工业废料中金属资源的回收与利用.pdf

N O N F E R R O U SM E T A L SE N G I N E E R l N G 工业废料中金属资源的回收与利用 圜杨永祥 荷兰代尔夫特工业大学D e l f tH o l l a n d9 9 9 0 2 5H L 近年来，人们在为减少C O 排放而努力的同时也 面临着金属矿产资源逐渐枯竭的挑战。据统计，绝大部 分具有经济开采价值的金属矿产最多可持续2 0 - - l O O 年。 D i e d e n r e n 最近公布的统计预测报告表明，全球主要金 属矿产严重匮乏”1 。图1 为1 9 6 0 2 0 0 9 年世界金属铜 产量的变化过程 W o r l d C o p p e r F a c t b o o k2 0 1 0 h t t p ／／ w w w ．i c s g ．o r g 。可以清楚地看到，仅在过去半个世纪 的时间里，铜产量增加了近4 倍。 世界粗钢产量在过去5 0 年里也翻了两番 1 9 6 0 2 0 1 0 年 ，原生铝的产量在过去的1 5 年里就增加了近 一倍 1 9 9 6 2 0 1 0 年 。2 0 0 8 年全球生产了1 3 ．3 亿吨 粗钢，3 9 7 0 万吨原铝和1 5 7 0 万吨矿铜。根据2 0 0 8 年美 国U S G S 统计 h t t p ／／m i n e r a l s ．u s g s ．g o v ／m i n e r a l s ，在 全球超过1 4 亿吨原生金属产量中9 0 ％以上是粗钢，有 色金属约占8 ％左右。其中粗钢的产量已经包含了废钢 料的产量，但是有色金属 超过9 0 0 0 万吨以上 的产 量没有包含来自废旧金属的产量。 根据主要金属的供应情况，废旧金属的回收利用在 全球金属供给中正在扮演一个非常重要的角色。一般来 说．大约4 5 ％的钢铁产品来自废钢原料，3 0 ％左右的 铝和锌也源自废料。此外，约4 0 ％铜和5 0 ％的铅都来 自工业废料。这就意味着金属废料的回收在金属产量中 具有重要的贡献。 一 - ％f 生枇锕一I “哇柚槲- ；n 钾铡 图1 世界精铜产量统计 1 9 6 0 2 0 0 9 长期以来，人们都在思考如何控制金属消费速率以 延长对 有限 金属供人类消费需求的时间，同时也在 寻找替代它们的金属或者非金属材料。但是至今为止也 没有找到满意的解决方案”l 。我们希望一方面应该减少 金属的消费速度，另一方面采矿和冶金工业也应该适当 放慢开采和生产的脚步。对政府来说，将全球作为一个 整体具体实施这些措施来有效节约金属资源是非常困难 的，因为金属资源在全球的分布很不均匀，并且在国际 市场 如L M E 还可以自由交易。最终，市场经济结 合进出口条例和生产消费行为，使金属生产和消费趋于 平衡。事实上金属资源在地壳中是有限的。与我们上面 的愿望相反，人类正在加速开采、增加生产和消费．造 成我们可利用的自然矿物资源迅速减少。 与正在减少的自然资源中的金属矿物相比，日常生 活及工业生产活动却产生越来越多的废料和垃圾。为了 解决自然资源减少的问题．我们不得不通过以下两个措 施来缓解或者延长资源寿命1 通过控制消费需求来 节约资源，2 回收利用废弃产品和废料。前者是比较 复杂的社会政治行为，实现起来非常困难。后者是我们 真正可以做的和一定程度上我们已经在做的，但是技术 改进和实施的空间仍然很大。 通过仔细分析现有工业和社会活动，人们可以很容 易发现通过金属回收和循环再利用以延长金属资源使用 寿命的巨大潜力。本文以多个案例说明如何通过金属回 收利用和工业废料再循环增强金属供应的可持续性。 1 铝废料的再循环 全球超过3 0 ％铝的供应来自循环利用。每年欧洲 约4 0 ％、美国超过5 0 ％的铝是通过循环利用废铝生产的。 铝循环利用的经济效益和环境效益是显而易见的。