有色金属冶炼废渣回收利用综述

2019-02-09张利民

世界有色金属 2019年9期

张利民

（衡水学院，河北衡水 053000）

作为有色金属冶炼生产过程的产物，大量的熔渣和其他副产品被生产出来[1]。固体废物贮存的限制和其他环境问题使这种废物的回收成为保护自然资源的一个非常重要的课题。除了这些环境问题外，近几十年来，工业废物在工业应用中的利用是为了节能和节约成本，以及将其循环利用成适用的副产品。

考虑全球的钢铁生产，将废渣作为附加值副产品或额外的能源输出加以利用的需求，既是环境问题的要求，也是工业应用中节约成本的机会。这些应用包括在道路施工中用作填充材料，在水泥生产中用作添加剂，在玻璃生产中用作铁路道碴以及在隔热棉生产中用作添加剂。

有色金属渣主要由SiO2、Al2O3、CaO、MgO、MgAl2O4等陶瓷基化合物组成。由于与金属材料相比，废渣的导热系数明显较低，因此这种氧化物含量使高炉渣成为热绝缘的候选材料。近年来，渣的这些特性引起了研究者的注意，通过表面工程技术在靶面沉积或应用，使其在氧化、腐蚀、热循环等恶劣条件下的应用，为其在附加值应用中的应用铺平了道路。本文提出了目前渣在余热回收、水泥生产和其他增值应用等各种应用中的综合利用方法，以及渣在表面工程等增值应用中的可能和目前的应用。

1 废渣

一般来说，熔渣是冶炼过程中的废料，由金属氧化物、SiO2、金属硫化物和元素金属的混合物组成，这些金属氧化物、SiO2、金属硫化物和元素金属积聚在不纯净的熔融金属表面。未加工金属通常被称为矿石，因为在自然界中，它们以氧化物、硫化物和其他化合物的形式存在，或者是这些金属化合物和非金属化合物的混合物。将化学化合物形式的矿石还原成纯金属形式需要加入熔剂材料，熔剂材料与杂质结合，以形成和去除熔融金属中的熔渣。为此，通常使用白云石和生石灰（氧化钙）等助熔剂材料。在矿石熔化过程中积聚在高温熔融金属上的熔渣层从表面去除，并通过各种冷却方法固化。

2 渣的利用

工业废渣作为工业副产品回收利用，在很大程度上取决于渣的性质和熔融金属的热处理。在熔炉中，从金属矿石中除去脉石和非金属杂质，从而生产出生铁和渣作为最终产品。

金属和熔渣以熔融的形式聚集在高炉的中心，然后熔渣由于密度低于金属而扩散到熔融金属表面。炉渣的高粘度在炉子的低温区达到甚至更高的值，需要采用额外的工艺将其从熔炉中去除[2]。

当从炉中取出时，熔渣仍处于高温熔融状态。冷却和固化熔渣进行储存的操作对熔渣成分有效。

2.1 废热回收渣的利用

熔融工业废渣是有色金属生产过程中最大的能源之一，这为金属生产所需的能源最小化提供了重要的潜力。然而，这种浪费的能量通常不用于热回收，因为冶炼厂通常倾向于快速淬火熔渣，以获得用于水泥生产的玻璃状结构。尽管已开发出多种方法回收不同形式的熔渣余热，但由于熔渣导热系数较小，这是一个相当大的挑战，除了在水泥生产等附加值较高的领域中更为可取的应用外，这些方法中的大多数都是加工过程尚未商业化[3]。

2.2 建筑渣的利用

水泥工业由于消耗大量原材料和能源，排放大量温室气体（如二氧化碳）而受到严重的环境影响，这些温室气体是在熟料生产和能源消耗过程中产生的。不断增加的能源成本和环境限制使得有必要通过使用工业副产品来减少工业污染物的排放[4]。通过水淬火快速冷却后，产生的玻璃状和粒状熔渣，使钢铁生产的副产品成为具有潜在水力活性的波特兰水泥生产的优良替代材料[5]。然而，据报道，水淬火除了释放有害废物如硫化氢、重金属和二氧化硫外，还存在一些主要缺点，如废热回收效率低下。这些环境因素使得有必要开发出新的处理熔渣的方法，如干法造粒法，除了限制硫化物等有害物质的排放外，干法造粒法比水淬法具有更高的废热回收率。结果表明，干粒化渣与水淬渣具有相似的水化性能。

2.3 渣在增值应用和产品中的利用

工业废渣资源化利用的最新趋势之一是作为一种绿色来源在瓷砖生产中的循环利用。尤其是电弧炉（EAF）熔渣的化学成分使这种材料成为瓷砖生产的替代来源。据Teo等人[6]报道，以Al2O3、CaO、MgO、Fe3O4、FeO、SiO2等氧化物为主的电炉渣成分与硅石、长石、粘土等瓷砖原料成分非常接近。由于进行了失火、流量按钮和相分析等试验，除了其成分与瓷砖生产的适当原料非常相似外，电弧炉渣还被报告为瓷砖生产的无害绿色原料。在他们的研究中，他们用炉渣部分或全部替代了用作墙砖原料的高岭土和石灰石。结果表明，耐火强度提高近25%，热膨胀系数降低。此方法可作为减少陶瓷生产中昂贵的高质量矿物使用的一种手段。