含锌废料生产再生锌技术及设备简析

我国锌矿查明资源储量9172.35万吨，矿产地分布广泛，但储存量相对集中分布在云南、内蒙古、甘肃、广东、四川、新疆、广西六省区，占全国锌资源储量的70%以上；成矿区域和成矿期相对集中，主要集中在滇西兰平、西秦岭-祁连山、内蒙古狼山-阿尔泰山、南岭及川滇等五大矿区；大中型矿床占有储量多，矿石类型复杂；矿床物资成分复杂，共伴生组成分多，综合利用价值大；贫矿多、富矿少，结构复杂等，从这些因素来看，一定意义上表明，锌矿资源不仅贫矿多，而且开采难度大近年来，由于世界几个重要的锌矿闭矿，锌精矿的市场供应转向短缺。一直以来，我国是全球金属锌的生产大国和消费大国，2017年我国锌产量达622万吨，锌消费在全球锌消费中的占比从2000年的15.18%上升至2017年占比达到48%，已近半数，在全球锌消费中占据重要位置。据统计，2017年中国精锌消费量约670万吨。主要应用在镀锌、压铸锌合金、氧化锌、黄铜、电池等五大领域，其镀锌占57%。但精锌市场仍存在20万吨的供给缺口。2015年锌短缺25万吨，2017年锌短缺198万吨。这既是锌产业发展以及原料供应存在着的严重隐患，也是对再生锌产业发展的利好。

一、我国再生锌冶炼工艺金属锌冶炼的生产工艺主要有湿法和火法两种，湿法即电解锌，火法即鼓风炉或竖罐炼锌。这两种工艺都存在投资大、能耗高、污染大、效益低等缺陷。而再生锌的优势主要表现在每吨再生锌，能耗仅为原生锌的28%，节约能源72%，不仅减少排放，而且环保效果十分明显。

但是，目前国内再生锌冶炼仍然停留在比较落后的阶段，行业内对含锌固废的处理基本上跟随原生锌冶炼工艺。据了解，目前年产万吨金属锌的湿法电解锌项目需要投资1亿多元，而火法竖罐或鼓风炉年产万吨金属锌只需投资6000多万元，而且存在运行成本高、能耗高、效益差，难以规模生产等难题。

因此，很多锌生产企业联合研究院所、大专院校开展攻关，下大力度研究绿色环保的再生锌生产工艺。

二、我国的二次锌资源我国的二次锌资源包括镀锌过程中产生的热镀锌渣和锌灰、锌合金生产过程中产生的锌废料，以及报废的锌合金和钢铁行业电弧炉烟尘和瓦斯泥、瓦斯灰，还有铜铅等行业冶炼产生的含锌烟尘等。2016年，我国国内产生的上述资源含锌量在247万吨左右。根据商务部发布的《中国再生资源回收行业发展报告2017》，2016年我国废锌回收量约为150万吨。进口的锌废碎料中所包括的铸锌废料、锌板废料和废全锌切片的含锌量在96%以上；废混合锌切片的含锌量在55%左右。

还有废弃的含锌催化剂、废弃的碱性锌锰电池，这些资源至今没能进入二次锌资源回收。

据了解，生产次氧化锌的大部分原料来源于钢厂、镀锌厂，以及天然氧化锌矿和各种锌渣、锌灰、尾矿等行业。主要由两大类组成，一是使用锌锭的厂家：因为镀锌用锌量占整个锌消费总量的59%，所以镀锌过程的锌渣，锌灰较多，同时含锌品位较高,容易回收处理；另外还有铜材厂的下脚料，压铸锌合金的熔渣，铅铜冶炼过程中的烟尘。二是炼钢厂各种含锌烟尘，主要来自高炉灰、转炉灰、电炉灰，及在炼钢过程中加入的镀锌废钢回收的锌合金废料、印刷锌板、胶印锌板、废轧制的屋顶板、汽车零部件等。物料锌品位在5%～35%左右，具有很高的利用价值。

我们知道，许多钢厂都有镀锌生产线，若在厂内建立含锌烟尘收集装置，炼出锌锭可再次供镀锌生产线使用；镀锌生产线下来的锌渣、锌灰能返回炼锌装置重产锌锭。同时也将炼锌的高铁渣返回炼铁系统继续炼铁，真正实现循环使用。

钢铁行业是二次锌资源的生产大户，包括电炉冶炼废钢产生的含锌烟尘和高炉炼铁产生的瓦斯泥、瓦斯灰。固体废料包括高炉瓦斯泥、电弧炉尘等，高炉瓦斯泥和瓦斯灰又称烟灰或烟道灰，是高炉冶炼过程中随着高炉煤气携带出的原料粉尘及高温区激烈反应而产生的微粒经湿式或干式除尘而得到的产物，二者化学性质相近，主要成分是氧化铁和炭，也含有少量锌、铅、铜和铋等有价值的有色金属。

