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冶煉技術范文1

【關鍵詞】純凈鋼；在線檢測；轉爐；精煉；連鑄

前言

所謂潔凈鋼一般是指鋼中雜質(zhì)元素磷、硫、氧、氮、氫（有時包括碳）和非金屬夾雜物含量很低的鋼。對于鋼性能要求不同，潔凈度所要求控制的因素也不相同。

潔凈鋼的生產(chǎn)工藝由鐵水預處理、煉鋼、鋼水爐外精煉、連鑄等多個工藝環(huán)節(jié)組成。在純凈鋼的冶煉過程中，為獲得成品鋼材的高延展性、高塑性應變以及優(yōu)良的表面性能，要求鋼中碳、氮、氧含量盡可能低；為了生產(chǎn)高強度、高韌性、優(yōu)良低溫性能、更高的抗氫斷裂的高質(zhì)量鋼材，要求鋼中低硫、低磷、盡可能低的氮、氧、氫和一定的Ca/S比等。

1、脫硫站鐵水硫、硅的在線檢測技術

鐵水脫硫是生產(chǎn)潔凈鋼的第一個工藝環(huán)節(jié)，對后序工藝的生產(chǎn)及成本有重要的影響。國外鋼鐵廠生產(chǎn)潔凈鋼時，一般將鐵水中的[S]脫至0.008％－0.010％以下。現(xiàn)實生產(chǎn)中相對較慢的取樣分析手段使得脫硫站的生產(chǎn)效率低，成為冶煉生產(chǎn)過程中的瓶頸，然而在線定硫技術能很好地解決這個問題。

鐵水定硫技術的原理是根據(jù)鐵水熱力學，鐵水中硅、碳、硫、氧及溫度存在一定的函數(shù)關系：

lg[Si]=f（E，T）

lg[S]=f（E，Si，T）

式中E－鐵水中氧電勢，T－鐵水溫度

通過測量鐵水中的氧電勢E和鐵水溫度T，就能直接測量鐵水中的硫、硅，為煉鋼工作者提供測量依據(jù)。

使用鐵水在線定硫技術可以節(jié)省取樣分析時間4－10分鐘、提高脫硫站的生產(chǎn)效率，節(jié)約脫硫噴吹反應物消耗，提供精確可靠硫、硅含量，為下道工序的配料提供依據(jù)，進一步促進后道工藝控制。

2、轉爐副槍鋼水氧、碳、磷的在線檢測技術

純凈鋼在轉爐的冶煉中，轉爐副槍系統(tǒng)是不可缺少的高效自動檢測手段。副槍系統(tǒng)的目的是為了配合轉爐的動態(tài)控制模型達到終點命中，也就是溫度和碳的終點達到目標值。使用副槍系統(tǒng)能獲得煉鋼所必須的成分和溫度的數(shù)據(jù)，達到自動的終點控制、縮短吹煉時間提高生產(chǎn)效率、減輕轉爐操作工的勞動強度、減少爐襯耐材的消耗、節(jié)約能源、良好的過程控制、節(jié)約脫氧劑等加入量、減少噴濺等多種經(jīng)濟效益。

副槍在測量過程中，使用2種探頭，一種為TSC型探頭，用于吹煉過程中的測量，測量轉爐過程的溫度、碳含量并取樣，根據(jù)TSC測量結果進行轉爐冶煉動態(tài)模型計算。另外一種為TSO型探頭，用于終點控制，測量鋼水的溫度，氧含量，碳含量，液面高度并取樣，判斷是否到達吹煉終點。

潔凈鋼的生產(chǎn)，對磷的控制也非常嚴格，一般要求磷含量控制在50ppm以下，由于傳統(tǒng)轉爐終點磷含量預測精度不能滿足生產(chǎn)要求，一般鋼廠只能依靠分析試樣獲取磷成分信息，存在磷含量信息獲取的滯后性，影響轉爐冶煉周期，或者需要增加石灰等脫磷物料的消耗以保證轉爐終點磷含量滿足于鋼種要求。

目前最新的副槍定磷技術，是基于鋼水中磷含量與鋼水的溫度、鋼中氧含量、爐渣溫度、爐渣氧含量、渣量、鐵水成分存在特定的函數(shù)關系：

P％=f（Tsteel，Tslag，Osteel，Oslag，渣量，鐵水成分等）

當副槍TSO探頭測量時，能測量得到鋼水的氧含量和溫度，當副槍TSO探頭提升時，能測定渣中氧和溫度，并且由鋼廠控制系統(tǒng)可獲得鐵水的原始成分及渣量（渣層厚度），通過這些數(shù)據(jù)獲取就可計算出鋼水的磷含量。

3、精煉爐鋼水游離氧、酸溶鋁、渣氧的在線檢測技術

潔凈鋼的精煉過程，就是創(chuàng)造最佳的熱力學和動力學條件，減少夾雜物的生成數(shù)量、促使其上浮，盡量減少鋼中雜質(zhì)元素的含量，嚴格控制鋼中的夾雜物，包括夾雜物的數(shù)量、尺寸、分布、形狀、類型，以達到減少鋼中溶質(zhì)元素的含量的目的。所以，精煉過程中的元素含量的檢測和控制就顯得非常重要。

控制鋼水中的氧含量是非常重要的，特別是了解鋼水中的氧活度，對提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本有巨大的作用。

3.1定氧技術

以成功的定氧技術為爐外精煉在線檢測的發(fā)展提供了保證。定氧探頭以氧電池來測量鋼液中氧電勢，測溫探頭來測量鋼液的溫度，根據(jù)能斯特公式計算出鋼液中的氧活度。其原理如圖1。

精煉過程中無需取樣分析，而且直接測定的是取樣所不能分析的鋼中氧活度，能更好判斷鋼液的質(zhì)量。除了能直接測定鋼水的氧活度外，該探頭還擴展了其的應用。

3.1.1精煉爐內(nèi)定氧定鋁

其原理是鋼液通過鋁脫氧后，鋼液內(nèi)的氧活度與酸溶鋁是平衡的，測量鋼水溫度和氧電勢，能計算出鋼液中的酸溶鋁含量。根據(jù)計算公式，氧電勢必須具有極高的精度才能保證酸溶鋁的精度。幸運的是，賀利氏電測騎士公司生產(chǎn)的氧電池定氧的范圍：1-1000×10-6，氧電勢能保證±2mv的精度，保證測定的酸溶鋁精度在3%以內(nèi)，基本與光譜分析相同，圖2表示探頭檢測與實驗室分析酸溶鋁精度的比較，從圖上可見，兩者達到非常好的相關性。

因此可以不用取樣分析，在6秒的時間內(nèi)直接讀出酸溶鋁含量，通過在線快速定鋁，快速調(diào)整鋁含量，達到目標鋁含量，從而保證有足夠的時間進行底吹氬攪拌的操作，夾雜物能充分上浮，提高鋼的純凈度。其應用：

1）吹氬站的快速定氧定鋁：吹氬站在目前的煉鋼生產(chǎn)過程中起到調(diào)節(jié)生產(chǎn)節(jié)奏，調(diào)整和均勻溫度、成分，提高鋼水的純凈度等作用。吹氬站配置喂絲機，通過喂鋁絲進一步脫氧及合金化，喂硅鈣絲改善夾雜物形態(tài)等。由于生產(chǎn)節(jié)奏快，取樣分析需要很長的時間，因此國內(nèi)許多鋼廠的吹氬站用定氧來定鋁，不僅得到氧活度，而且知道酸溶鋁含量，從而能快速進行補喂鋁絲，達到目標成分。從而有更多的時間來進行吹氬處理，提高鋼水的純凈度，許多研究結論表明：足夠的吹氬時間是必須的，能促使夾雜物上浮，鋼水中氧化物夾雜進一步減少。

