含锌尘泥资源化利用的研究进展

刘笑笑，吴照金

(安徽工业大学 冶金减排与资源综合利用教育部重点实验室，安徽 马鞍山 243002)

近年来，中国已经成为全球最大的钢铁生产国和消费国，冶金固废的高效资源化利用引起广泛关注。冶金固废种类繁多、成分复杂，含锌尘泥是其中资源禀赋较高、利用难度较大的一种。冶金含锌尘泥主要包括高炉除尘灰泥、转炉除尘灰泥、电炉除尘灰等，其资源化利用对缓解我国金属资源紧缺局面、保护生态环境均具有重要的意义。

1 含锌尘泥的处理方法

目前，冶金含锌尘泥的处理方法主要有物理法、湿法、火法等。

物理法主要包括磁分离和机械分离，通过磁力或离心力的作用来回收含锌尘泥的有价金属。物理法操作简便，但富集效率较低，主要用于预处理。

火法处理是指在高温、还原性条件下，实现锌铁分离、回收的工艺方法。该方法能大批量处理含锌尘泥且回收率较高，但仅适用于含锌量较少的尘泥且能耗较高。火法主要有烧结法、回转窑法、转底炉法。

湿法是指处理含锌量较高的尘泥，湿法主要包括酸浸和碱浸。氧化锌是含锌尘泥的主要形式存在，氧化锌既溶于酸，又溶于碱，可以将锌从尘泥中回收出来。但这种方法不能大规模处理尘泥，成本较高，并且浸出率低。

2 含锌尘泥的资源化利用

2.1 火法Fe、Zn粗分离

Rath[1]等用高炉灰里的碳作为还原剂，将铁生成磁精矿。在850℃，90min的条件下,得到含铁63%的磁精矿,铁回收率68%。Wang[2]等研究了高炉灰在高温下的硫化行为。采用该工艺后，将氧化锌转化为硫化物，锌在ZnS中的分布由13.28%提高到92.01%。此外材料中的碳会使Fe2O3还原为Fe3O4、FeO甚至Fe。生成的FeO经硫硫化后形成硫化铁，生成的硫化铁会溶解到ZnS中，形成(Zn,Fe)S化合物。

刘琼芳等[3]以转炉污泥为对象，采用碳热还原法还原其中的Fe和微量元素Mn、Cr、V、Ti等，形成合金，经磁选获得微合金化铁粉。所得微合金化铁粉中铁的回收率为92%，铁含量为97.6%，Mn、V、Cr、Ti总量为1.788%。尹海涛等[4]利用碳热还原法选择性还原电炉除尘灰中的有价金属，获得主体元素为Fe，掺杂Mn、Cr、Ni、V合金元素的铁基合金。铁基合金中目标合金元素的含量达到98.98%，电炉除尘灰中目标合金元素的收得率达到最高值98.15%。

采用火法处理工艺，虽然可以大批量的处理含锌尘泥，但是得到的产物纯度不高，附加值较低。

2.2 湿法提取有价金属

Trung等[5]验证了细粒转炉污泥在酸性介质中的浸锌性能。在1M浓度的硫酸，浸出时间15 min，温度80℃的条件下，浸出锌量高达70%。Oustadakis等[6]研究了电弧炉粉尘，经稀硫酸酸浸后锌的浸出率达到80%。在实验条件下，铁浸出率达到45%。

Wang等[7]以六水合氯化铁(FeCl3·6H2O)为分解剂，采用纯锌酸锌(ZnFe2O4)纳米粉体和含锌电弧炉(EAF)粉尘为原料，从ZnFe2O4中提取锌的效率达到97.2%，从EAF粉尘中提取锌的效率达到94.5%。李凤连等[8]采用烧碱浸出电炉烟尘中的锌，Zn浸出率可达90.8%。

采用湿法处理工艺，得到的产物纯度较高，附加值较高，但是处理工艺比较复杂，处理成本高，浸出液易导致环境的二次污染等问题。

2.3 含锌尘泥直接材料化

Wang[9]等以含锌电炉粉尘为原料，采用固相反应法直接合成了尖晶石结构的金属掺杂镍锌铁氧体，实现了固体废弃物向高附加值材料的转化。Vieira等[10]研究了一种电弧炉炉灰为原料，合成了孔隙率较低的民用建筑粘土陶瓷。Wu等[11]是以高炉炉灰为原料，经硫酸酸解制备出金属(铝、锌、钛)掺杂赤铁矿的光催化材料。结果表明,赤铁矿显著增强光催化降解亚甲基蓝的效率(72.2%)。

黄伟等[12]采用硫酸浸取和草酸盐沉淀的方法，可控地同时回收冶金高锌尘泥中的Zn和Fe，制备出具有良好可见光催化活性的ZnO-ZnFe2O4纳米级复合光催化剂。朱妍[13]采用酸解的工艺方法,将高炉含锌除尘灰和轧钢污泥的复配尘泥中的有价元素(Zn、Fe、Al、Mn、Mg)转移到酸解液中,经共沉淀法和焙烧步骤得到掺杂型ZnFe2O4/α-Fe2O3复合光催化材料。

采用直接材料化利用处理含锌尘泥，得到的产物附加值最高，但是对含锌尘泥的消耗量小。在处理过程中，只能起辅助作用。

总的来说，这三种回收利用含锌尘泥的方式各有利弊。火法工艺能回收多种元素、但是附加值不高。湿法工艺的产物附加值高，但是设备要求高，成本高。建议采取火法和湿法提取相结合的方法，在尽量不产生二次污染的前提下，重点实现含锌尘泥的直接材料化利用。

3 结论

在冶金生产过程中，会产生大量废物。如果管理不当，这些废物会对环境造成不可逆转的破坏，并对人类构成危害。目前针对含锌尘泥的处理工艺有物理法、火法、湿法，其中物理法主要是预处理，每种工艺各有其优缺点。冶金固废产量较大，单一的利用模式已然无法应对现在面临的问题，多途径利用是必然选择。为了实现含锌尘泥的大批量处理和高附加值利用，火法-湿法的联合工艺，是今后含锌尘泥资源化利用的方向，能够带来更多的经济效益和环境效益。