含锌电炉粉尘处理工艺现状及发展

1.3.1酸浸

酸法处理中普遍使用的酸包括盐酸、硫酸、硝酸以及醋酸溶液，其中以硫酸浸出的成本最低。以硫酸浸出为例，电炉粉尘中的可溶性锌如氧化锌能在酸中溶解进入浸出液，对浸出液进行净化再电积处理可以获得金属锌锭，锌资源得到回收。浸出过程中发生的主要化学反应如下：

ZnO+2H+＝Zn2++H2O

Fe3O4+8H+＝2Fe3++Fe2++4H2O

FeO+2H+＝Fe2++H2O

ZnFe2O4+2H+＝Zn2++Fe2O3+H2O

在合适的浸出时间、浸出温度、液固比、酸度条件下，氧化锌基本上可以全部浸出，但由于电炉粉尘中含有较多的铁酸锌，常温常压下酸浸锌的浸出率较低(80%左右)，铁酸锌携带大量的锌进入渣中。为了提高锌的浸出率，采用加压热酸浸出可以溶解铁酸锌，锌的浸出率可达95%，但同时铁的浸出率也达到60%以上，导致之后浸出液中铁锌分离的工序复杂，增加了生产成本，同时对设备的腐蚀严重。

盐酸浸出与硫酸浸出存在同样的问题，常温常压下锌的浸出率不高，高压加热浸出又会使铁的浸出率提高。硝酸因具有强氧化性，常温常压条件下铁的浸出率就很高。醋酸是弱酸，浸出时间过长且锌的浸出率低。酸浸工艺虽然可以较好回收利用电炉粉尘中的锌资源，但浸出渣中的大量铁资源不能直接进入钢铁厂流程，需经进一步处理才能利用。

西班牙开发了处理电炉粉尘的ZINCEX工艺，将粉尘中的锌、镉等的氧化物和卤化物通过硫酸浸出后经过净化除杂电积得锌金属，净化渣中可以回收金属镉，铅可以在浸出渣中提取，同时可循环利用电解废液。该方法设计年处理能力为8万吨电炉粉尘，目前在西班牙北部已投入运行。

1.3.2碱浸

碱浸是用碱溶液如NaOH溶液对电炉粉尘进行浸出处理，回收有价金属元素。相比酸浸，碱浸对设备腐蚀程度较轻，选择性浸出效果较好，但浸出率更低。碱浸过程中发生的主要化学反应如下：

ZnO+2OH－＝ZnO22-+H2O

ZnFe2O4+2OH－＝ZnFe2O52－+H2O

Zn、Pb和Al的氧化物，几乎能完全溶解于浓的NaOH溶液，但电炉粉尘中的铁酸锌并不能溶解。赵有才等人研究了含铁酸锌电炉粉尘添加氢氧化钠高温熔融再碱浸的方法，锌的回收率达到90%以上。但碱浸的成本更高，后续除杂的程序繁琐，电解难度更大。浸出渣中碱金属含量高，返回进入钢铁厂烧结流程会影响高炉炼铁质量。显然，采用现有碱浸法浸取粉尘中锌的效率是非常低的，若投入工业性应用，其技术和经济性都不合理。

1.3.3氨浸

氨浸是对电炉粉尘进行氨浸处理，利用NH4+与氧化锌选择性配位形成络合物而不与铁氧化物配位的原理，氧化锌以络合物的形式进入浸出液，铁元素进入渣中从而达到铁锌分离的目的。

氨浸的选择性浸出效果最好，电炉粉尘中的铁元素基本上不会进入浸出液中，减少了后续浸出液中锌铁分离的工序，但锌的浸出率很低，也不能把电炉粉尘中的铁酸锌浸出来，且氨浸渣残留大量的氨，处理困难。意大利开发的EZINEI处理技术，主要工艺步骤为浸出、净化、电解以及结晶。采用的浸出剂是氯化铵与碱金属氯化物的混合物，发生的主要反应为：

ZnO+2NH4+＝Zn(NH3)2++H2O

锌的回收率可达60%，浸出渣进一步处理可回收其他金属杂质，整个过程中的副产品可以完全得到回收利用，得到工业化应用。

湿法处理工艺能耗小，设备投资小。但对设备腐蚀严重，且由于粉尘中铁酸锌含量高导致锌的浸出率低，操作流程长，容易造成二次污染，浸出渣还需经后续处理才能进钢铁厂循环利用。从锌的浸取率和工艺成本考虑，湿法工艺更适合用于中、高锌电炉粉尘的处理。

国内电炉粉尘含锌量普遍较低，高于15%的电炉粉尘并不多，因此国内使用湿法工艺处理电炉粉尘的钢铁企业较少。欧美等发达国家钢铁厂产生的电炉粉尘锌含量很高，大多属于中、高锌粉尘，因此国外在湿法工艺处理电炉粉尘这方面研究的比较多。

1.4火法

湿法工艺回收电炉粉尘流程长，而且很难回收电炉粉尘里铁酸锌中的锌资源，而火法工艺可以在高温条件下解决这个问题。根据锌高温挥发的形式可以将火法分为还原挥发法和氯化挥发法。

1.4.1还原挥发法

还原挥发法处理的基本原理是利用锌的沸点低(907℃)高温下易挥发的性质，配入还原剂将含锌电炉粉尘中的锌还原成金属锌，挥发分离得到富集从而回收锌，剩余的炉渣可以作为烧结原料返回烧结，回收其中的铁。发生的主要化学反应如下：

ZnO(s)+C(s)＝Zn(s)+CO(g)

ZnO(s)+CO(g)＝Zn(g)+CO2(g)

ZnFe2O4(s)+2CO(g)＝Zn(g)+2FeO(s)+2CO2(g)

氧化锌在高温下很容易还原为金属单质，而上述反应均为吸热反应，温度越高越有利于还原。因此还原挥发过程中锌的还原率比较高，生产效率也比较高。还原挥发法按照还原方式的不同可分为直接还原法和熔融还原法。

1.4.1.1直接还原法

直接还原法的典型工艺有回转窑工艺、转底炉工艺以及循环流化床工艺等，循环流化床工艺由于设备的限制，处理能力小，工业应用较少。

回转窑工艺是指将含锌电炉粉尘与煤粉混合均匀后送至回转窑中，在高温下还原成团粒，冷却筛分后供高炉冶炼，锌还原挥发二次氧化在炉尘中得到富集。

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