循环 使用1 吨铝可节约6 吨铝土矿，4 吨化学试剂和1 4 0 0 0 k Wh 的电能。与用铝土矿生产原生铝相比，再生铝生 产只需要5 ％的能源，排放5 ％的C O ．同时减少了填 埋废弃物。类似于其他金属，铝的循环是无限期的，在 2 2 专题研究T h e m a t i cS t u d i e s i■■■■■■■““删M曲佃删j}，l●i■■■_一w p■， 万方数据 铸眭 垭姐埠匿H 熊世理I “I 转坤々f 赳舻 匕二] 仁 ] C 卜C 二 上一二。 * m J CR 0 0 清铸 f } J F I≮* 々 圈2 再生铝回转炉回收铝过程示意图 成本上也是最经济的。 在二次铝的回收循环过程中，铝废料熔化后通常在 反射炉里精炼，欧洲常在熔盐保护下使用回转炉。加入 的炉料通常是混杂了不同种类．大小、形状，成分和污 染物的铝废料。为了获得更高的金属回收率，更低的能 耗和保护盐消耗以及更少的环境影响．最大程度上减少 金属损耗、有效熔化废料是至关重要的。图2 为欧洲常 用的回转炉法回收精炼废杂铝的工艺示意图。 在荷兰代尔夫特工业大学 1 uD e l f t 的一系列研 究项目中，在实验炉中对不同种类的铝废料的熔化行为 进行了研究，此外，很多实验项目也检测了不同种类的 工业废料的再循环能力[ 2 - 3 1 。研究结果表明，废料种类、 表面状况、颗粒大小和污染物的种类对金属熔化速率和 金属回收率有很大影响。根据这些研究结果和工业生产 数据建立了与废料熔化的辅助模型相结合的计算流体力 学 C F D 模型”l 。实验考察了不同铝废料熔化行为的特 性，检测结果可以用来分析工业熔炼炉的熔化过程．同 时还可以用于预测炉内的能量和温度分布及流体流动状 况，从而最终使生产过程最优化。 1 ．1 废料熔化行为和再循环能力”1 熔化实验在电阻炉中进行，在氮气气氛中，于 8 0 0 - 9 0 0 ℃下对1 0 种铝废料的熔化行为和循环能力进行 研究。采用N a C I - K C I - N a s A I F 6 混合熔盐作保护剂以防止 金属的氧化，同时吸收废铝中的污染物和加速熔融铝液 滴的凝聚。为了保证熔体良好的流动性，盐和铝废料的 质量比以2 1 为宜。在炉料熔化过程中，金属相由于 熔点低 铝6 6 0 ℃ 通常首先熔化，并沉积于坩埚的底部。 熔化的保护盐冷却至室温后加水溶解，以进一步回收夹 杂在其中的金属颗粒。根据得到的金属总置和粒径分布 来评估再生金属的可回收性和总回收率。 为了让熔盐很好地溶解废铝料的氧化膜和表层污染 物，所用的盐在熔融状态下对废料氧化膜的润湿性必须 高于熔融铝。因此，所用熔盐的表面张力和废料的表面 状况在金屑和熔盐的分离中起到决定性的作用，进而决 定了金属的回收率。熔盐中的冰晶石 N a 3 A l F 0 对降低 氧化层和液态铝间的吸附力起到了重要作用。此外，熔 化温度和搅拌会影响熔盐的物理特性和混合特性。 实验结果表明废料类型对熔融行为有很大影响。 例如，图3 显示了轧机切割废料、 包黄油用 铝箔在 8 0 0 ℃下有熔盐保护时经2h 熔化后的结果。可以非常 清楚地看到，废料表面状况对金属回收有着巨大的影响。 包装铝箔熔化后获得的再生金属颗粒的粒度分布受熔化 条件如温度、盐成分和熔体搅拌的影响。熔化后得到的 金属颗粒的粒度分布是判断不同废铝原料回收能力的评 判标准之一。 熔化的傲观结构船亿后 图3 废铝表面状态对铝回收过程和效率的影响 轧机切块割废科C 上 ，铝箔l 下 不同类型废料的熔化行为不同，因而导致不同的金 属回收率以及保护盐消耗率。废料形状、大小，表面状 况和有机物含量对熔化过程都有重大影响。有机污染物 通常在加热和熔化阶段首先反应。相同条件下，在从熔 盐液相到熔融金属相的过程中，大的金属粒容易凝结和 分离。废铝碎屑中金属颗粒越大、比例越高．可回收 再 循环 能力就越强。因此，可回收金属总量和金属液滴 的凝聚系数是衡量金属可回收 再循环 能力的重要指标。 