金属。

3．4 净化

根据不同杂质的特性，硫酸锌溶液的净化分五段进行：首先是氧化中和除铁，除铁渣加废电解液洗锌后送回转窑；其次加脱氯剂进行深度脱氯，脱氯剂经再生后可循环使用；然后加锌粉置换脱铜、除镉，高温净化除钴镍；最后再加一道锌粉置换工序控制工艺指标。主要反应如下：

3．5 电积

来自锌净化车间的合格新液送入新液贮槽，然后泵入混合槽。同时加入废电解液，按照新液：废液=1：15～20的比例混合后送入冷却塔。

每个电解槽设计为78片铝阴极，79片Pb/Ag阳极，每片阴极有效面积为1.13 m2。电积时槽温38～40℃，电流密度为 450～520 A/m2，槽电压3.2～3.4 V。同极距62 mm，阴极析出锌出槽周期24h，将锌片送往熔铸。

3．6 熔铸

析出锌片在熔锌感应电炉内熔化，熔化时控制温度460～480℃。熔化后的锌用直线铸锭机铸锭，得到合格的锌锭。锌锭由码垛机自动码垛并打包。

4 技术指标

本工艺所设计的火法富集处理高炉炼铁烟尘50 kt/a，湿法分离提取处理火法富集物—次氧化锌粉40 kt/a，生产电锌20 kt/a。锌的总回收率为96.41%。其主要控制指标见表3。

表3 主要控制指标

5 结语

采用回转窑挥发火法富集和湿法回收锌的工艺在工业实践中已经成功应用并产生了一定的经济效益。

此外，对不同钢铁厂高炉炼铁烟尘的进行成分分析，发现烟尘中除锌以外，还可能有铟、稼、锗、铋、锡、铅等有价金属。通过工艺流程设计，不仅使锌以电锌锭形式得以回收，通过后续工艺可进一步回收其中的镉、铟、稼、锗、铋等有价金属，产生更好的经济效益。加上回转窑挥发的窑渣的回收铁精矿、碳粉、建材辅料，产出的产品种类及品种多达5类9种，真正实现了高炉炼铁烟尘的资源化综合利用。

以钢铁厂高炉炼铁烟尘为原料，产品为市场畅销的有色金属，成本低，经济效益好，实现了固废物的无害化、资源化处理。同时，产出的为再生金属，相对于原生金属复杂的采、选、冶工序，大大减少了二氧化硫的排放和能源消耗。对于全国各地大小钢铁厂每年产生的数千吨高炉炼铁烟尘，该工艺的市场前景将十分广阔。

[1]重有色金属冶炼设计手册（铅锌铋卷）[M]．北京：冶金工业出版社，2008.

[2]郭培明，庞建明，赵沛.回转窑处理含铅锌高炉灰新技术及工业实践 [C]//2011年重金属污染防治技术及风险评价研讨会论文集.北京：中国环境科学学会，2011：91-95．

[3]王树楷.瓦斯灰回收有色金属及再资源化 [J].资源再生，2009（10）：48-50.

[4] 朱耀平.高炉瓦斯灰中铟锌铋的回收实践[J].有色金属（冶炼部分），2009（6）：14-16．

[5]张振逵．柳钢高炉瓦斯灰(泥)综合回收利用研究[J].柳钢科技，1995（2）：35-46．

[6] 刘秉国，彭金辉.高炉瓦斯泥（灰）资源化循环利用研究现状[J].矿业快报，2007（5）：14-19．

（编辑 潘娜）

Industrial Practice of Zinc Recovery from BF Iron-making Fume

ZHAO Ting1,ZHENG Zi-en1and MU Nai-jian2
(1.Changsha Nonferrous Metallurgy Engineering and Research Institute Co.,Ltd,Changsha 410011, China;2.Zhongye Changtian International Engineering Co.,Ltd,Changsha 410000,China)

The melting process of zinc recovery with BF fume as raw material is introduced.Rotary kiln firing method was adopted to get high zinc oxychloride volatile dust containing zinc,indium and cadmium and normal wet method process,to get the product of zinc by processes of alkaline cleaning,leaching, purifying,electro-depositing and casting.Zinc recovery rate reached over 95%.Valuable metals such as indium,cadmium and germanium were recovered with subsequent process as well.Successfully applied to industrial practice,this process gained good economic effect and had vast market prospects.

BF;iron-making;fume;zinc;industry;practice

10．3969/j．issn．1006-110X．2014．01．003

2013-08-15

2013-09-10

赵婷（1982—），女，江西安福人，硕士，工程师，主要从事有色冶金冶炼设计工作，E-mail：yuting9091@163.com。