請說說“鋅的二次冶金”的定義和其有關工藝
鋅的二次冶金
摘要 ：本文介紹世界和我國的二次鋅資源的現狀和利用情況，以及二次鋅資源的來源方向。主要介紹全球先進的二次鋅的提取冶煉新技術，整合以便我們能更好的創新，為研究出壹套更能完全、安全，無煙塵、無毒、環保的冶煉二次鋅資源的技術奠定基礎。
關鍵字：二次鋅資源、存在情況、再生、技術方法
壹 世界和我國的鋅二次資源情況
鋅是目前世界上循環利用較好的金屬之壹，二次鋅資源已成為鋅生產的重要原料，全球30%鋅來源於二次鋅資源，再生鋅年產量高達290萬噸，西方發達國家不僅有壹系列專業二次鋅冶煉廠，而且主要鋅冶煉廠也從事二次鋅的回收處理，尤其是近幾年由於鋅精礦供應日趨緊張， 國外等3著名鋅公司均紛紛改變原料結構，采用電弧爐煙塵等二次鋅資源作為鋅冶煉的主要原料。鋅是我國傳統的優勢資源，其使用領域十分廣泛。鋅能和多種有色金屬制成合金用於機械制造業、制造各種精密鑄件以及鍍鋅作業。據美國鋅貿易公司估計，目前全世界每年消耗金屬鋅及鋅化合物的金屬約1000萬噸。70%是從礦石中提取的，；另外有30%是利用再生原料生產的。美國礦務局估計，2000年美國再生鋅占鋅消費總量的40%。美國每年生產再生鋅12萬噸以上。再生氧化鋅3.5萬噸。國際鋅協會估計。世界再生鋅產量的增長速度3倍於原生鋅。到2005年再生鋅占世界鋅消耗量的40%。
隨著我國地質勘探工作的萎縮、資源開采強度的不斷提高及冶煉能力的過快增長，我國鋅資源的優勢格局已經發生了改變。我國的鋅凈出口量，包括合金中含的鋅，自2000 年以來壹直呈逐漸減少的趨勢，中國鋅供應由過剩轉為短缺。 在金屬鋅的使用過程中，會產生許多含鋅的二次資源，這些資源是回收鋅的重要原料。在我國，壹方面，鋅精礦原料供應日趨緊張，已成為影響鋅冶煉廠發展的關鍵因素；另壹方面，國內二次鋅資源利用剛起步，再生年產量不到10萬噸，不到精鋅產量的5%。尚未形成規模，與西方工業國家相距甚遠， 為保證我國鋅資源產品對國民經濟的有效供給，推進鋅工業的可持續發展，緩解資源的供需矛盾，有必要重視鋅二次資源的回收治理工作。
盡管鋅作為壹種主要是增強其他材料的使用性能的功能性材料，人們主要是依靠開發礦產資源來獲得金屬鋅。按目前普遍實行的統計口徑過去很長壹段時期裏，礦產鋅的產量在世界鋅總產量中所占的比例都在90%以上。近年來，隨著循環經濟理念的逐步建立，人們日益重視二次資源的回收利用循環復用。
二 二次鋅資源的來源構成
二次鋅資源包括1 熱鍍鋅行業，熱鍍鋅廠長生的鋅灰，鋅浮渣和鍋底渣
2 化工及化學品生產，鋼鐵廠煉鋼過程產生的煙日鋅和鋅合金零件，例化工廠及冶煉廠的工藝副廠品以及其他含鋅廢料。
3 鋅加工行業和回收行業。廢黃銅料、壓鑄廢料、煙塵、鍍鋅廢渣及廢邊角鋅片，鍍鋅鋼廢料、熱鍍鋅渣及廢舊鋅錳電池，生產中產生的廢料主要來源於鍍鋅鋼生產過程和汽車、建築物及其它制品的加工過程，連續鍍鋅鋼生產線產出的廢渣量壹般約為產品產量的0.5%-2%；汽車、洗衣機、冰箱等設備的生產與裝備過程廢料產生量較大，其中汽車行業廢料產生率約為28%-30%；回收的廢料主要為報廢的汽車、家用電器、空調、高速公路路障及路燈柱等含鋅部件。全球範圍內，鍍鋅廢鋼的收集量正在逐年上升，1995年全球鍍鋅鋼廢料回收量為6500萬噸。據國際鋅協會的數據，歐洲再生鋅的基本原料來源是：黃銅42%；鍍鋅渣27%；壓鑄廠品廢料16%;鋼鐵工業港絪塵6%；鋅材料加工半成品廢料6%；化學工業鋅廢料2%；其他1%。二次鋅資源的成分波動很大，幾種主要物料的組成（質量分數）如下：
鋅輝(熱鍍鋅過程中的氧化物）:Zn 60%-85%,Pb 0.3%-2.0%.AL 0%-0.3%，Fe 0.2%-1.5%,Cl 2%-12%;
鍋渣（熱鍍鋅過程形成的合金，類似於硬鋅）：Zn 96%,Fe 4%;
電弧爐煉鋼煙塵（其他成分取決於廢鋼原料）：Zn 15%-25%，二次鋅源的來源及組成差異很大，回收處理過程中要針對不同原料采取不同的工藝，以達到最大限度回收復用目的。
三 鋅的二次冶金生產技術，