直径大于1m m 的金属粒质量总和与用于反应的废 料总质量之比定义为凝聚系数，它代表熔化废料的凝结 程度。该系数越小，金属就越难凝结．也就是说形成的 金属小颗粒就越多。这就意味着更多的小金属颗粒会夹 杂于熔盐中，造成金属回收率的降低。所研究的1 0 种 废铝样品的可回收 循环 性从高到低排列如下 铸锭一型材一轧机切割废料一印刷板材一冰箱含铝 破碎料一瓶盖一汽车板材一车床切削 螺旋 片一粒料 有色金属工程2 0 1 2 年第2 期 2 3 万方数据 N O N F E R R O U SM E T A L SE N GJ N E E 只J N G 一包装铝箔。 在铸锭．型材、轧机切割废料、印刷板材试验中， 由于污染物含量少和表面状况更好，金属小滴可以很好 地凝结并沉淀汇聚成金属相。工业实践和熔化实验都证 明废料特性对金属回收率有重大影响。这些特性主要有 金属含量．尺寸大小，比表面 表面／体积比 和污染 物含量等。然而，对于特定类型的废料也会有尺寸大小 如料粒 、形状 如车床切削螺旋片 、污染程度 如 冰箱含铝破碎料 的不同。 1 ．2 回转炉中废铝熔化的C F D 模拟【4 l 以计算流体力学 C F D 为基础并结合用户开发的 辅助模型建立计算回转炉中的废料熔化过程的模型。该 模型由一个湍流燃烧和辐射传热的气体流动区、一个回 转炉炉墙的固体炉衬区和一个熔炉底层的熔盐和金属固 液混合区构成。固液混合区中的金属铝废料熔化和烧失 情况由用户开发的辅助模型进行模拟。废铝的总体平衡 模型 p o p u l a t i o nb a l a n c em o d e l 用来描述固体物料的 粒度和熔化状态的分布．并用工业测量数据来验证。基 于上述模型，分别研究了铝废料的分布特性，烧失率、 废铝料的预处理，天然气燃烧方式对废料熔化时间和天 然气单耗的影响。 天然气燃烧是回转炉中铝废料熔化的主要能量来 源。气体区域中的流体流动，熔化炉中的温度分布和过 程中的能量分布等详细信息均可通过模拟计算获得。图 4 为熔炉运行2h 后熔炉中轴横截面预测的温度分布状 况。图4 清楚地显示燃烧区域及其高达2 6 0 0 ℃的火焰 温度，熔化炉出口处的烟气温度则在8 0 0 ～1 0 0 0 ℃。该 模型同样计算了废铝，保护盐共存区和熔炉内壁区域的 温度分布。 图4 加料2 h 后计算出的回转炉中心截面的温度场． C F D 模型可以预测不同条件下废料熔化完成的时 间和所需要的能量及能量分布与幂Ⅱ用率，比如，熔化1 3 吨废铝和4 吨盐融剂的时间预计为4h 。图5 显示所预 测的废料和保护盐的熔化过程。与固、液相转变阶段相 比较 1 ．5 30h ，开始阶段 I ．5 h 和结束阶段 3 ．0 h 之后温度增加得更为迅速。曲线的中间部分表示固体物 料熔化阶段 1 ．5 30h ，由于局部相变导致的热量需求， 该阶段废铝．熔盐共存区域的温度增长十分缓慢。 随着C F D 模型的逐渐成熟，许多工艺特征，例如 燃气区域中总体流动和燃烧特征，加热和熔化概况，废 料、熔盐共存区中能量分布和总体平衡都可以得到模拟 和预测。结果表明具有分布特征的金属废料质量的好坏 由废料尺寸大小和废料烧损率决定 是影响熔化过程 的重要因素之一。 图5C F D 模型预测的废铝和熔盐熔化曲线和平均温度 2 固体废弃物焚烧炉底灰的玻璃化处 理和金属回收M 荷兰有1 1 个城市生活固体垃圾焚烧厂。2 0 0 8 年总 共焚烧垃圾超过6 0 0 万吨，燃烧除了产生大约3 1 0 6 k W h 电能和超过3 1 0 “k J 热能外。还产生大约1 3 1 ．2 万吨底灰 渣 ，8 ．5 万吨飞灰、1 1 ．5 万吨含铁废料和 2 ．1 5 万吨有色金属废料”l 。在荷兰，焚烧炉底灰的再利 用率将近1 0 0 ％ 无填埋 ，主要应用于道路建设和建 筑业。