2）LF內(nèi)氧活度和酸溶鋁的控制：LF爐內(nèi)除了能測定鋼中的酸溶鋁的功能外，通過測定鋼中氧含量，從而調(diào)整工藝，提高脫硫能力。眾所周知，鋼中的氧含量的高低與脫硫反應密切相關。

3）RH內(nèi)氧含量的控制：RH內(nèi)通過C-O反應生成CO，由于真空反應罐內(nèi)CO的分壓小，脫碳反應徹底，能進行深脫碳。當然控制鋼水內(nèi)的氧活度非常關鍵，不僅能提高脫碳效率，同時能提高合金化的效率，從而提高鋼水質(zhì)量。目前定氧技術已在RH上成熟運用。

3.2精煉爐內(nèi)（FeO）測量

煉鋼就是煉渣，了解爐渣的特性對提高精煉的效率是非常有效的。爐渣型定氧探頭能快速測量爐渣中的（FeO）或（FeO）+（MnO），直接判斷爐渣的氧化特性，可快速調(diào)整爐渣，提高精煉爐的效率。而如需取樣分析則需幾個小時，不能起到指導生產(chǎn)的作用。（FeO）探頭的測量范圍：0.5-30%，能滿足定量檢測爐渣的要求。爐渣定氧技術有極高精度，圖3表示渣氧探頭非常高的重現(xiàn)性。由于能定量分析爐渣的氧位，為調(diào)整爐渣，提高爐渣的脫硫能力，減少連鑄過程中的鋁的損耗有非凡的意義。LF處理過程中爐渣的調(diào)整的作用：

1）提高爐渣的脫硫能力：許多研究表明通過控制鋼水和爐渣的氧位，能顯著提高爐渣的脫硫能力：

爐渣中（FeO）含量對爐渣的脫硫能力和脫硫的效率有很大的影響。同時通過配置精煉渣，控制爐渣的厚度（即用量）也能減少澆注過程中鋁的損耗，也就是減少過程夾雜物的產(chǎn)生。渣層越厚，澆注過程鋁的損耗越大。

4、精煉爐、中間包鋼水氫、氮的在線檢測技術

4.1在線定氫技術

溶解于鋼中的氫的析出是造成縮孔、白點、發(fā)裂、不同類型氣泡等缺陷的主要原因；溶解于鋼中而未析出的氫氣會降低鋼的強度極限、斷面收縮率、延伸率和沖擊韌性，其中后三者的降低更為嚴重。鋼中氫在大多數(shù)情況下對鋼的性能是有害的，一般來說，潔凈鋼氫含量要求控制在

在線定氫的原理是通過循環(huán)泵向鋼液內(nèi)吹入載氣氮氣，氣體通過鋼液時，鋼液中的氫向循環(huán)氣體內(nèi)擴散，再通過多孔透氣塞把氣體吸收進循環(huán)管內(nèi)，經(jīng)過不斷循環(huán)，直至氮氣和氫氣達到飽和平衡。通過分析混合氣體中的氫分壓，就可以計算鋼液中的氫含量。

一般來說，分析氫含量必須先取樣，送實驗室進行分析，且分析時間長，不能作為指導生產(chǎn)上使用的常規(guī)方法。在線定氫系統(tǒng)能在40－70秒內(nèi)測量出鋼液中的氫含量，可以為煉鋼工作者提供氫含量的可靠依據(jù)，從而指導常規(guī)生產(chǎn)。

4.2在線定氮技術

鋼水氮的在線檢測能直接測量液態(tài)鋼水的氮含量，其原理是通過使用氦氣及氮氣的混合氣體的載氣，在開路系統(tǒng)中循環(huán)，根據(jù)熱傳導率的不同，測量混合氣體的熱傳導率，從而測定鋼水中氮含量。

5、連鑄清潔取樣技術

一般的成品樣都在連鑄中間包內(nèi)完成，保證成品樣不受污染，真正代表鋼水的潔凈度。目前最先進的全氧取樣技術，在取樣過程中采用氬氣吹掃，真空技術及氬氣冷卻，保證所取試樣不受二次氧化，表明呈金屬銀亮色，用來分析鋼水的氮、氫、全氧等。

6、結語

冶煉技術范文2

關鍵詞：鋼鐵冶煉；節(jié)能技術；節(jié)能減排

能源是一個國家經(jīng)濟發(fā)展和社會進步的物質(zhì)基礎，經(jīng)濟的發(fā)展也使得整個社會對能源的需求越來越多，很多能源都屬于是非可再生型的類別，所以當前我國也面臨著比較嚴重的能源危機問題。而鋼鐵產(chǎn)業(yè)又是社會發(fā)展中非常重要的一個行業(yè)，所以在這一過程中，發(fā)展鋼鐵冶煉系統(tǒng)節(jié)能技術就有著十分重大的社會意義。

1 我國鋼鐵冶煉系統(tǒng)節(jié)能現(xiàn)狀

1.1 鋼鐵冶煉系統(tǒng)建設取得了十分驕人的成績

最近幾年，我國在經(jīng)濟發(fā)展的過程中對鋼鐵行業(yè)有著非常高的實際需求，但是鋼鐵行業(yè)的發(fā)展對能源的消耗也日漸增多，在這樣的情況下也提出了更加嚴格的節(jié)能減排的要求，鋼鐵行業(yè)在發(fā)展的過程中也在積極的貫徹和落實這項政策，同時節(jié)能減排的意識也在逐漸的深入到企業(yè)管理者的思想意識當中。在國家的統(tǒng)一規(guī)劃和部署當中，一定要更加深入的去執(zhí)行相關的標準和要求，利用所有的有利條件，對我國的能源結構和能源政策進行有效的改革。其次就是鋼鐵產(chǎn)業(yè)在發(fā)展當中一定要學習和引進其他國家比較先進和完備的技術經(jīng)驗和管理經(jīng)驗，重視產(chǎn)品消耗的改善，在這一過程中還要重視的一點就是能源的二次利用。相關數(shù)據(jù)顯示采用最為先進的技術能夠產(chǎn)生非常好的節(jié)能減排的效果。而這些技術的應用也使得鋼鐵行業(yè)對環(huán)境所造成的不利影響也正在減弱，在這一過程中我們也要知道，鋼鐵行業(yè)自身的發(fā)展也存在著非常強的不平衡性，所以從整體的角度上來說，環(huán)境保護工作還是一個任重而道遠的問題。

1.2 和國外相比還存在著比較大的差距

我國鋼鐵行業(yè)發(fā)展的形勢存在著非常強的不均衡的特征，一些企業(yè)在節(jié)能環(huán)保上已經(jīng)有了非常先進的技術，但是有一些企業(yè)和國際先進水平相比還有著非常大的差距，而這種差距主要體現(xiàn)在以下幾個方面：首先就是水的利用，水資源的利用效率和新水的消耗總量存在著非常大的差距。其次是體現(xiàn)在治理程度上，很多國外的企業(yè)在鋼鐵生產(chǎn)中治理污染的領域更加的廣闊，同時治理更加的徹底，這是我國一些鋼鐵企業(yè)無法達到的。再次就是裝備的水平上，當前我國很多的企業(yè)在實際的工作中生產(chǎn)設備的性能上和國外的先進企業(yè)相比有著非常大的差距。最后一點是在理念上還是存在著比較大的差異，在我國，很多鋼鐵企業(yè)在管理模式上和國外的企業(yè)相比明顯是比較落后的，在這樣的情況下，我國鋼鐵企業(yè)節(jié)能技術的應用效率也不是非常的高，所以在鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的過程中會出現(xiàn)較大的污染，同時這種情況也不是非常容易處理，這樣一來也使得能源的消耗明顯增加。