二次鋅資源的冶金技術包括：火法工藝，濕法工藝活法工藝中魏式爐揮發生產工業氧化鋅作為濕法煉鋅的原料；電爐處理生產金屬鋅粉；橫罐或豎罐蒸餾牛產粗鋅；或是作為燒結配料用熔煉法處理，還有真空冶金技術，物理法等等。
鋼鐵廠高鋅含鐵塵泥處理工藝其中物理法處理工藝主要有兩種：磁性分離和機械分離。磁性分離是利用鋅富集在磁性較弱粒子中的特性，采用磁選方法富集鋅元素。該方法用於高爐粉塵時，要增加浮選除碳工藝，以提高磁性分離的效率。機械分離是利用鋅壹般富集在較小粒度中的特性，采用離心的方式富集鋅元素。機械分離按分離狀態可分為濕式分離和幹式分離。磁性分離工藝較簡單、易行，其主要缺點是鋅的富集率較低；機械分離除工藝簡單易行外，對處理後的粗粉可直接用於煉鐵，但該法的操作費用較高，富鋅產品的鋅含量過低，價值較小。壹般，物理法只作為濕法或火法工藝的預處理。
濕法處理鋅廢料的冶金技術近年來發展較快，主要是溶劑萃取劑技術的發展最近為鋅回收行業所認識，預計未來十年其應用將會日益增多。具有代表性的工藝是西班牙Tecnicas Rejunidas公司開發的Zincex Process法和MZP，該法的特點是廢鋅料經硫酸或鹽酸溶解後，利用有機萃取劑的高選擇性，將鋅離子從溶液中萃取出來，並實現與其他雜質分離，達到提純的目的。該公司建有8000噸每年的工廠，處理再生鋅原料，產品可以是電鋅、超純硫酸鋅或超純氧化鋅。萃取劑是D2EHPA的煤油溶液。 濕法處理工藝濕法工藝壹般用於中鋅和高鋅塵泥的處理。氧化鋅是壹種兩性氧化物，不溶於水或乙醇，但可溶於酸、氫氧化鈉或氯化銨等溶液中。濕法回收技術就是利用氧化鋅的這種性質，采用不同的浸取液，將鋅從混合物中分離出來，工藝流程如圖1所示
根據選擇浸出液的不同，濕法處理工藝又可分為以下幾種：酸浸，浸出反應如下：Zn+H2O=Zn2++H2O； 堿浸、 培燒、堿浸。
濕法工藝有以下特點：1）當塵泥中鐵酸鋅含量較高時，鋅的浸出率低，同時浸渣中鋅含量較高，不能作為原料在鋼鐵廠循環利用，也滿足不了環保提出的堆放要求；
2）設備腐蝕嚴重，處理過程中引入的硫、氯等易造成新的汙染；
3）與鋼廠現有技術不配套。
火法處理冶金含鋅塵泥的主要工藝有直接還原法：回轉窯法。回轉窯工回轉窯工藝( 簡稱SPM法) 是住友重工業公司鋼鐵廠從廢料中分離鋅並回收含鐵料而發展起來的。其工藝流程見圖下。把鋼廠內各種來源的廢料放入泥漿池內進行混合, 然後過濾, 在旋轉幹燥器內幹燥。混合料與細的無煙煤壹起裝入還原窯, 通過燃燒靠近回轉窯出料端沿軸向布置的燃燒器內的焦爐煤氣和空氣來加熱。窯內的爐料足以加熱到部分地軟化和熔化並在窯襯上富集形成結瘤掛圈, 回轉窯高溫帶的成球棒把這些料從窯壁上刮下, 並沿窯壁滾動形成小球或顆粒。廢料中鋅的氧化物被還原成金屬鋅, 在窯溫下蒸發並與排出的其煙氣壹起離開回轉窯。當煙氣在排放系統中冷卻時, 壹部分鋅氧化成細小的固體顆粒並被收集在布袋式除塵器內。直接還原的鐵產品排入回轉冷卻器內, 用大量的水進行快速冷卻。然後用篩孔為7 mm 的篩子篩分, 粒度大於7 mm 的直接還原鐵送至高爐, 剩下的全部送往燒結廠。
工藝特點: 不需造球, 還原出的產品30%( 粒度大於7 mm) 可直接作為高爐原料使用, 剩下約70%的粉末須重新燒結。還原爐內原料填充率僅為2%, 金屬化率為75%, 因此產品質量差, 生產效率較低。另外,該工藝設備龐大、投資大、成本較高。
轉底爐法。 轉底爐法是將高鋅含鐵塵泥、碳粉和粘結劑混合造球。生球經烘幹後置於轉底爐內，當轉底爐轉動時生球被加熱，至1100 °C左右時氧化鋅被還原，還原出的鋅被蒸發並隨煙氣壹起排出，經冷卻系統時被氧化成細小的固體顆粒而沈積在除塵器內。轉底爐處理含鋅塵泥有許多優點，但也有不足之處，例如：粉塵中脈石成分（大於30%）在直接還原處理後仍保留在金屬化球團中；如塵泥含鋅高，直接還原處理後的金屬球團中仍含有較高的鋅（大於0.3%）和硫（大於0.3%），這些問題都將影響金屬化球團的進壹步有效利用。國外加熱轉底爐通常用天然氣，但我國天然氣資源不足，因此，需考慮我國具體條件下，轉底爐的加熱氣源問題.
