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2021第十六届铅锌峰会专题报道

上海有色网主办的2021第十六届铅锌峰会于2021年5月17-18日在厦门召开!

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2021第十六届铅锌峰会专题报道

【铅锌峰会】含锌废物多元化利用 湿法、火法技术强贴!

来源:SMM
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SMM 5月18日讯:在由上海期货交易所和SMM共同举办的2021第十六届铅锌峰会上,潍坊龙达锌业有限公司技术中心负责人张天锡向到场嘉宾介绍了含锌废物的多元化利用。

含锌废物概述

锌,是一种重要的基础金属,在日常生活中广泛应用于建筑、机械、交通等行业。在锌的冶炼加工过程中不可避免的产生了大量的含锌废物。比如,在热镀锌行业产生的热镀锌渣热镀锌灰、在熔炼锌和锌合金加工过程中产生的锌浮渣,在废钢回收过程中产生的钢厂灰。

钢铁厂含锌废料中富含铁、碳、锌、铅等物质,具有良好的综合利用价值。如何高效利用钢铁厂含锌废料并提高其综合附加值,减少环境污染,一直以来都是冶金企业、研究院校的重大研究课题。

含锌废物的来源:

① 热镀锌产业的锌渣/锌灰。钢材的热镀锌过程中,锌消费量约占锌总消费量的 60%左右,大量的锌进入锌渣和锌灰。

② 铸造行业的废旧锌压铸件。锌压铸件占压铸件总量的 25%,锌压铸件的正常使用年限为10~20 年,每年都有大量的锌压铸件报废,如报废的汽车零部件、家用电器等。

③ 废杂锌,锌加工行业的废旧件、废料、边角料、切屑等。

④ 报废干电池。包括锌锰干电池、碱性锌锰电池、锌空气电池等。

⑤ 钢厂灰。含锌烟尘主要来自高炉灰、转炉灰和电炉灰。

⑥ 熔炼锌与锌合金过程中产生的浮渣,浇铸过程中的飞溅、锌灰等。

⑦ 含锌污泥。例如:化工及化学品生产过程中的废料保险粉、吊白块等生产过程中产生的氢氧化锌渣泥。

⑧ 含锌冶炼渣。铅、铜冶炼系统产生的烟灰。

含锌废物的分类:

不同的生产过程产生的含锌废物不尽相同。但含锌废物中锌的物相可以分为两类:一类是金属相,一类是化合物相。

热镀锌渣、废旧锌压铸件、废杂锌中主要含有金属相的锌,其中废旧锌压铸件、废杂锌主要是返回上游厂家再利用,因此,含金属相锌的含锌废物主要以热镀锌渣为主,以下简称锌渣

热镀锌灰、钢厂灰、含锌冶炼渣等主要含有化合物相的锌,这类锌包括但不限于氧化锌、氯化锌等,由于其多数为灰状或散渣状,常被称为锌灰

值得一提的是,《国家危险废物名录》规定:列入《危险化学品目录》的化学品废弃后属于危险废物。《危险化学品目录》(2016)序号2358项包括锌尘、锌粉和锌灰,故锌灰应为危险废物。

总的来说,含锌废物来源众多,可根据锌的物相分为锌渣和锌灰,另外,含锌废物具有危险废物属性,利用环节必须符合相关的安全、环保要求,技术上:定量的毒性浸出分析难以规避;管理上:锌灰、氯化锌的危险特性难以规避;法律层面上,产废单位、利用单位的法律责任均不能规避。

锌渣的多元化利用

锌渣的本质为锌合金,包括锌铁合金、锌铁铝合金以及锌铁铝镁合金。而根据金属的熔点和沸点差异分离,可以将不同金属从合金中分离出来。与其对应的,有常压挥发法和真空蒸馏法,另外还有一个通过加入元素金属处理铁锌渣的熔析熔炼法。

熔析熔炼法,此法主要用于处理铁锌渣。向热镀锌渣中加入与铁亲和力大的元素(Al 等),使其形成不溶于锌液的 Me-Fe 合金渣,利用密度熔点不同而达到除铁的效果。除铁后的锌再加入氯化剂(KCl、氯化钠等),使锌液中的杂质氯化挥发或造渣除去。