1.3 技術節(jié)能成為了主要的節(jié)能方式

在生產(chǎn)的過程中，節(jié)能的方式有很多種，在這些節(jié)能方式中，技術節(jié)能是非常關鍵的一個方式，這種節(jié)能方式對鋼鐵產(chǎn)業(yè)的節(jié)能業(yè)有著非常顯著的作用，技術節(jié)能的高度發(fā)展可以十分有效的降低鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)成本，同時對企業(yè)整體結構和經(jīng)營策略的調(diào)整也有著十分重要的作用，當前，我國對鋼鐵企業(yè)的節(jié)能減排工作明顯提出了更加嚴格的要求，想要達到這一目的，在實際的工作中，一定要不遺余力的去普及節(jié)能技術，所以從這個層面上來說，鋼鐵企業(yè)在發(fā)展的過程中必須要不斷的對鋼鐵冶煉行業(yè)的每一個環(huán)節(jié)都予以高度的重視，對技術進行改進和創(chuàng)新，使用新型的節(jié)能技術，從而也很好的減少了生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染和能源消耗，促進我國鋼鐵企業(yè)的健康發(fā)展，同時還要使用新的設備，工欲善其事，必先利其器，所以良好的設備也是實現(xiàn)這一目標所必不可少的。

2 鋼鐵冶煉系統(tǒng)常用的節(jié)能技術

2.1 轉爐實現(xiàn)負能煉鋼

實現(xiàn)負能煉鋼主要在能量的消耗和回收這兩個方面做文章。使用轉爐就是降低能耗的手段之一，一是可以降低電力資源的損耗，二是可以降低氧氣的損耗率。在降低能耗的同時要強化煤氣和蒸汽的回收，目前我國在這一方面還有很大的提升空間。另外要注重優(yōu)化工藝，具體的說一是要提高供氧強度。供氧強度一般為爐容比、造渣工藝所影響。二是提高成渣速度，這和供氧強度關系密切。三是復吹工藝優(yōu)化。復吹可以延長回收的時間，這是提高回收量的直接手段。四是采用計算機控制。采用計算機控制更加精準，有利于實現(xiàn)負能煉鋼。

2.2 蓄熱式軋鋼加熱爐技術

蓄熱式加熱爐應用比較廣泛，它的優(yōu)點也比較顯著。一是通過回收余熱可以降低燃耗。二是采用蓄熱式加熱爐對環(huán)境污染較小，特別是大大降低了氮氧化物的排放量。三是蓄熱式加熱爐與傳統(tǒng)加熱爐相比，在爐內(nèi)不同部位的溫度一般不會出現(xiàn)相差很大的現(xiàn)象。四是蓄熱式軋鋼加熱爐的科技化含量高，維修率低，降低了工人的勞動強度。五是通過使用蓄熱式加熱爐可以大大提高燃燒溫度。六是應用時燃燒噪聲較低，改善了工作環(huán)境。正是由于蓄熱式加熱爐的這些優(yōu)點，使得它迅速在我國鋼鐵企業(yè)中推廣使用。

2.3 干熄焦技術

干熄焦與濕熄焦的直接區(qū)別就在于是利用水還是利用稀有氣體來進行熄焦操作。由于干熄焦使用稀有氣體，僅從對水資源的消耗上來看，干熄焦就有著先天的優(yōu)勢。一是可以節(jié)省用水量，這是一項非常重要的指標。二是由于水參與冶煉過程，必然會增加污染物的排放，例如氰化合物、硫化物等等，這些物質(zhì)既危害環(huán)境又腐蝕設備。三是由于稀有氣體的穩(wěn)定性，采用干熄焦的焦炭質(zhì)量比濕熄焦要高很多。

2.4 高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置

高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置是一種回收裝置，主要用于將高爐爐頂煤氣的壓力能轉化為電能，這種發(fā)電方式不但降低了環(huán)境污染，而且還有利于穩(wěn)定爐頂壓力，可謂一舉多得。在實際應用中，配合高爐煤氣干法除塵裝備可以取得更加顯著的效果，提高發(fā)電的效率。

結束語

鋼鐵冶煉能耗大已是共識，面對十二五規(guī)劃中對鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排的硬性指標，如何有效地進行技術更新，達到節(jié)約能耗的目的是所有鋼鐵企業(yè)都必須要研究的問題，而事實上我國鋼鐵企業(yè)通過技術革新已經(jīng)在很多方面取得了進步，但是發(fā)展還不均衡，很多新技術還未推廣應用，仍有較大差距。

參考文獻

[1]堯云剛.冶金工業(yè)用電降耗途徑分析[J].科技傳播，2010（17）.

冶煉技術范文3

關鍵詞：銅鉛鋅冶煉廠；環(huán)境污染；治理

中圖分類號：TE08文獻標識碼： A

引言

對有色行業(yè)，特別是銅鉛鋅冶煉行業(yè)進行技術改造和提高環(huán)保技術水平是降低污染、減少污染，做到增產(chǎn)不增污的根本途徑。

1、污染狀況

1.1、廢氣污染

在銅鉛鋅冶煉廠中排放的煙氣中含有二氧化硫，氮氧化合物以及鉛、鋅、砷、鎘、汞等金屬化合物及粉塵，還有部分未燃燒完全的兒粉及碳黑。每年被煙氣帶走的金屬的粉塵數(shù)量巨大，其中含銅、鉛、砷、鎘、汞。在氣體污染物中，以二氧化硫?qū)Υ髿馕廴咀顬閲乐亍S區(qū)大氣中二氧化硫平均濃度超過國家標準1~4倍，含鉛超標，有的操作崗位附近空氣中含鉛濃度超標，因此，從事煉鉛作業(yè)的職工幾乎很容易鉛中毒，同時砷的污染也很嚴重。

1.2、水質(zhì)污染

每天排放污水量飛非常大，每年從污水中排放的重金屬特別多，包括銅、鉛、鋅、隔、砷。污水中這些元素的含量大部分都超過排放標準，直接排入明渠，灌溉農(nóng)田，使農(nóng)作物遭受嚴重污染，尤以鎘的污染危害最為明顯。例如，鉛、鋅冶煉過程中排放的含鎘污水，每年排放鎘量高達十余噸。會污染土壤，土壤中含鎘量致使農(nóng)作物含鎘高；另一方面，這些廢水排入江河，也對水產(chǎn)資源造成嚴重破壞。

1.3、廢渣污染

每年產(chǎn)生的廢渣，包括銅渣、鉛渣，鋅渣，棄渣每年含鋅、鉛、銅數(shù)量非常高，此外由于鋅生產(chǎn)設備不平衡，鋅浸出渣不能全部返回回轉窯處理，這些廢渣不僅損失了大量金屬，也造成了污染農(nóng)田、土地的惡果。

1.4、噪聲污染

噪聲污染是工業(yè)發(fā)展中的一個新問題，當噪聲超過80分貝時，對人體健康就有危害，進行銅鉛鋅冶煉的時候噪聲污染也很嚴重。嚴重影響到人們的身體健康。

2、有色行業(yè)污染現(xiàn)狀和存在問題

2.1、有色行業(yè)仍為“三廢”污染的大戶

早年的資料可以知道，當年有色企業(yè)工業(yè)廢水排放量為3.9億t，占全國工業(yè)廢水排放總量的1.71%，有色行業(yè)廢氣排放量為3778億m3，其中SO2為53.8萬t，占全國SO2排放量的2.9%；有色行業(yè)固體廢棄物產(chǎn)生量為7721萬t，占全國的7.2%；固體廢棄物累積儲存量達16.82億t，占地面積8513.59萬m2。隨著工業(yè)廢水帶到環(huán)境中的有害物質(zhì)汞年排放量為6.86t，銅93.02t，鉛286.24t，砷159.12t；此外還有564.50t銅、2005.40t鋅等有價金屬隨著廢水排人環(huán)境中。有色行業(yè)中銅鉛鋅重有色冶煉企業(yè)的工業(yè)廢水排放量為1.95億t，占有色行業(yè)的50%；工業(yè)廢氣排放量為747億m3，占有色行業(yè)的20%；SO2的排放量為43.7萬t，占有色行業(yè)的81.3%。可見，有色行業(yè)是我國產(chǎn)生“三廢”污染的大戶，其中尤以銅鉛鋅企業(yè)為甚。