目前，从国内钢铁冶炼龙头企业的调查情况看，以前这些散料灰和其他废物一起捆绑招标外卖，现在因为招标体制的改革，炼钢散料陷入无人要的尴尬境地，无法处理的散料只能在现场堆积或随意抛弃，造成环境污染。同时，一方面，工人在收集运送石灰过程中，皮肤还常被烧伤。另一方面，工人每月清理一次炉灰停产4小时，而且清灰劳动条件非常恶劣。

高炉瓦斯泥、瓦斯灰作为钢铁工业的副产品，每生产1吨钢产生20千克含锌10%～20%的瓦斯泥、瓦斯灰。据报道，2016年中国钢产量为8亿吨，连续16年稳居世界第一。按此计算，我国瓦斯泥、瓦斯灰的年产出量估计在160万吨，折合金属含锌量160万～320万吨，约相当于2588万～5 176万吨锌矿石的开采量。如果3000万吨级钢铁公司将产生瓦斯灰60万吨，含锌品位大致为10.61%。按60万吨瓦斯灰处理量计算，则每年生产瓦斯灰中将含有6万吨锌，按80%直产率计算，可得5号锌锭4.8万吨，产值将大于10亿元，利税至少在1.5亿元以上。然而这些固体废物如果不能得到妥善处理，合理利用，既会对环境造成严重污染，还会造成巨大的资源损失。

三、研发思路及工业试验结果成立于1994年的原葫芦岛炼锌厂，是辽宁省重要的锌冶炼生产厂家之一，是辽宁省规模较大、技术水平较高的民营炼锌企业，其产品在国内外市场具有良好的信誉。2010年，按照国家要求，该厂彻底淘汰了竖罐炼锌工艺，并针对国内再生锌资源丰富，又有国家政策的支持，再加上原有再生锌工艺比较落后的状况，该厂组织相关专家和科研人员成立研发团队，就突破原始再生锌生产工艺对钢厂进行含锌烟尘循环利用课题的研发，历经6年20多次试验，通过多方调研、潜心研发，耗资6000余万元，最终成功研发出国内外首创的电热或燃气回转窑生产再生锌的技术和装置，并分别获得了国家发明专利和实用新型专利。

试生产结果表明，采用电热货燃气回转窑生产再生锌技术，生产过程的废气排放达标，废渣可配料继续炼铁，废水循环使用，能耗比原生锌生产工艺降低三分之一，金属回收率及产品质量均处于国内外再生锌技术领先地位，已经具备工业化生产和推广应用条件。

由于该工艺利用电能转化热能等特点，可实现全程自动控制，不仅节省了人力，而且对企业内部的成本控制起到了至关重要的作用；实现了单窑生产锌锭年产能万吨，可根据各使用厂家的具体情况选择设备台数，灵活方便；在技术研发和1万吨生中试成功的基础上，拟选址建设年生产2万吨炼锌厂，利用国内钢铁企业炼钢产生的固体废料，实现了采用燃气或电热回转窑生产再生锌技术替代高耗能、高排放的现有炼锌工艺技术。

该项目采用自主研发的燃气或电热回转窑专利技术，处理含锌固体废料生产再生锌。工艺特点为流程短，废气为天然气燃烧后的尾气，洗涤烟尘的水循环使用，定期捞出沉淀物干燥后返回系统继续炼锌。废渣可返回炼铁系统配料使用，锌锭可供本厂镀锌产品使用，镀锌过程产生的废渣、废灰可返回炼锌系统继续使用。该专利技术是将各种锌品位大于55%的含锌物料与废焦粉或低价无烟煤混合预热投入密闭窑中进行还原，还原后的锌蒸汽直接冷凝成液态锌铸锭。另外，固体废渣可返回炼铁系统配料使用，也可应用于建筑材料。

该专利技术工艺流程简单，对物料要求低，也可以将镀锌等含金属锌的物料直接投入窑中还原生产出锌锭。

四、技术概述与创新点该项技术是将含锌废料加入回转窑内开始反应、产出锌蒸汽。锌蒸汽被导入冷凝系统，通过飞溅式石墨转子将母锌扬起，用扬起的锌液吸收导入的锌蒸汽，冷凝后铸锭。同时未被冷凝的锌蒸汽和其他烟尘进入第二冷凝器，第二冷凝器为三组水力喷射器，通过水洗的烟尘进入循环水池沉淀，定期捞出、晾干，作为原料继续使用。循环水定期补充，不存在排放。另外，净化后的一氧化碳送入干燥系统做补充燃料使用，产生的渣子进入排出系统冷却、排出，存入防渗漏池内，不仅可以转移到水泥生产厂、制砖厂做骨料使用，也可返回炼铁系统配料使用，最终天然气通过燃气滑环送入烧嘴内，在燃烧室燃烧，燃烧废气通过引风机、经过电收尘送入烟囱排放。

