微波能脱除铅锌冶炼中间物料中氟氯的研究进展

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)云南省特种冶金重点实验室 作者:郭战永

  根据铅锌冶炼中间物料中的氟、氯主要是以强吸波物相氟氧化铅、氯氧化锌和氯化亚铜等形式存在,而物料其他成分如氧化锌、氧化铅等的吸波性相对较弱。提出了利用微波能选择性、高效脱除铅锌冶炼含氯中间物料中氟氯新工艺。对氧化锌烟尘、锌浮渣和含氯铜渣的研究结果表明:相比其他高温焙烧脱氟氯过程,脱氟氯温度可降低100℃以上,脱氟氯效率高;而且,可以采用气氛调控使脱氟、氯过程产生的尾气易于吸收净化,避免烟气污染。

1、研究意义

  我国是一个冶炼大国,2011年我国锌产量为522.2万吨,铅产量接近464.8万吨。随着锌冶炼能力的不断提高,对原料的需求也迅速增加,但矿产资源日趋短缺和锌二次资源的大量回收利用,造成了目前国内锌冶炼厂流程中的杂质含量越来越高。其中,氯含量的增加给湿法炼锌系统造成了严重的影响。湿法炼锌系统中的氯主要来源于锌精矿和锌烟尘中的氯化物,氯含量的升高造成了阴、阳极板的消耗加快,使得电耗上升,同时也对系统设备产生了严重腐蚀,增加了生产成本,降低了电锌质量。因此,通常在电解之前,必须进行除氯净化处理,使之达到电解要求。另外,国务院发布了《有色金属产业调整和振兴规划》。《规划》提出:有色金属产业在我国实现城镇化、工业化、信息化中的具有重要用,作为现代高新技术产业发展关键支撑材料的地位没有改变,产业发展的基本面没有改变。要充分利用当前的有利时机,加快淘汰落后产能,推动企业兼并重组,提高工艺技术水平和关键材料加工能力,促进增长方式转变,实现产业结构优化升级。因此,开发新型脱氯技术对铅锌冶炼含氯废渣的综合利用尤为重要。

  1.1、铅锌冶炼含氟氯中间物料种类

  本文针对的铅锌冶炼含氟氯中间物料包括:①锌湿法冶炼过程中浸出渣经回转窑或烟化炉处理后,得到的氧化锌烟尘;②阴极锌熔铸过程产生的锌浮渣;③锌液净化过程中产生的脱氯铜渣;④铅火法冶炼烟化炉产出的高铅氧化锌烟尘等铅锌冶炼废渣。这些物料的含氯量分别达到0.5%~0.8%,1.0%~4.2%,12.0%~17.2%,0.7%~0.8%,如果直接返回系统会造成锌片质量低、阴阳极损耗快等严重后果,对企业的稳定生产带来极大影响。

  1.2、含氟氯中间物料处理现状

  现有综合利用工艺中,铅锌冶炼产生的锌烟尘普遍采用多膛炉或回转窑焙烧技术来脱氯,锌浮渣通常采用水洗工艺来脱除氯,脱氯铜渣通常需要碱洗来脱除。现有处理工艺存在的主要问题是:多膛炉和回转窑投资大,焙烧温度高易烧结,能耗大,尾气中氯等未回收而造成污染;水洗和碱洗脱氯过程含氯废水的大量排放带来的环境污染等问题。并且由于这些工艺脱氯效率低,致使锌液中氯含量仍然较高,生产过程仍存在着直流单耗高、生产成本高等问题。

  1.3、微波冶金的优势

  微波冶金作为一种新型绿色冶金方法,已发展成一门引人注目的前沿交叉学科。微波加热与常规加热不同,它不需由表及里的热传导,而是通过微波在物料内部的能量耗散来直接加热物料,根据物料电磁特性的不同,可及时有效地在整个物料内部产生热量。微波加热在冶金中的应用具有以下用常规加热方式无法比拟的优点:选择性加热物料、升温速率快、加热效率高;对化学反应具有催化作用,能降低反应温度,缩短反应时间,促进节能降耗;其本身不产生任何气体,是实现冶金工业清洁生产的有效途径之一;使物料在瞬间得到或失去热量来源,易于自动控制。利用微波加热的这些优点,有可能开发出在常规加热条件下无法实现的冶金新技术和新工艺,改造某些传统的冶金工艺和技术,提升冶金产品深加工水平,完善产品结构,实现冶金过程的高效、节能、环境友好。

结论

  采用微波脱氯方法不仅避免了传统多膛炉脱氯工艺需要消耗大量煤气,回转窑脱氯工艺需要消耗大量重油,和碱洗脱氯工艺需要消耗大量水、碳酸钠和蒸汽等辅助能源、试剂,成本低廉,而且可以实现尾气中氯的吸收,避免了废水、废气、废渣和碳排放。

  (1)微波法脱氟氯,在小试和中试中都有较好的效果,氟氯脱除率较高。

  (2)利用新型微波冶金反应器及其应用的关键技术所开发的微波脱氯专用装备,具有微波场分布均匀、场强密度可调,气氛可控,且微波之间交叉互耦小等特点,并可实现安全、连续、稳定运行;

  (3)利用微波场独特的选择性内部加热铅锌冶炼含氯废渣中氯化物的特点,脱氯温度降低100℃以上,显示了微波催化脱氯过程特征;

  (4)采用气氛调控微波脱氯技术,使脱氯过程产生HCl和锌、铜等的氧化物,既使含氯废渣得到脱氯净化,又可实现氯的回收利用,完全避免了二次污染;脱氯反应过程属放热反应,可大大节省能耗。

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