2.2、存在一些典型污染物且情況較嚴重

在工業(yè)廢氣方面，雖然重金屬重冶煉高濃度SO2回收裝置已基本配齊，大中型直屬企業(yè)進廠原料硫利用率逐年有所提高，但1997年僅達到77.52%，主要是由于部分地區(qū)以鉛燒結煙氣為代表的低濃度SO2未能綜合利用，每年銅鉛鋅企業(yè)SO2外排量仍達43.7萬t，相當于可制硫酸65萬t；其次，有色行業(yè)煙塵、粉塵的排放情況與往年相比雖有所改善，但在銅鉛鋅企業(yè)中仍處于凈化效率低、嚴重影響環(huán)境空氣質(zhì)量的狀況。

在工業(yè)廢水方面，雖然廢水復用率和達標率逐年提高，1997年僅達到72.85%，與國家要求的復用率在85%以上的水平差距較大，同時根據(jù)最新的企業(yè)上報環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計：工業(yè)廢水中一、二類污染物存在排放量增加的趨勢，其中六價鉻、汞及二類有機污染物排放量明顯增加；在濃度指標方面，總鉛、總汞、揮發(fā)酚超標程度加劇。企業(yè)采用一些老、舊、低效的處理工藝和設備是造成上述現(xiàn)象的主要因素。

在工業(yè)固體廢棄物方面，固廢綜合利用率沒有大的提高，1997年為7%，但與全國的平均30%相比差距很大。根據(jù)國家環(huán)保局在全國開展的首次工業(yè)固體廢棄物申報登記工作的統(tǒng)計結果，有色行業(yè)位于全國產(chǎn)生固體廢物的10個最多行業(yè)之列，其中有色金屬冶煉及壓延加工業(yè)、有色金屬礦采選業(yè)分列產(chǎn)生危險廢物最多的10個行業(yè)中的第2、3位。

2.3、有色行業(yè)的發(fā)展將受環(huán)境的制約

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，有色金屬產(chǎn)量增加，所需資源、能源消耗量會隨之增加，這將對環(huán)境造成極大的壓力。根據(jù)宏觀綜合排放系數(shù)法計算預測，如有色金屬產(chǎn)量保持600萬t，廢水排放量將達40050萬t，SO2排放量60萬t，固體廢物產(chǎn)生量8500萬t，粉塵排放量13萬t。如果不盡快解決目前有色行業(yè)技術裝備總體水平落后、能源結構不合理、工業(yè)污染控制技術水平低的局面，有色行業(yè)的環(huán)境污染問題將更加突出，從而嚴重制約有色行業(yè)的發(fā)展。

3、對策

3.1、有效地利用資源

目前，世界先進國家的重有色冶煉廠的綜合利用率均在80%以上，綜合利用程度比我國高得多。我國各重冶企業(yè)的綜合利用發(fā)展很不平衡，差的企業(yè)其綜合利用率只百分之十幾，甚至更低；搞得較好的株洲冶煉廠，1980年綜合利用率也只達68.24%。因此各有色冶煉企業(yè)尚需進一步努力搞好綜合利用，盡量做到`使用較少的原料，生產(chǎn)較多的金屬產(chǎn)品，以充分利用國家資源。

特別是銅鉛鋅冶煉原料中的稀散金屬都是現(xiàn)代科學技術必不可少的重要材料，如鍺、鎵、錮、硒、碲、砷等。但這些稀散金屬大都沒有本身的單獨礦床，而是伴生于銅、鉛、鋅等有色金屬礦物中，因此在銅鉛鋅冶煉過程中綜合回收稀散金屬就具有更重要的意義。

3.2、硫煙混合制酸和汞的回收

一般鉛燒結煙氣含SO2濃度為1~2.5%，不能單獨制酸，若采用吸收凈化法，則設備復雜，吸收劑昂貴，還需處理吸收物，經(jīng)濟效果差。銅鉛鋅冶煉綜合建廠，就可采用鋅沸騰焙燒高濃度硫煙(SO26~8%)和鉛燒結低濃度硫煙混合制酸，這種方法技術可行，鉛鋅共一套制酸系統(tǒng)，投資少又便于管理，經(jīng)濟效果好。當然，改進燒結工藝，如采用鼓風燒結，亦是提高鉛燒結煙氣SO2濃度的一個有效辦法。

鉛鋅精礦中均含有汞，某些鋅礦中含汞還較高，株冶使用的鋅精礦平均含汞0.0028%；韶冶處理的凡口鉛鋅混合精礦平均含汞0.053%，按年產(chǎn)5萬噸鉛鋅計算，所處理的原料中含汞量每年可達幾十噸，在冶煉過程中，由于受高溫氧化作用，絕大部分的汞隨煙氣進入煙塵、酸泥、污水和硫酸中。韶冶成品酸的汞含量達100ppm，制酸尾氣含汞也高(約0.24毫克/m3)，含高汞硫酸銷售后，可能產(chǎn)生汞的再次污染。因此必須解決從鋅焙燒(或鉛燒結)煙氣中綜合回收汞的問題。韶冶于1980年9月裝備一套用碘絡合法從制酸煙氣回收汞的工業(yè)試驗設備。目前能處理煙氣量為40000~45000(m3/h)，按含汞40(毫克/ m3)計算，每天吸收汞39~40公斤。這種方法的技術經(jīng)濟效果較好，所產(chǎn)硫酸和排放尾氣含汞均達到標誰，可進一步加以完善，推廣。

3.3、關干稀散金屬的綜合回收

近幾年來，大多數(shù)銅鉛鋅冶煉廠對稀散金屬都作了綜合回收的試驗，并進行了生產(chǎn)，但普遍存在綜合回收率低，產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定的現(xiàn)象。筆者認為，除存在技術問題外，更主要的是由于各工廠普遍存在重主產(chǎn)品，輕綜合回收所致。稀散金屬生產(chǎn)長期無全國統(tǒng)一規(guī)劃，其產(chǎn)量在工廠里屬軟指標，能收多少算多少，致使稀散金屬白白流失，既浪費資源，又污染環(huán)境。此外，某些稀散金屬的應用，尚需進一步研究和推廣。要搞好銅鉛鋅冶煉廠稀散金屬的綜合回收，首先是對稀散金屬的生產(chǎn)和應用要有個全國的統(tǒng)一規(guī)劃，根據(jù)各廠實際，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，制定每年生產(chǎn)的品種、產(chǎn)量和綜合回收計劃，工廠要象完成主產(chǎn)品一樣完成稀散金屬的各項指標。二是要組織有關研究院所和工廠，進一步研究和推廣稀散金屬的應用以及提取稀散金屬的經(jīng)濟工藝，以提高質(zhì)量，擴大品種。三是工廠要千方百計提高稀散金屬的綜合回收率，增加產(chǎn)量，加強管理，減少消耗，降低成本，盡量降低銷售價格。

3.4、工業(yè)廢水的處理

目前我國大多數(shù)銅鉛鋅冶煉廠的工業(yè)廢水，普遍未加處理排放，其中含有重金屬離子氯、氟及酸等，造成水源的嚴重污染，危害工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和水產(chǎn)業(yè)，嚴重影響人民的身體健康。我們認為，采用分段沉清和集中處理相結合的方法，即先在各生產(chǎn)車間建設簡易沉清池，分段沉清，全廠建筑總廢水處理站。工業(yè)廢水先進人簡易沉清池，自然沉清或加混凝劑，凝聚沉清，沉渣掏出自然千燥后，按含不同的金屬分別送歸各系統(tǒng)進行回收。上清液盡量循環(huán)使用，不符合循環(huán)使用要求的才排送總廢水處理站，以減少總廢水的處理量。

結束語

銅鉛鋅冶煉廠對環(huán)境的污染情況有待進一步提高，所以需要不斷的完善各個方面的條件，采取相應的措施針對存在的問題，從而降低環(huán)境污染。

參考文獻

[1]楊曉松，殷志偉，許國強.銅鉛鋅冶煉廠環(huán)境污染治理及其技術對策[J].有色金屬，2000，01:94-96.