然而，2 0 0 8 年底仍然有大约1 1 1 ．9 万吨底灰存量 等待潜在的开发利用”J 。为了避免重金属从建筑材料中 浸出的可能性，荷兰政府曾经设立了特别的法律法规 荷 兰建筑材料法令 。该法令将焚烧炉底灰列为一个特别 种类，要求其使用前采取隔离预防措施。对第2 类建筑 材料进行标准柱浸测试，根据该法令，焚烧炉底灰不符 合排放标准．主要是因为其含有的钼，铜和锑三种金属 的浸出率超标。但在找到解决该3 种金属浸出超标方法 和技术之前被允许作为特殊第2 类建筑材料限期使用。 因此．如何防止以上3 种污染金属的过量浸出和底灰中 残存有价金属的进一步回收利用是工业生产中亟待解决 的问题。 2 ．1 焚烧炉底灰的玻璃化处理嘲 在荷兰，城市固体垃圾 M S W 产生的炉底灰通常 含有1 8 ％左右的金属，现行工业实践能够分选回收底 灰中1 0 ％的金属。余下8 ％的更细金属颗粒在现有的物 理分离技术下难以回收。在众多的备选方案中，玻璃化 是技术可行性很高的方案之一，它将灰分及有害成分进 行玻璃化稳定，并回收余下的所有金属。 万方数据 高温玻璃化是在1 4 0 0 ～1 5 0 0 ℃将固体灰渣熔化和 固化的过程．从而高效分解有机物．固定灰渣中对环境 有害的物质并减小灰渣体积。在玻璃化过程中可以获得 一种类似玻璃的结构均匀的熔渣和一种c u F c 合金。在 现有研究中删，荷兰垃圾焚烧厂排放的焚烧炉底灰回收 产生的台金含有8 2 ％F e 、1 2 ％C u ．6 ％其他元素和杂质 如 碳．硫，磷、镍等 。该成分与其他固体废弃物经高温 熔融处理后所产生的金属产品相似 例如T h e r m o s e l e c t 处理技术，h t t p ／／w w w ．t h e r m o s e l e c t ．c o m 。C u - F e 合金 没有直接的商业用途，既不能用于炼钢，又不能作为炼 铜的原料。从铁合金中有效分离铜对于获取铜和铁产品 的市场价值是非常关键的。图6 展示了一个典型焚烧城 市垃圾的热电厂产生的底灰和实验室玻璃化热态实验产 生的玻璃化熔渣和合金产品。 一 隅■厂j 、 ’。 ’1 区三 二j 垂鸯 a J 垃圾赞烧厂产生的底灰 b 焚烧雇灰 左} 厦玻璃化处理后得到的台金和稳定态炉渣 右 图6 垃圾焚烧厂底灰玻璃化热处理的产物 2 ．2从焚烧炉底灰中回收合金的脱铜”l 为了找到适当处理该c u - F e 合金的途径。考察了 多个高效脱铜的方案，现有研究集中在1 4 0 0 - - 1 5 0 0 ℃高 温硫化物处理上1 “。研究证实合金的碳饱和是金属和铜 锍两相分离的必要条件。实验测试过的硫化物体系包括 纯F e S 、F e S 及其他金属硫化物的混合物 如N a 2 S 和 A l s ， 。实验条件1 5 0 0 ℃，石墨坩埚，反应时间2h ， S ／C u 2 ．0 。在F e S ．F e S A 1 2 S 3 、F e S N a 2 S ，F e N a 2 s 一 预熔体系中，脱铜效率分别为1 8 ．7 ％，8 8 ．9 ％、9 2 0 ％和 9 3 ．9 ％。结果表明加入N a 2 S 和A l s ，能够显著提高脱铜率。 此外，还考察了其他廉价的金属硫化物如黄铁矿 F e s 或工业废料如含有Z n S 的渣泥。与采用纯F e S 脱铜 的比较结果见图7 实验条件石墨坩埚，1 5 0 0 ℃．反 应时间2h 。图7 表明，含有Z n S 的渣泥和黄铁矿都比 纯F e S 更为有效。在S ／C u 为7 时 相对于化学计量 黄 铁矿的脱铜率为9 2 ％，含硫化锌渣泥的脱铜率为9 5 ％。 研究发现，增加黄铁矿的使用量可以使铜含量从 1 2 ％降到2 ％左右，然而仍然难以一次性使其降到2 ％ 以下．因而需要进行多次反复操作。本研究有助于焚烧 炉底灰的金属回收利用和普通的含铁废料回收，特别是 如今废钢脱铜．