真空冶金技術在鋅二次資源再生中的應用
真空法回收鋅的原理。在鋅二次資源中常伴有鐵、鋁、鉛、錫、鍺、銦、銀、銅等雜質, 采用真空蒸餾的方法從二次資源中回收鋅是基於二次資源中所含元素在純金屬狀態下飽和蒸氣壓的差異。在同壹蒸餾溫度和壹定的真空下, 蒸氣壓大的金屬就會優先揮發,蒸氣壓小的金屬就會少揮發或者不揮發。純金屬的蒸氣壓隨溫度的高低而異, 利用克勞修斯- 克萊普朗方程可得到其與溫度具有如下的關系
真空法回收鋅的實例。昆明理工大學真空冶金及材料研究所1991年研發了真空蒸餾處理熱鍍鋅渣提取金屬鋅的工藝技術及其設備臥式真空蒸餾爐, 使用該設備得到產品的化學成分如表1 所示[ 實踐證明控制適當的蒸餾條件, 鋅的直收率可達83.3%~86.33%, 所得鋅錠化學成分能夠達到國家2# 鋅標準。其工藝流程如下圖,
再生鋅潛力巨大，“如果鋅的二次金屬回收率達到消費量的30%，意味著我國每年可回收90萬噸鋅，這將在很大程度上緩解鋅資源的壓力”。中國有色工程設計研究總院原副院長兼總工程師蔣繼穆昨日在上海表示。蔣繼穆提出，重視再生資源的回收利用也是解決我國鋅資源短缺的有效途徑。在我國，鋅的二次資源回收利用重視不夠，處於自流狀態，沒有形成產業。據統計，我國近五年來再生鋅產量占消費量的比例為0.97％－3.5%之間，而發達國家鋅的二次資源回收率已經達到鋅產量的30％，可以看出我國再生資源利用程度相當低。蔣繼穆表示，對二次鋅資源回收，國家有關部門必須引起高度重視。首先是對用鋅量最大的鍍鋅鋼材的廢雜料集中收集，集中在能有效回收鋅的專門煉鋼廠處理。其次要加快研究步伐，盡快突破廢幹電池經濟有效的回收工藝。除氧化鋅塗料難以回收外，鋅材、壓鑄合金，銅鋅合金等只要註意收集，均能較易回收其有價金屬。
四 結束語
目前鋅的二次冶金已幫助相關企業處理了多種鋅二次資源, 解決了企業長期積壓的廢棄物, 為有色金屬的再生提供新方法。在所取得的成果的基礎上,研究企業將進行不斷的完善和深入的研究其他有色金屬的再生利用。采用進行鋅二次資源的再生利用能從源頭上減少或消除環境汙染, 符合建設資源節約型、環境友好型社會的發展道路, 為有色行業為節能減排貢獻壹份力量。
五 參考文獻
鋼鐵廠高鋅含鐵塵泥二次利用的發展趨勢 彭開玉, 周雲, 王世俊, 李遼沙, 王海川,
( 安徽工業大學冶金與資源學院, 安徽馬鞍山243002)
二次鋅資源回收利用現狀及發展對策 肖松文，肖驍，劉建輝，馬榮駿
（長沙礦冶研究院研究開發中心）
真空冶金技術在鋅二次資源再生中的應用進展 韓龍, 楊斌, 戴永年, 劉大春, 楊部正
( 昆明理工大學真空冶金國家工程實驗室, 雲南昆明650093)