钢材热镀锌渣综合回收工艺研究进展及新工艺

钟勇 李元亭

摘 要：随着国家对节能减排，发展环境友好型工业企业的重视程度不断提升，工业废料的回收利用，将是成为发展循环经济的大势所趋，热镀锌渣回收便是其中一个重点项目。文章将在阐述热镀锌渣火法和湿法处理工艺基础上，讨论高效冷凝法新工艺，为相关工业企业带来启发作用，从而实现经济效益与社会效益的双赢。

关键词：热镀锌渣;回收工艺;研究进展;新工艺

当前社会背景下，热镀锌防腐蚀技术相较于其他技术，在钢材表面处理方法上应用最为广泛，并且成本投入较低，可以起到节能节材的重要作用。热镀锌渣中，主要金属杂质，以铁、铜、铝、铅为主。现阶段，热镀锌过程中消耗锌会占到锌总消耗量12%-14%，如何优化热镀锌渣回收工艺，实现工厂节能减排，是技术发展需要攻克的重点难题。

一、热镀锌渣火法处理工艺

（一）常规蒸馏法

热镀锌渣回收中，常规蒸馏法是应用较为广泛的一种。其工作原理主要是因为锌的沸点相较于其他金属杂质元素（铅、铜、铁）更小，可以令锌选择性蒸发，达到富集作用。在上世纪90年代前夕，很多规模较小的企业都会利用坩埚或平罐进行蒸馏。该方法在能量消耗上更高，回收率不理想，为工人带来较大劳动强度，产生了严重的环境污染，这也是坩埚或平罐蒸馏法现阶段逐步销声匿迹的重要原因。当前技术发展背景下，很多厂家在蒸餾时都会选择工频无芯感应电炉，但是在设备投资方面仍然不可控，而且选型较多，冷凝效果却并不理想。投资成本的增加，主要是因为要降低物料含水量小于0.4%，从而提升运行安全性。为使热镀锌渣处理过程能耗减少，加强作业的连续性，有学者开发了节能炉，降低劳动强度的同时，加强了生产连续性，提高了锌回收率。

（二）真空蒸馏法

热镀锌渣真空蒸馏，属于有色金属精炼的一种，该方法工作原理主要基于不同蒸气压选择性将热镀锌渣中的锌挥发并冷凝，在废渣中仍残留其他金属杂质。通常情况下，该反应过程主要集中在密闭真空炉中，合理控制炉温在800℃至900℃，炉内分成冷凝区、蒸发区、金属排出区、将操作间断，嘴周质量可以达到1号或2号锌水平。

真空蒸馏技术相较于传统蒸馏法，优势主要有以下几点：工艺简单、回收率高、流程简单、对环境污染低、技术也相对先进。但是由于常压环境下，锌的沸点本身就不高，因此蒸馏回收锌的方式，并不十分看重压力因素。应用真空蒸馏技术之后，反而令设备更加复杂。除此之外，真空蒸馏过程本质上是自然蒸发的一种，粉块与分状处理阶段，由于表面物料萎缩下沉，在炉膛蒸发表面产生了覆盖层，对底部锌的蒸发产生了一定阻碍作用，降低了锌的蒸发量。同时，锌蒸发效果会和料层厚度呈负相关关系，厚度越后，锌蒸发速率也就越低，效果就越差。

（三）加铝熔析法

锌和铁之间的亲和力，远小于铝和铁之间的亲和力，加铝熔析法工作原理正在于此，可以将热镀锌渣中的锌元素以FeZn7或Fe5Zn21化合物状态被提取，形成粗锌液体。反应过程主要是FeZn7+Al=FeAl+7Zn以及Fe5Zn21+5Al=5FeAl+21Zn。鉴于铝铁合金不具备较大比重，因此可以浮渣状态在粗锌液体表面悬浮，待静置分层之后将浮渣捞出，就可以得到粗锌液体，分离铁和铝。这种方法在投资成本上较低、能量消耗较少、流程相对简单。但是在锌渣除铁之后，还需要在后续工序中分离其他金属杂质，不会直接完成回收锌的过程。