废钢脱铜是钢铁厂亟待解决的关键问题 之一。c u ．F e 台金在脱铜之后可以作为生产粗钢的原料。 铜硫化物 含有F e S 或黄铁矿的铜锍 可以销售至铜冶 炼厂作为炼铜原料。 现代废钢中铜含量的增长 如来自废旧车辆切削厂 的废钢 增加了钢铁冶炼的难度。铜铁合金脱铜技术的 进一步开发可以运用在未来废钢原料的净化处理上。 S ／印比 图7F e S ．黄铁矿 F c s 2 和含Z a S 渣泥从F e - C u 合金中 脱铜效率的比较 3 从工业残渣中回收锌 全球每年金属锌的产量将近1 2 0 0 万吨，其中3 0 ％ 来自于二次锌资源的再生。二次锌资源中的锌废料有 黄铜 4 2 ％ 、电镀余渣 2 7 ％ 、铸造废料 1 6 ％ ，电炉炼 钢粉尘 6 ％ 、锌板加工材废料 6 ％ ，化工废料 2 ％ 和I ％ 的其他废料。在湿法炼锌中，常规的中性浸出工艺也会 产生一些含锌5 ％- 1 6 ％的残渣。铅锌的湿法冶炼同样产 生含锌废渣，废渣通常经过烟化处理得到Z n O 富集的 含锌烟尘，然后销售至火法或湿法炼锌厂作为炼锌原料。 含锌废渣通常含有大量的氧化铁，并常常夹杂以锌铁尖 晶石，铁酸锌形式存在的氧化锌。铁酸锌是金属锌有效 回收的主要技术障碍，尤其是在湿法冶金方面。 3 ．1鹿特丹港的含锌固体废弃物 在鹿特丹港口，约5 0 0 0 吨的含锌原料 固体废弃物 储存在一家公司大约有2 0 年之久，一直没有得到处理。 这些锌原料的含锌量相对比较低，在没有经过锌富集处 理的条件下，这些物料不能直接用于任何的锌冶炼过程 湿法或火法 。因为一些微量元素，如1 ％- - 9 ％的氯 和35 ％o ．6 ％的铅和更少量的其他重金属的存在，这些 有色金属工程2 0 1 2 年第2 期 2 5 黪囊 万方数据 ■■■■■■●■●■■■■■●■■■■一 _ 青参舍磊工程N O N F E R R O U S 『、 , E T A L SE N G I N E E R I f 、i G 原料A O A ％z m2 0 。／, F e ，1 0 ％c 1 原料B 1 7 ．5 ％Z D , 3 6 ％F c , 1 ％C 1 图8 鹿特丹港口长期存放的两种含锌固体废弃物 原料不加处理很难用于直接生产市场可以接受的金属产 品。由于存在环境污染的可能性也不能简单地进行填埋。 图8 为储存在鹿特丹港的两种不同的含锌的固体废弃物 A 和B 。化学和物相分析表明，两种物料虽然在成 分和结构上有一定差异，但在某种程度上与电炉炼钢烟 尘有相似之处。因此，在参考国际上对电炉炼钢烟尘处 理工艺研发的基础上进行进一步研究。所开发的流程对 处理电炉炼钢烟尘也有直接的参考价值。 3 2可行性研究和流程开发 2 0 0 7 年，代尔夫特工业大学M P R R M e t a l s P r o d u c t i o n ，R e f i n i n ga n dR e c y c l i n g 进行了一项关于锌 的冶金工艺的可行性研究。基于对固体废料的化学和结 构性分析和一些实验室的初步试验结果，提出了多个可 选的处理流程并已进人试验研究和开发9 】。为了确定台 理的操作条件和技术参数，随后开展了进一步研究，为 建立一个完整的更大规模的处理流程提供所需要的主要 工艺技术数据 如中间试验厂 。 图9 为其中一个总的工艺流程图”1 ．该流程的基础 工艺为苏打灰焙烧，苛性钠浸出和碱液电解锌。由于原 料中铁含量较高，苛性钠浸出工艺在锌氧化物的选择性 溶解方面具有很大的优势，它将氧化铁留在了滤渣中。 该工艺流程由以下几部分组成 1 水洗分离水溶性盐，特别是锌原料A 中的氯 化物 1 0 ％C 1 。 2 第一段苛性钠 N a O H 碱浸溶解水洗后的原 料A 和原料B 中的自由Z n O 。 3 苏打灰 N 赴C O ， 或苛性钠焙烧、苛性钠一段碱 浸过滤渣将锌铁尖晶石 不溶于N a O H 的Z n OF c 2 0 ， 分解为自由Z n O 。 