[2]梁彥杰.鉛鋅冶煉渣硫化處理新方法研究[D].中南大學，2012.

冶煉技術范文4

關鍵詞：廢鉛蓄電池 ，鉛回收 ，污染控制，最佳可行技術

Abstract: this paper holds lead recovery smelting process best feasible process flow, best feasible process parameters and disposal system integrated control, pollutants cut and pollution prevention measures and technical and economic applicability and five aspects, of the lead recovery smelting pollution control holds the best feasible technology to make full demonstration, in the lead battery recycling waste disposal facilities lead in the construction of technical options, engineering design, engineering construction, operation, supervision and management of facilities to work has the important meaning.

Keywords: waste lead batteries, lead recovery, pollution control, best feasible technology

中圖分類號： TM912 文獻標識碼：A 文章編號：

1、前言

我國的廢蓄電池再生鉛生產(chǎn)技術研究起步較晚，無論從技術水平還是裝備水平來看與發(fā)達國家相比還有較大的差距。廢鉛酸蓄電池鉛回收的主要工藝可分為火法、濕法和火濕聯(lián)用法三大類別。其中火法冶煉工藝可分為無預處理混煉、無預處理單獨冶煉和預處理單獨冶煉工藝。

無預處理混煉就是將廢鉛酸蓄電池經(jīng)去殼倒酸簡單處理后，進行火法混合冶煉，得到鉛銻合金。該工藝金屬回收率平均為85~90%，廢酸、塑料及銻等元素未合理利用，污染嚴重。

無預處理單獨冶煉就是廢蓄電池經(jīng)破碎分選后分出金屬部分和鉛膏部分，二者分別進行火法冶煉，得到鉛銻合金和精鉛，該工藝回收率平均水平為90~95%，污染控制較第一類工藝有較大改善。

預處理單獨冶煉工藝就是將廢蓄電池經(jīng)破碎分選后分出金屬部分和鉛膏部分，鉛膏部分脫硫轉化，然后二者再分別進行火法冶煉，得到鉛銻合金和軟鉛，該工藝金屬回收率平均為95%以上。

目前，關于最佳污染控制技術和最佳環(huán)境實踐較多，某些環(huán)境保護領域、某些行業(yè)也已實施最佳污染控制技術和最佳環(huán)境實踐，以實現(xiàn)經(jīng)濟建設與環(huán)境保護協(xié)調(diào)發(fā)展，取得了一定成效和經(jīng)驗。但是，在廢鉛酸蓄電池鉛回收領域，本研究是國內(nèi)首次針對廢鉛蓄電池鉛回收污染控制最佳可行技術和最佳環(huán)境管理實踐進行研究，從鉛回收預防控制技術、末端污染治理技術以及環(huán)境管理實踐，開展環(huán)境有益的嘗試性系統(tǒng)研究，對廢鉛酸蓄電池鉛回收行業(yè)環(huán)境保護和經(jīng)濟效益的協(xié)調(diào)發(fā)展，以及循環(huán)經(jīng)濟領域有關技術政策的制定，都具有重要的支持作用。

2.自動破碎分選-富氧底吹爐熔煉技術

2.1.富氧底吹熔煉最佳可行工藝流程

富氧底吹熔煉爐熔煉最佳可行技術一般包括自動破碎分選單元、配料單元、富氧底吹爐熔煉單元、余熱利用單元、氣體凈化單元、水處理單元、自動控制單元及其他輔助單元等功能單元。具體工藝流程如圖1所示。

圖1 自動破碎分選-富氧底吹爐熔煉最佳可行技術

2.2最佳可行工藝參數(shù)

利用重力分選和篩選技術，確保分選的物料潔凈，鉛屑含鉛膏和其他非金屬物質(zhì):5%，鉛膏的水含量小于12%。

脫硫后鉛膏含硫率小于0.5%。

制粒含水：7%~8%

精礦品位：35%~65%；

渣含鉛：2%~5%；

煙塵返回率：5%~10%；

SO2濃度：7.5%~10%；

廢氣凈化裝置過濾器的過濾尺寸不應大于0.2um，耐溫不低于140℃。過濾器應設置進出氣閥、壓力表和排水閥，設計流量應與處理規(guī)模相適應，過濾效率應在99.999%以上，以便確保廢氣和二噁英等達標排放；

鉛回收率：98%~99%;

硫回收率：＞95% ；

噸粗鉛能耗:300kgce/t。

2.3處置系統(tǒng)集成控制

自動化系統(tǒng)應采用控制技術成熟、可靠性高、性能價格比適宜的設備和元件，保證能在中央控制室通過分散控制系統(tǒng)實現(xiàn)對廢鉛蓄電池鉛回收設施各系統(tǒng)集中監(jiān)視和分散控制。

對貯存庫房、物料傳輸過程以及富氧底吹熔煉過程的重要環(huán)節(jié)，應設置現(xiàn)場工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)。應設置獨立于分散控制系統(tǒng)的緊急停車系統(tǒng)。對重要參數(shù)的報警和顯示，可設光字牌報警器和數(shù)字顯示儀。

廢鉛蓄電池鉛回收設施的監(jiān)控系統(tǒng)設計應包括主體設備工藝系統(tǒng)在各種工況下安全、經(jīng)濟運行的參數(shù)；儀表和控制用電源、氣源、液動源及其他必要條件的供給狀態(tài)和運行參數(shù)；電動、氣動和液動閥門的啟閉狀態(tài)及調(diào)節(jié)閥的開度；輔機運行狀態(tài)以及必需的環(huán)境參數(shù)。

廢鉛蓄電池處理系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理結果和設施運行狀態(tài)，應能在監(jiān)控系統(tǒng)的顯示器上得到顯示。并應對熔煉煙氣中的煙塵、硫氧化物、氮氧化物、氧或一氧化碳、二氧化碳污染物實現(xiàn)在線監(jiān)測。

應配置自我檢測和熱工報警系統(tǒng)，其設計應包括工藝系統(tǒng)主要工況參數(shù)偏離正常運行范圍以及電源、氣源、熱工監(jiān)控系統(tǒng)主要輔機設備發(fā)生故障等報警內(nèi)容，全部報警項目應能在顯示器上顯示并打印輸出。

2.4污染物消減及污染防治措施

尾氣系統(tǒng)由冷卻塔、活性炭噴射和布袋除塵器等組成，煙氣經(jīng)過尾氣處理系統(tǒng)凈化處理達標后，由引風機抽出經(jīng)煙囪排入大氣，其中二噁英的排放限值為0.5 ngTEQ/Nm3。