优点是工艺简单、投资少见效快、过程温度低、能耗低、铁可降至 0.0028%~0.0078%。金属直收率为 90%左右。

常压挥发法

利用锌的沸点远低于锌渣中杂质的沸点,在常压高温下使锌挥发成锌蒸汽,冷凝后得到金属锌。常压挥发法是热镀锌渣的常用处理方法之一,其金属回收率可达 98%以上,此外,还具有工艺简单等特点。

真空蒸馏法

真空蒸馏法主要应用铝锌硅渣的金属分离,同一温度,锌可以挥发冷凝得到金属锌。剩余的铝硅渣可以用于制作脱氧剂,达到所有元素均得到有效利用的结果。

锌灰的多元化利用

锌灰的产生机理:

锌的性质特点: 易挥发、易氧化、易反应

 一般情况下,各种锌灰中锌质量分数为5%~70%。而根据锌含量的不同,含锌废料的回收大致可分为浸出提锌法和火法富集回收法。当锌含量大于15%时,可采用浸出提锌法;当锌含量小于15%时,可采用火法富集回收法,使锌先挥发、富集(可富集至质量分数为 45%~60%),再对烟尘进行处理。

火法处理技术:

目前,主流的火法处理技术以回转窑/转底炉还原挥发法。主要原理是在高温气氛下将铁酸锌、硅酸锌等进行分解,生成氧化锌,在还原氛围中将氧化锌还原成锌蒸汽,再在氧化氛围中将锌氧化,最终得到次氧化锌产品。

回转窑和转底炉的配料特别是碳/锌比非常重要。在有碳条件1000摄氏度时铁酸锌即可分解;但是在缺少碳还原的情况下,即使是到了4000摄氏度,依然有20%的铁酸锌没有分解。

此外,回转窑产生的窑渣需要进行碎磨磁选后得到铁粉,但转底炉工艺可以直接得到还原铁,因此,转底炉在钢铁企业应用较多。(当然,最重要是转底炉设备投资大、运行成本高)

目前,国内中小企业均采用回转窑挥发法和焙烧法,而国有大型企业多采用烟化挥发法。

湿法处理技术;

通过火法处理后的得到的次氧化锌以及含量大于15%的锌灰一般进行湿法处理。湿法处理一般分为脱氯、浸出、净化、电积、熔铸五个步骤。根据浸出介质的不同,一般分为酸法、碱法和氨法电解锌。

湿法处理的第一步一般为脱氯,在酸法和碱法电解过程中,当氯离子浓度超过一定数值时,经常会出现“烧板”的现象,使阴极铝板的寿命减少三分之一甚至更多,因此电解前进行脱氯是很有必要的。

此外,氨法电解锌电解液中可以有一部分氯离子,但也有一定的限度,也有有选择性的使用含氯物料或进行配料。

常用的脱氯方法有挥发窑火法处理和湿法碱洗脱氯。

(1)挥发窑火法处理 。 该方法依据是氯化锌 、氯化铵等易挥发物以氧化物或单质的形态挥发进入烟尘而将其分离,用这种工艺处理锌浮渣的金属直收率只有 86% ~88%,也会产出一种火法冶炼含锌废渣,同时产出大量烟尘。产出的烟尘和部分废渣再返回配料使用,可以提高锌金属 总回收率到91%左右,还是有 9% 左右的锌最终得不到利用,所以存在处理成本高、经济效益低、环境质量差等问题。

(2)湿法碱洗脱氯。该方法依据是氯化钠在水溶液中有较大的溶解度,而碳酸锌在水溶液中是不溶物,虽可降低浮渣中氯含量,但在处理过程中,不仅消耗碳酸钠和蒸汽,而且产生大量的污水,势必造成污水处理量巨增。环保达标是企业持续发展的前提,因而必须增加厂内污水处理设施,也造成成本升高。

含锌废物多元化利用的机遇和挑战

机遇:固废危废资源化循环利用趋势;有色金属产品需求提升(主要是量的提升);锌材料的未来发展前景广阔(质的提升)。

挑战:不断升高的安全环保挑战;“碳中和”背景下的节能挑战;价格波动与金融风险。

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