4 焙烧后的第一段碱浸过滤渣进行第二段苛性钠 碱提溶解所有自由Z n O 。 5 金属置换法溶液净化用锌粉除去对电解和电 锌质量有害的杂质，特9 0 是铅和铜。 6 含锌碱性溶液电解沉积锌痔化后的含锌溶液 电解沉积后获得最终金属锌产品。 第二段碱浸滤渣主要含有氧化铁和其他少量矿物， 经过严格洗涤去除残留苛性钠和钠盐后可队作为炼铁原 料．其处理成本很低。另一个副产品为溶液净化过程中 产出的铜铅饼，可以作为初级原料销售给铜或铅冶炼厂。 为了安全处理污水，水洗阶段产生的氯化物需要经过结 晶，然后作为副产品出售或作为无害固体废弃物进行最 终处理。 一鲨鼍坐坐■ 广一臣巫亟亟] _ 一丝堕堕幽 生] I 广鼍曼丝 上● T ％l _ ‰，n ，●_ 图9 含锌固体废弃物提取金属锌流程示意图 在之前的可行性研究中，原料A 和原料B 的碱浸 使用的是1 0 m o l ／L N a O H 溶液 液固比为l O ，碱浸温 度为9 0 ℃。原料A 大约6 0 ％的锌、原料B 大约5 0 ％ 的锌溶解在苛性钠溶液中，以鉴定可溶性自由Z a O 的 含量。这意味着大概一半的锌以锌铁尖晶石的形式存在 于残渣中 与X R D 鉴定结果一致 ，需要通过焙烧分解。 为了改进整个工艺的技术可行性，进一步研究了实验室 规模下“苏打灰焙烧一焙砂二次碱浸一提出液净化一苛 性碱溶液锌电解”的流程。 研究结果表明”，尽管许多工艺参数有待进一步优 化．图9 所示的整体流程在技术上是可行的。主要技术 参数和操作条件如下 1 水洗 原料A 5 0 ℃，液固比5 ，时间lh ． N a C I 浸出率达7 0 ％。 2 第一段碱浸9 0 ℃．液固比5 ，时间1h 。原料 嚣兰 罕壁 ● ， 一f 辜一 业 睦 堕 一 f b 万方数据 衄■‘毛函柚 A 锌浸出率5 5 ％，原料B 锌浸出率4 9 ％{ 出率2 8 ％，原料B 铅浸出率6 4 ％。 原料A 铅浸 致谢 3 N a 2 C O ，焙烧9 5 0 ℃，2h ，锌转化率经第二段 碱浸验证。 4 第二段碱浸条件同第一段浸出，锌浸出率原 料A5 0 ％，原料B4 9 ％l 铅浸出率原料A3 7 ％，原料 B 1 8 ％。 5 溶液净化两段浸出混合溶液含Z n1 8 ．3g ／L ，P b 2 ．3g ／L ，C u0 ．1 3g ，L 。5 0 ℃，反应时间lh ，锌粉添加 量按1 ．4 倍化学计量加入 以铅 铜总合计 。脱铜率 1 0 0 ％，脱铅率6 0 ％，净化后液含Z n2 0 ．4g ／L ，P b0 ．9g ／L 说明锌粉添加最明显不足 。 6 锌电解沉积电流密度6 7 0A ／m 2 ，槽电压2 ．5 5 V ，连续电解lh 。电流效率9 0 ％，每千克锌直流电耗2 ．3 3 k W h 。产品含Z n9 4 ％，P b5 ％ 说明溶液需深度脱铅 。 7 整体流程指标原料A 和B 锌回收率7 4 ％，原 料A 铅回收率5 5 ％，原料B 铅回收率7 1 ％。 以上结果表明，整体工艺上的碱处理技术达到了锌， 铁有效分离的目的。但第二段浸出率偏低，可能与焙烧 铁酸锌的转化率有关。X R D 物相分析表明，尚有相当 一部分未分解的铁酸锌，并发现有少量难溶的锌铝尖晶 石存在 Z n O A I ，O ， 。目前，进一步有效分解铁酸锌 和锌铝尖晶石的研究正在继续。另一方面，浸出液锌粉 置换前有必要进行深度净化，但技术上有工业实践参考， 较容易实现。终浸渣 第二段碱浸 经过水洗后可分解 其中的N a F e O ，绝大部分转化为N a O H 进入溶液 和 固体F e O ，。但未完全分解的锌化合物和部分碱及钠盐 仍然残留在渣中。如果要作为炼铁原料，则需进一步优 化锌的焙烧转化和二段浸出率以深度脱除含锌和钠的化 台物。 4未来展望 二次金属资源的回收和循环利用是可持续发展的关 键，它通过减少浪费和环境污染来节约资源和能源。