布袋卸灰裝置排出的飛灰采用水泥固化處理，固化后送危險廢物填埋場填埋處理。殘渣屬于生活垃圾，運送到生活垃圾填埋場填埋。

工藝設備產(chǎn)生的噪聲采取消聲、隔音、減震等措施進行防治。

2..5技術經(jīng)濟適用性

自動破碎分選-富氧底吹爐熔煉工藝適合大型規(guī)模的廢鉛蓄電池集中處理處置，且對含鉛原料的適應性較強。

冶煉技術范文5

以國內(nèi)某典型SKS冶煉企業(yè)為對象，對主要冶煉工藝環(huán)節(jié)進行物料跟蹤采樣、流量統(tǒng)計和樣品的實驗室分析。通過現(xiàn)場調(diào)研，將該企業(yè)SKS鉛冶煉工藝中四個主要工藝環(huán)節(jié)劃為砷元素流向?qū)徲嬙\斷工作的調(diào)研區(qū)域，并確定了主要輸入輸出物質(zhì)。在劃分環(huán)節(jié)邊界時，為避免冶煉過程中一些難以統(tǒng)計物料的返回使用對采樣、審計與診斷工作造成的困難，此類返用物料均未越過所劃分的環(huán)節(jié)邊界。四個主要工藝環(huán)節(jié)分為氧氣底吹爐冶煉環(huán)節(jié)、鼓風爐和煙化爐冶煉環(huán)節(jié)、粗鉛精煉環(huán)節(jié)以及反射爐冶煉環(huán)節(jié)。該區(qū)域內(nèi)主要工藝流程及采樣點如圖1所示。實際生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)原料的來源和配比往往不穩(wěn)定。本文采用跟蹤采樣的方法［14］，結合SKS煉鉛工藝特點，采集同一批原料在流經(jīng)各環(huán)節(jié)時所輸出的物質(zhì)信息，以避免原料元素組分變化和相應工藝條件變化等因素對砷流向?qū)徲嫻ぷ髟斐傻母蓴_。為了實現(xiàn)跟蹤采樣，調(diào)研了每個環(huán)節(jié)中物料自進入至輸出所需時間，并以此為依據(jù)，結合環(huán)節(jié)間物料傳輸?shù)膶嶋H情況估算了同一批原料進入冶煉系統(tǒng)后流經(jīng)至各采樣點的時間結點，制定了跟蹤采樣方案。采樣方案中每批樣品的采集包含22個采樣點，其中固體樣品采集點18個，液體樣品采集點4個，每個樣品均采集了平行樣。固體樣品冷卻至常溫后裝于樣品袋中，液體樣品使用洗凈的廣口瓶采集。砷含量測定:現(xiàn)場采集的固體樣品使用GB/T15555.3—1995《固體廢物砷的測定二乙基二硫代氨基甲酸銀分光光度法》、液體樣品使用GB7485—87《水質(zhì)總砷的測定二乙基二硫代氨基甲酸銀分光光度法》。

2系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

設計并實現(xiàn)了鉛冶煉有害砷元素流向?qū)徲嬇c診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)擬通過錄入現(xiàn)場調(diào)研數(shù)據(jù)建立SKS法主體工藝流程中的砷元素流向?qū)徲嬇c預測模型，并使用該模型模擬審計和預測砷元素在該區(qū)域內(nèi)的分布與流向。

2.1總體設計

系統(tǒng)總體結構設計參照了表示層、業(yè)務邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層組成的標準三層體系結構［15］，如圖2所示。其中表示層實現(xiàn)用戶的操作界面，分為:采樣數(shù)據(jù)操作、系統(tǒng)狀態(tài)審計、模型模擬、流向測算和審計與診斷五個子系統(tǒng);業(yè)務邏輯層為系統(tǒng)提供SQL基礎數(shù)據(jù)服務;數(shù)據(jù)訪問層包含儲存有采樣數(shù)據(jù)、模型建立數(shù)據(jù)、流向測算數(shù)據(jù)和系統(tǒng)參數(shù)的數(shù)據(jù)庫。SKS鉛冶煉有害砷元素流向?qū)徲嬇c診斷系統(tǒng)包括:采樣數(shù)據(jù)操作、系統(tǒng)狀態(tài)審計、模型模擬、流向測算和審計與診斷五個子系統(tǒng)。系統(tǒng)的總體功能框架結構如圖3所示。采樣數(shù)據(jù)操作子系統(tǒng)實現(xiàn)對采樣數(shù)據(jù)的基本操作功能，包括查詢、錄入、編輯和刪除。系統(tǒng)狀態(tài)審計子系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)信息匯總顯示的功能，該系統(tǒng)將環(huán)節(jié)總量審計狀態(tài)和類型分量審計狀態(tài)的信息分四個工藝環(huán)節(jié)匯總顯示，便于用戶直觀掌握系統(tǒng)的數(shù)據(jù)與模擬狀態(tài)。狀態(tài)信息包括采樣數(shù)據(jù)錄入、模型模擬和測算的完成狀態(tài)。環(huán)節(jié)分量審計狀態(tài)提供對系統(tǒng)狀態(tài)的更詳細的顯示。模型模擬子系統(tǒng)實現(xiàn)預測模型的建立，提供了多種模型建立方法，用戶可從線性模型、對數(shù)模型和指數(shù)模型三種中選取。模型建立過程以各環(huán)節(jié)的采樣數(shù)據(jù)為原始數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)庫中系統(tǒng)參數(shù)表里存儲的物質(zhì)輸入輸出對應關系，建立用戶選定類型的數(shù)學模型。模型的建立基于線性擬合的基本方法。流向測算子系統(tǒng)將模型模擬子系統(tǒng)中建立的模型用于流向預測和計算。測算過程需要用戶輸入的砷元素進入總量為模型輸入數(shù)據(jù)，調(diào)用已生成的模型參數(shù)測算在用戶給定的進入量下，砷元素在系統(tǒng)各環(huán)節(jié)中的流向及在各產(chǎn)出物質(zhì)中的含量。審計與診斷子系統(tǒng)對測算結果進行分類匯總，將其分別按環(huán)節(jié)和按類型(分為各類有價值產(chǎn)物、固體廢物、廢水、廢氣等)進行總量審計和診斷，并評價審計過程中的物料平衡情況。

2.2數(shù)據(jù)庫設計

系統(tǒng)使用SQLServer數(shù)據(jù)庫服務進行數(shù)據(jù)讀取和數(shù)據(jù)庫管理。系統(tǒng)包含的數(shù)據(jù)主要分為4類，分別是采樣數(shù)據(jù)、模型建立數(shù)據(jù)、流向測算數(shù)據(jù)和系統(tǒng)參數(shù)。其詳細說明如下:采樣數(shù)據(jù)包括現(xiàn)場調(diào)研統(tǒng)計時獲取的24h內(nèi)物質(zhì)流量數(shù)據(jù)和實驗室分析得到的樣品砷含量數(shù)據(jù)，通過對二者進行綜合計算可得到單位時間內(nèi)各物質(zhì)中砷的總量。采樣數(shù)據(jù)是建立模型的數(shù)據(jù)來源。模型建立數(shù)據(jù)包含兩類，分別為模型輔助參數(shù)和模型參數(shù)。前者為建立模型時的設置參數(shù)，包括模型信息和建立模型時的數(shù)據(jù)字段對應關系，后者為模型建立產(chǎn)生的模型參數(shù)。模型參數(shù)表中只存儲最后一次模擬生成的模型數(shù)據(jù)。測算數(shù)據(jù)為系統(tǒng)模擬預測所得結果，由系統(tǒng)使用模型參數(shù)計算用戶給定的系統(tǒng)輸入量數(shù)據(jù)得到。測算數(shù)據(jù)表中僅存在一條記錄，系統(tǒng)經(jīng)過每次測算后，將覆蓋之前的測算結果。