这项技术的创新点表明：采用特制的碳化硅砖砌筑回转窑，将原料加料通道和燃气燃烧通道分开，间接加热窑内原料，这是该技术的核心；采用齿轮轴孔用于料道，齿轮外圆部分用于燃烧室。

天然气燃气滑环。天然气通过燃气滑环送入烧嘴内，回转窑转动，滑环不动，天然气在燃烧室燃烧，燃烧废气通过引风机、经过电收尘送入烟囱排放。

窑两端弹性密封。在炼锌过程中，料道不能进氧，回转窑运转中除了转动外还要上下串动，因此，加料和出锌的两端采用弹性密封。

操作简便，生产效率高。生产中的预热、冶炼、冷凝等主要工艺均在窑内完成，气密性好，操作简化，可实现自动控制，而且操作人员少，生产效率高，单台燃气回转窑生产效率达每日30吨。

降低了冶炼温度、缩短了冶炼时间。与其他火法冶炼相比，由立式不动改为卧式转动，物料由立柱状改为薄层翻滚运动，物料受热均匀、迅速，所以冶炼温度可降低100℃～200℃，能缩短冶炼时间；均匀受热能提高金属回收率；冶炼温度低能减少散热损失，减少窑壁耐火材料的消耗。

能耗低。在工艺、余热利用、保温、发热材料、发热方式、原料熔炼前处理上均采取了节能措施，总能耗为每吨锌1.02吨标准煤，不仅远远低于现有火法炼锌，也低于湿法炼锌。

环保性好。燃气回转窑的原料加料通道和燃气燃烧通道呈分开状态，也是该专利的主要特点，只有这样冶炼过程中的烟尘和燃烧废气才能得到较好处理。

对物料无特殊要求。入窑物料可以是粉状、片状、粒状；原料中水分、锌品位、铅含量无严格要求；物料直接入窑，省掉了竖罐炼锌工艺的制团、焦结或制粒等预处理工序。

能回收铟、镉、铅等多种有价金属。如果处理含铅较高的原料，还能额外增加铅收入，大大提高冶炼效益。

产品质量好。由于冶炼温度低，夹带杂质少，锌品是现有火法冶炼中质量最好的，每吨锌可增加销售收入500元左右。

该工艺技术还通过了中国有色金属工业协会关于葫芦岛炼锌厂“一种电热回转窑炼锌的方法”发明专利和“燃气回转窑炼锌装置”实用新型专利的评审。

五、经济和社会效益显着通过新的生产系统建设，形成新的有色金属产业发展平台，对壮大地区经济、拓展就业空间和增加居民收入具有十分重要意义。

该项目采用的专利技术具有国际领先水平，不仅对于火法炼锌企业，而且对其他金属冶炼、铁合金等行业都具有推广应用价值，按测算，如在国内有色金属及炼钢领域30%生产装置采用回转窑冶炼技术，其资源利用、能源节约，减少排放、降低成本的总价值将在2亿元以上，具有广泛经济和社会效益。

六、国家对再生锌行业的支持依据2016年8月1日起实行的《国家危险废物名录》《国务院办公厅关于推行环境污染第三方治理的意见》（国办发〔2014〕69号）《环境保护部关于推进环境污染第三方治理的实施意见》（环规财函〔2017〕172号），电炉炼钢过程中集尘、除尘装置收集的粉尘和废水处理污泥，铅锌冶炼过程中阴极锌熔铸产生的浮渣、氧化锌浸出处理产生的浸出渣、鼓风炉炼锌锌蒸汽冷凝分离系统产生的鼓风炉浮渣、锌精馏炉产生的锌渣，集尘、除尘装置收集的粉尘，再生锌过程中集尘、除尘装置收集的粉尘和废水处理污泥等，都被列入《国家危险废物名录》，将实行更加严格的管理。随着我国淘汰落后产能的逐步展开，环保要求的逐步提高，对循环经济更加重视。从“十二五”到“十三五”规划都将处理工业固废都列入了战略性新兴产业当中，而且要在2020年前建立50个国家级处理固废产业园。2015年，工信部在《铅锌行业规范条件》（2015年第20号）中规定，新建利用氧化锌矿和含锌二次资源的项目达到每年1.5万吨即可。从上述方方面面表明，国家对处理固废是高度重视的，对再生锌产业政策是提倡支持的。