尽 管各主要金属回收对整个金属市场需求的供应已经起到 了相当重要的作用，但对很多金属而言，已回收金属量 占可回收嚣的比例还相对较低”叫 铁和铅较高约7 0 ％， 铝约6 0 ％，铜约5 0 ％，锌只有4 0 ％，稀有和稀散金属则 更低，如稀土金属几乎是零 ，我们还有很大的空间来 提高各种金属的整体循环利用率。尽管技术的发展和演 变一直贯穿在冶金生产的全过程，现在我们却面临着一 个全新的挑战如何主动调整资源、环境和消费之间的 和谐与平衡。如何才能给我们的子孙后代留下像我们现 在一样可以享受的自然资源和舒适甚至是有些奢侈的生 活条件是现阶段我们该考虑的问题。 感谢曾在M P R R 学习和工作过的硕士和博士研究 生及研究人员为本文研究实例所做的直接贡献。感谢荷 兰政府和工业合作伙伴[ S e n t e r - N o v e m 基金会 现改名 为A g e n s c h a pN L ，E ．E ．T ．，荷兰皇家科学院 K N A W ， A V R 公司，鹿特丹港I z I 公司 H a v e n b e d r i j f R o t t e r d a m 】对 本文提及研究项目的资助和支持。 参考文献 【l 】D i e d e r e nAM ．M e t a lm i n e r a l ss c a r c i t y Ac a l lf o rm a n a g e d a u s t e r i t ya n dt h ee l e m e n t so fh o p e 【J ／O L ] ．T h eO i lD r u m E u r o p e ，2 0 0 9 0 3 - 0 4 [ 2 0 0 9 0 3 - l O 】．h t t p ／／w w w ．t h e o i l d r u m ．c o ．m ／ n o d e ／5 2 3 9 ． 1 2 】X i a oY ，R e u t e rMA ．R e c y c l i n go fd i f f e r e n ta l u m i n i u m s c r a p s [ J ] ．M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 0 2 ，1 5 9 6 3 9 7 0 ． [ 3 1X i a oY ，R e u t e rMA ，B o i nU ．A l u m i n i u mr e c y c l i n ga n d e n v i r o n m e n t a li s s u e so fs a l ts l a gt r e a t m e n t 【J 】J o u r n a lo f E n v i r o n m e n t a lS c i e n c ea n dH e a l t h A ，2 0 0 5 ，4 0 1 8 6 l 1 8 7 5 ． 【4 】Z h o uB ，Y a n gYR e u t e rM 气e ta 1 ．P r o c e s sm o d e l i n go far o t a r y f l ／l l l a c ef o ra l u m i n i u ms c r a pm e l t i n gb yu s i n gc o m p u t a t i o n a l f l u i d d y n a m i c s 【J 】．P r o g r e s si nC o m p u t a t i o n a lF l u i dD y n a m i c s P C F D ，2 0 0 7 ，7 2 ／3 ／4 1 9 5 2 0 8 ． 【5 】V e r e n i g i n gA f v a l b e d r i j v e n ．