2.3系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)使用C#語言編寫，數(shù)據(jù)庫使用SQLServer2005，界面為Windows窗體。圖4所示為系統(tǒng)運行截圖，該界面實現(xiàn)了氧氣底吹爐環(huán)節(jié)的系統(tǒng)狀態(tài)查詢和砷元素流量測算功能。

3數(shù)據(jù)結果

在采樣調(diào)研工作中使用跟蹤采樣方法采集了連續(xù)2個月內(nèi)的4批樣品。使用鉛冶煉有害砷元素流向?qū)徲嬇c診斷系統(tǒng)對調(diào)研所得4組數(shù)據(jù)進行錄入和模型建立，并使用測試數(shù)據(jù)執(zhí)行流向預測功能，所得到的預測結果匯總與診斷界面如圖5所示。所采集4批樣品的系統(tǒng)的預測與審計結果表明，流入系統(tǒng)中的砷元素約有50%進入了鼓風爐及煙化爐，并以該環(huán)節(jié)產(chǎn)物的形式輸出;從類型上看，渣和煙塵是SKS煉鉛法中砷元素的主要輸出途徑。然而，除上述較為集中的位置外，砷元素于整個系統(tǒng)的產(chǎn)物中廣泛存在，僅在鉛錠和除污酸以外的廢水中含量較少。具體而言，預測結果表明在氧氣底吹爐環(huán)節(jié)中，90%的砷進入了高鉛渣，并作為原料進入鼓風爐;粗鉛中有2%的砷流經(jīng)，作為粗鉛精煉環(huán)節(jié)的原料流入該環(huán)節(jié)。本環(huán)節(jié)的產(chǎn)物中進入污酸的砷量相對較高，約占輸入量的5%。在鼓風爐和煙化爐組成的環(huán)節(jié)中，粗鉛中含有環(huán)節(jié)輸入總量中約42%的砷，并作為原料進入下一環(huán)節(jié)。此外，鼓風爐煙塵(約23%)、次氧化鋅(約19%)作為本環(huán)節(jié)的輸出產(chǎn)物，為砷的主要流出途徑。粗鉛精煉環(huán)節(jié)的主要原料為其他各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的粗鉛，其砷總量約為整個系統(tǒng)輸入砷總量的50%。銅浮渣(又名粗鉛灰)中輸出了本環(huán)節(jié)中大約58%的砷，并作為原料進入反射爐環(huán)節(jié)。陽極泥中流入了環(huán)節(jié)中約40%的砷，其他產(chǎn)物中砷流經(jīng)量相對較少。反射爐環(huán)節(jié)中，砷主要通過冰銅(約64%)和粗鉛(約29%)輸出，其中粗鉛為粗鉛精煉環(huán)節(jié)的原料。該環(huán)節(jié)砷輸入總量只占系統(tǒng)輸入量的28%，相比其他環(huán)節(jié)，其輸入量較少。將系統(tǒng)的預測與審計結果整理得到砷元素的流向分布圖(見圖6)。

4結論

冶煉技術范文6

Qiao Jianwei

（Zhengzhou Huaxin College，Zhengzhou 451100，China）

摘要： 熔鹽電解提取金屬是一種成熟的技術─世界主要的鋁生產(chǎn)的方式。熔鹽電解的獨特性質(zhì)也使它成為處理多種形式廢棄物的出色媒介。一個新的概念―電解熔融氧化物，期望作為“清潔”的金屬提取技術。

Abstract: Molten salt electrolysis is a proven technology for the extraction of metals─all the word's primary aluminum is produced in this manner.The unique properties of molter salts also make them excellent media in which to treat a varitey of forms of waste. A new concept─electrolysis molten oxide.Initially as a "clean teachnology" for producing primary metal.

關鍵詞： 熔鹽電解 熔融氧化物 概念

Key words: molten salt electrolysis；molten oxides；concept

中圖分類號：TF111 文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2011）29-0059-02

0引言

熔鹽電解是將混合物溶解在熔鹽中電解。先前最好的例子就是鋁的電解生產(chǎn)。化合物Al2O3從鋁土礦中提取出來，溶解在有Na3AlF6、AlF3和CaF2組成的熔鹽當中。電解的產(chǎn)物是熔融鋁和二氧化碳，后者的產(chǎn)生主要是碳陽極的消耗。主要鋁的生產(chǎn)是在一個叫做霍爾電解槽的反應器中進行的。另外，經(jīng)過電解的化合物可以從廢物中提取。熔鹽過程溶解原料的能力與溶解在水中相比有了很大的提高，高的溶解能力導致高的極限電流密度，反過來，使生產(chǎn)能力也提高了。

1冶金新工藝的現(xiàn)狀

由鐵礦石到鋼的過程既是能源密集型又是資本密集型，因此到目前為止已經(jīng)主要集中于通過增加效率來降低操作成本。目前的煉鋼技術，包括三個主要操作單元：煉焦、高爐還原煉鐵、轉爐煉鋼。煉焦產(chǎn)生的揮發(fā)性有機化合物，包括一氧化碳以及顆粒狀排放物；高爐產(chǎn)品包括礦渣、煙氣粉塵、大量的二氧化碳；轉爐生產(chǎn)大量一氧化碳必須在排出大氣前燒掉。顯然，傳統(tǒng)的冶煉過程需要大量的工業(yè)碳，會對環(huán)境產(chǎn)生大量的污染，從更廣泛的環(huán)境的角度看，必須尋找一種全新的策略來提取金屬而不使用碳。

目前現(xiàn)有的只有兩種碳替代技術：用氫直接還原和電解水溶液提取。從安全的角度來看使氫不具吸引力，而水電解的生產(chǎn)效率非常低。為了解決這些問題，就需要一種新的煉鋼過程：氧化鐵溶解在熔融氧化物溶液然后電解，從而得到純鐵和氧氣。在這樣的條件下，電解煉鋼的過程明顯的優(yōu)于傳統(tǒng)的技術，不需要焦爐、高爐和轉爐，這就消除了生產(chǎn)廢水。此外，由于鋼中硫的主要來源是煤炭中所含的雜質(zhì)硫，缺乏碳的過程意味著電解鋼不含硫。

在熔融氧化物中氧化鐵高的溶解度會極大的提高生產(chǎn)率，與其直接相關的是電解槽電流密度。在鋁電解生產(chǎn)鋁的過程中，反應核心容器的電流密度大約為1A/cm2。這種限制導致氧化鋁濃度必須保持在大約為1%為宜。

在電解生產(chǎn)煉鋼的熔融氧化電解液中預計氧化鐵的濃度將在10到20%。由于極限電流密度的范圍與濃度直接相關，這意味著我們可以期望這種熔體去維持10～20A/cm2的電流密度。這種生產(chǎn)速度遠遠超過任何當代的電解技術，包括最現(xiàn)代的鋁電解。這樣一個戲劇性的上升可能是由于電解質(zhì)化學的選擇從未在金屬行業(yè)中應用。事實上，這種卓越的生產(chǎn)力可以以一種環(huán)保的方式獲得，表明環(huán)境保護和商業(yè)盈利目的并不是一定矛盾。生產(chǎn)不銹鋼的例子就是佐證。

直接電解尤其適合生產(chǎn)不銹鋼。事實上,即使今天的經(jīng)濟支持濫用工業(yè)碳，換句話說，碳作為一種化學試劑，電解生產(chǎn)的不銹鋼看起來還是很迷人。考慮到中間合金的組成含有80%的鐵和20%的鉻。這將作為300系列不銹鋼中加鎳的出發(fā)點，以及對400系列不銹鋼。也就是說，單電極，液態(tài)金屬陰極在底部，固體陽極在上部，工作中的能源效率約為35-40%。最糟糕的選擇是其中所有的電力是由電燃煤發(fā)電機組提供。每噸煤含2600萬英BTU的熱量，可以換算成2，400kWh電。