二、热镀锌渣湿法处理工艺

热度锌渣湿法处理工艺主要是用各种试剂，经过中和、除杂，将锌净化和分离，从而提升锌产品的纯度。该方法优势主要是提升了原料内部有价金属的利用率，对环境发展不会带来较大影响，可在大规模生产中广泛投入，实现自动化发展。现阶段伴随技术发展，湿法工艺主要以MZP法为主，该工艺特点主要是先用盐酸或硫酸溶解含锌废料，将锌和其他杂质分离，经过提纯，形成纯度较高的再生锌产品。湿法处理工艺在二次含锌物料回收中应用较多，提升了回收利用率，可以结合原料与市场变化，确定深加工制品。

国内学者对于热镀锌渣湿法处理工艺也有较多研究，主要有以下几种。第一，原料为热镀锌渣，通过碱性电解法，最终制备出来的锌粉，含锌量可以达到98%;第二，以热镀锌渣为原料，在硫酸浸泡之后，得到硫酸锌溶液，后续通过直接沉淀法制备纳米氧化锌，尺寸外径可达到20nm;第三，由于热镀锌渣中，锌的存在形式主要以金属锌和氧化锌为主，杂质主要为铝或铁，开发了硫酸浸出锌或加铝熔析除铁法。该方法可以通过机械法分离锌液与浮渣，可将锌液铸锭。浮渣在在硫酸溶解之后，经过电解便能获得电锌。该生产工艺消耗能量与试剂更低，因此在规模较小的工厂应用较多。但是，这种工艺产品通常获得的锌纯度不高，需要进一步进行精炼。

三、动态蒸发—高效冷凝法

动态蒸发—高效冷凝法，主要是通过对流加热方式，令液体物料自旋，利用动态蒸发的方式，使锌蒸发速率有效提升，防止料层厚度过后对锌蒸发速率产生负面影响。针对炉体设计与操作维护而言，在炉体方面改进幅度较大，应用永久加热元件，提前制备高温耐腐蚀炉体，在技术上，主要新型高温炉顶密封以及异相自热诱导冷凝液相成核。在以上技术改造基础上，工艺在流程上相对简单、操作简便，可以有效提升生产效率。

该技术的工作原理，是锌在常压环境下，沸点相较铁、铜、铅、铝较低，而且条件相同时，饱和蒸气压大于上述四种金属的蒸气压。如果温度控制得当，大概率会优先蒸发锌，保留其他金属。当锌以蒸汽形式进入冷凝器，就会聚结长大，经过液化在冷凝室底部凝结，最后用来铸锭。

结束语

综上所述，由于热镀锌工业发展速度较快，热镀锌渣产出量增多，有关工厂应重视热镀锌渣的回收利用。文中主要介绍的几种方法中，热镀锌渣火法处理具备较高锌回收率、能耗较低、设备应用复杂性不强、应用范围较广，无论在规模大小的工厂内都能有效推广;湿法处理工艺则可以实现生产的连续化与自动化，但容易消耗过多试剂、流程较长;动态蒸发—高效冷凝法对环境污染底，操作简单，是未来回收技术重点发展方向。

参考文献

[1] 杨先凯，杨斌，熊恒，徐宝强，戴永年，刘大春.采用硫化-真空蒸馏法从铜砷锑多元合金中回收铜[J].中南大学学报：自然科学版，2012，43（12）：4610-4616.

[2] 李亮，刘大春，杨斌，罗启，徐宝强，戴永年.真空条件下含银铅锑多元合金中锑的蒸发行为研究[J].真空科学与技术学报，2012，32（5）：437-441.

[3] 张荣良，史爱波，金云学.纳米氧化锌真空控氧法的制备及杂质元素的行为[J].北京科技大学学报，2011，33（10）：1265-1269.

[4] 韩龙，杨斌，杨部正，戴永年，刘大春，徐宝强，.热镀锌渣真空蒸馏回收金属锌的研究[J].真空科学与技术学报，2009，0（S1）：101-104.

[5] 胡志刚，王凡，李玉银，朱文玲.利用钢铁厂酸洗废液和镀锌渣制备MnZn铁氧体材料的研究[J].资源再生，2012（4）：58-60.

[6] 罗胜联，周舟，何德良，柴立元.水质稳定剂对模拟工业电解锌回水中电化学行为的影响[J].中南大学学报：自然科学版，2007，38（1）：84-88.