J a a r v e r s l a g2 0 0 8m o n i t o r i n g r e s t s t o f f e nv a nv e r b r a n d i n gV a na f v a l 【J B ／O L 】． B i o m a s s ae f tz u i v e r i n g s s l i b ．[ 2 0J l l2 - 0 5 ] ．h t t p ／／w w w ． v e r e n i g i n g a f v a l b e d r i j v e n ．o r e , ／． [ 6 】X i a oY ，O o r s p r o n gM ，Y a n gVe ta 1 ．V i t r i f i c a t i o no fb o t t o m a s hf r o mam u n i c i p a ls o l i dw a s t ei n c i n e r a t o r [ J ] ．W a s t e M a n a g e m e n t , 2 0 0 8 ．2 8 1 0 2 0 1 0 2 6 ． [ 7 1Y a n gY B a l e n t i n aCF ，B r o u w e rD ，e ta 1 ．M e t a lR e c o v e r ya n d R e f i n i n gf r o mM S WI n c i n e r a t i o nB o t t o mA s h [ C ] ／／P r o c e e d i n g s o fG l o b a lS y m p o s i u mo nR e c y c l i n g ，W a s t eT r e a t m e n ta n d C l e a nT e c h n o l o g y , R E W A S2 0 0 8 ，O c t ．1 2 - 1 5 ．C a n c u n ，M e x i c o ． M i s h r aB ，L u d w i gC ，D a sS ，T M S ，2 0 0 8 l2 8 5 - l2 9 4 ． 【8 】Y a n gY ．M e t a l l u r g i c a lp r o c e s s i n go fz i n cb e a r i n gr e s i d u e sa t R o t t e r d a m H a r b o rP r e f e a s i b i l i 哆s t u d y 【R 】．T UD e l f tR e p o r t , 2 0 0 7 ． 【9 1K e m p e r m a nD ．M e t a l l u r g i c a lp r o c e s s i n go fz i n cb e a r i n g r e s i d u e s [ R ] ．D e l f tU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y , 2 0 1 0 ．R e p o r t n u m b e r A E S ／R E ／I O ．0 3 ． 【10 】G r a e d e iTE ，A l l w o o dJ u l i a n , B i r a tJ e a n P i e r r e ，c ta 1 ．W h a td o w ek n o wa b o u t m e t a lr e c y c l i n gr a t e s [ J ] ．J o u r n a lo fI n d u s t r i a l E c o l o g y , 2 0 1 1 ．1 5 3 3 5 5 3 6 6 ． 有色金属工程2 0 1 2 年第2 期2 7 万方数据