這些數(shù)據(jù)表明，如果有人用直接電解適量的氧化鉻、鐵的氧化物生產(chǎn)鐵鉻合金，估計能源需求是1.5千瓦小時/磅金屬。當把電解和常規(guī)的技術相比較制備相同的鐵鉻合金，即在電弧爐中將廢鋼料和鉻鐵合金混合，估計能源需求是1.9千瓦小時/磅金屬。顯然，這些結果支持直接電解。另外，傳統(tǒng)工藝消耗大量的碳，每磅金屬制品約消耗0.75磅。直接電解過程不需要焦碳。直接電解與常規(guī)的技術相比還有其他的優(yōu)勢。考慮到在電弧爐內(nèi)鉻鐵合金包含相當于5%的碳！這些碳也必須在隨后的操作單元中去除，如通入氬氣，但是不能完全去除碳。這是由于在不銹鋼中碳低于一定的濃度就會丟失鉻。因為這個原因，制造超低碳不銹鋼是非常困難的。相反，這里所講的直接電解煉鋼，不需要碳，因此可以生成幾乎不含碳的液態(tài)金屬產(chǎn)品，并且也不含硫。在今天的不銹鋼商業(yè)中，人們盡最大的努力去尋找方法以減少碳的含量，冶金學者一致認為當合金中含有較低的間隙雜質(zhì)碳與氮，就可以獲得期望的高性能。

為什么過去沒有人開發(fā)熔融氧化物作為電解質(zhì)呢？有三個方面的原因。首先，成本。碳是廉價的，向大氣中排放二氧化碳幾乎沒有處罰。其次,數(shù)據(jù)庫是不夠的。很少有文獻信息介紹熔融氧化物的理化性質(zhì)。第三，目前還有艱難的材料與電解槽主要因素相適應的問題。當前冶金學相關人員，正在積極研發(fā)尋找一種不含碳的陽極來解決材料問題。

2直接電解熔融氧化物：概念

廣闊電解提取冶金可以描述如下。幾乎所有常規(guī)的熔鹽電解技術都是使用鹵化物電解質(zhì)和碳質(zhì)陽極。與此相關的都伴隨著對環(huán)境的影響。作為“清潔”的替代選擇，用熔融氧化物電解液和不含碳陽極。這允許使用金屬氧化物供料，避免了為準備合適的供給料而氯化或氟化的需要，因此命名直接電解。直接電解熔融氧化物是將金屬氧化物分解成熔融金屬和氧氣。考慮到資源回收的問題，直接電解具有巨大潛力。金屬氧化物的原料可以由礦物“集中”供給，在這種情況下，直接電解使用原金屬或金屬氧化物為原料；也可以電解冶金和化學廢料供給，這時，直接電解完全是一個垃圾處理和回收的過程。采用無碳電極的過程，既避免了所需的能源消耗大的碳電極的制造和保證避免溫室氣體的排放，同時金屬副產(chǎn)品同步回收。往電解槽內(nèi)加料和獲得產(chǎn)品可以用這樣的方式來實現(xiàn)連續(xù)運行。這個概念也適用于其他多種化學物質(zhì)包括鈦、鐵合金(包括不銹鋼)、稀土金屬和鈾。這個過程在具體的實現(xiàn)時，所需要的溫度高于現(xiàn)行運行的任何現(xiàn)代電解技術（氧化物比鹵化物具有較高的熔點)，也被交替稱為火法電解。

對直接電解的需要可以從兩個角度構畫它的前景：最主要的是從礦石中提取原金屬，回收冶金和化學廢物。每一種都有它自己的特色，顯然他們都能提高能源利用率。

2.1 金屬提取萃取、精煉及回收金屬涉及的過程都是能源密集型。此外，這種過程是典型的資源密集型和資本密集型，產(chǎn)生的副產(chǎn)品也不利于生態(tài)環(huán)境。最重要的是，提取過程都是很早以前（煉鐵高爐和鋁電解槽都超過了100年的歷史）在一個工業(yè)環(huán)境中發(fā)展來的,和今天是有很大不同的。例如，在這一過程開始的時候，能源是很便宜的，資本成本也是廉價的。幾乎沒有任何環(huán)境法規(guī)去遵守，當工作人員的健康和安全被損害時，企業(yè)也不會受到法律訴訟的威脅。因此，大部分當代冶金是基于集約用碳，要么是用做還原劑，或用做電極，無論如何，這都是消耗不可再生資源的過程。

2.2 冶金和化學廢物污染當前大部分的固體的工業(yè)廢料是以金理二氧化硫排放、提煉出金屬中的硫，都會增加能量消耗，提高運營成本，并通過使用更多的單元操作，提高資本成本。屬氧化物的形式存在的，其中有一些是水溶性，因此對環(huán)境造成了威脅。我們現(xiàn)在面臨著巨大的任務使這東西具有化學惰性，這樣做所需的能量是驚人的。工藝中缺少的，不僅是高效率能源利用，還有可接受的生產(chǎn)能力，即空間/時間的收益。例如，鉻酸鹽渣含有水溶性的六價鉻離子。在熔融氧化物中高溫電解有能力減少六價鉻，并回收金屬鐵和鉻。許多情況下這些含量超過當前最富裕的礦體含量。換句話說，金屬的產(chǎn)生的價值可以支付這種金屬被回收的費用。

如上所述，直接電解熔融氧化物在過去一直嘗試，但依賴于碳棒做陽極。目前的區(qū)別體現(xiàn)是缺少碳。這是關鍵概念的成功實施。之前有學者研究了這個問題，并需找一個非消耗性的碳電極用于鋁電解槽陽極。這項工作的結果之一是已開發(fā)的一種選材和測試方法。這種方法很一般，提供了對材料的問題的洞察力遠遠超出了鋁電解槽的局限。這個方法是基于一種系統(tǒng)的過程，因此需要綜合考慮各種類型的化學反應，而產(chǎn)生的于電池關鍵要素之間（陰極、陽極、井壁）和電解液、電池產(chǎn)品。重新審視使用熔融金屬氧化物作為電解質(zhì)媒介用于回收金屬的希望之光如上面所述的方法，導致直接無碳電解的概念誕生。在這個新概念的基礎是上識別，在高溫下，某些氧化物本身是電子導體的可以作為陽極，例如鐵酸鹽和鈦酸鹽。同時，融化的這些相同的氧化物不一定是電子，而是可以修改以適當?shù)娜軇┬纬啥嘟M分的解決方案，以便使離子液體能維持電解過程。

直接電解的潛在應用都是金屬冶煉和廢物處理。候選金屬鈦，鐵合金（包括鉻鐵合金和錳鐵等鐵合金）稀土金屬和鐵（鋼）。估計數(shù)據(jù)表明，鈦的價格可減少高達50%因為加工效率的提高，特別是降低能源消耗：直接電解由目前技術用的16千瓦時/磅減少到6千瓦時/磅。沒有人可以制造原始不銹鋼――所有的不銹鋼都是由鐵鉻合金（在碳弧爐中制得）與鋼廢料（由裝有碳電極的電弧爐制的）。直接電解具有將含有鐵和氧化鉻的混合氧化物轉換成高品質(zhì)的原始不銹鋼(超低碳硫)的能力，這樣比當前的技術使用更少的能量。錳具有顯著的力學性能和耐腐蝕性。不幸的是，目前錳提取技術產(chǎn)生易碎的產(chǎn)品，因為產(chǎn)品含有比較高的有害污染物，特別是碳等。直接電解具有生產(chǎn)高純度，低碳錳的能力。它能夠設計成整個數(shù)組排列的高性能合金。

參考文獻：

[1]張密林主編.熔鹽電解鎂鋰合金[M].科學出版社，2009.7.