火法冶金熔煉技術(shù)范文

時(shí)間:2023-11-20 17:54:13

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火法冶金熔煉技術(shù)

篇1

關(guān)鍵詞:有色金屬;冶煉項(xiàng)目;環(huán)境影響評(píng)價(jià)

有色金屬是除了鋼鐵之外的所有金屬總稱,所以有色金屬的種類眾多,在化學(xué)元素周期表中包含的112種金屬元素,有95種金屬都屬于有色金屬范疇。有色金屬在現(xiàn)今社會(huì)中的使用效果廣泛,在航空航天、衛(wèi)星、手機(jī)、電視等所有行業(yè)中都有著有色金屬的存在,并且在其中起到了很大的作用,有色金屬的冶煉工作也成為了主要研究的重點(diǎn),但是隨著近些年對(duì)于環(huán)境問(wèn)題的關(guān)注,也不可避免的滲透到了有色金屬冶煉的工作中,確保冶煉工作過(guò)程不會(huì)對(duì)于環(huán)境造成影響也成為了評(píng)估重點(diǎn)。

1 有色金屬冶煉概述以及其對(duì)于環(huán)境的影響

近些年隨著社會(huì)各行業(yè)對(duì)于有色金屬需求的增多,作為沒(méi)有天然生產(chǎn)的金屬物質(zhì),有色金屬的獲取主要是通過(guò)礦石的冶煉獲取的,所以對(duì)于礦石進(jìn)行冶煉工作的需求也不斷增多。目前進(jìn)行有色金屬冶煉的主要方法有三種,分別是電冶金、火法冶金以及濕法冶金。這三種工藝通常在有色金屬的冶煉過(guò)程中混合使用,但是三種冶金手法都會(huì)在不同程度上對(duì)于環(huán)境造成影響。

1.1 電冶金。電冶金在有色金屬冶煉的使用過(guò)程中,由于會(huì)應(yīng)用電熱和電化兩種方式進(jìn)行,在電氣冶金的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生廢氣以及有害地灰塵;在電化冶金的過(guò)程中也會(huì)有電解廢渣以及電解廢水產(chǎn)生,都會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成嚴(yán)重的影響。

1.2 火法冶金。在對(duì)于有色金屬進(jìn)行冶煉過(guò)程中,如果應(yīng)用火法冶金的方法進(jìn)行,就會(huì)導(dǎo)致在冶金過(guò)程中,由于高溫的影響,產(chǎn)生煙氣以及粉塵等污染現(xiàn)象。

1.3 濕法冶金。濕法冶金在有色金屬的冶煉中,也不可避免的會(huì)對(duì)于環(huán)境造成影響,主要是由于在進(jìn)行冶金的過(guò)程中,會(huì)應(yīng)用到危險(xiǎn)性較高的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行,就會(huì)在冶煉某些含有放射性元素的有色金屬時(shí),對(duì)于環(huán)境和施工操作人員造成要種的輻射傷害。放射性污染相較于其他污染更加難于治理。

2 有色金屬冶煉項(xiàng)目選址分析

在進(jìn)行有色金屬的冶煉過(guò)程中,首先需要進(jìn)行的就是對(duì)于項(xiàng)目進(jìn)行選址,在進(jìn)行選址的過(guò)程中,需要對(duì)于金屬的運(yùn)輸、施工條件以及安全條件進(jìn)行纖細(xì)的分析,以確保有色金屬冶煉過(guò)程的安全穩(wěn)定以及經(jīng)濟(jì)性。在進(jìn)行選址的時(shí)候,還要盡可能的考慮選址區(qū)域是否符合城市規(guī)劃以及土地利用的需求,避免在環(huán)境敏感區(qū)域進(jìn)行項(xiàng)目的選址。并且也要排除各種生態(tài)脆弱區(qū)域以及環(huán)境保護(hù)區(qū)域等受到社會(huì)關(guān)注的地區(qū)。

3 冶煉工程分析

3.1 產(chǎn)污環(huán)節(jié)分析

火法冶金的工藝過(guò)程主要由備料、熔煉、吹煉、火法精煉、電解精煉等環(huán)節(jié)組成。要在工藝流程圖上列出各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)和產(chǎn)污節(jié)點(diǎn),產(chǎn)污環(huán)節(jié)包括廢氣、廢水和固體廢物。廢氣從原料制備、熔煉一直到精煉都存在廢氣,但以熔煉、吹煉、陽(yáng)極爐精煉、制酸系統(tǒng)、電解酸霧為主。

雖然有色金屬的主要冶煉工藝有三種,但是實(shí)際上在有色金屬的冶煉過(guò)程中,還有許多其他的較為不常用的冶煉工藝許多種。在進(jìn)行有色金屬冶煉的過(guò)程中,無(wú)論最后選擇了哪種冶煉工業(yè),都要對(duì)于冶煉工作的進(jìn)行和結(jié)束所有過(guò)程進(jìn)行分析,以保證冶煉工作在進(jìn)行的過(guò)程中污染物的處理符合相關(guān)規(guī)定,在對(duì)于有色金屬污染物進(jìn)行防治的時(shí)候,要盡可能的對(duì)于其進(jìn)行精細(xì)化的分析,以保證對(duì)于污染物的處理效果。

3.2 清潔生產(chǎn)分析

清潔生產(chǎn)是減少有色金屬冶煉過(guò)程污染出現(xiàn)的主要措施之一,可以有效地減少冶煉過(guò)程最后的污染處理流程,并且確保減少項(xiàng)目低于周邊環(huán)境的影響。在現(xiàn)有的冶煉工藝中,清潔生產(chǎn)的主要手段包括陰極電解工藝、氧氣吹底等。

有些項(xiàng)目尚未有清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn),可以計(jì)算能耗、物耗、水耗、單位產(chǎn)品污染物產(chǎn)生量與排放量等技術(shù)指標(biāo),并與國(guó)內(nèi)外同型先進(jìn)生產(chǎn)工藝進(jìn)行對(duì)比,分析清潔生產(chǎn)水平。

4 環(huán)境質(zhì)量調(diào)查與評(píng)價(jià)

4.1 現(xiàn)狀調(diào)查

有色金屬冶煉項(xiàng)目現(xiàn)狀調(diào)查,除收集盡可能全面的相關(guān)資料以外,更應(yīng)重視現(xiàn)場(chǎng)踏勘和環(huán)境狀況的監(jiān)測(cè)?,F(xiàn)場(chǎng)踏勘要深入細(xì)致,充分掌握大氣環(huán)境、地表水與地下水環(huán)境、土壤、農(nóng)田等狀況。做好背景濃度的監(jiān)測(cè),如監(jiān)測(cè)有害物質(zhì)在大氣、土壤、植物、水中的濃度及噪聲背景等。對(duì)改擴(kuò)建項(xiàng)目還應(yīng)開(kāi)展無(wú)組織監(jiān)控點(diǎn)的測(cè)試。

4.2 環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

應(yīng)根據(jù)《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》的要求確定環(huán)評(píng)工作等級(jí)和范圍,圍繞項(xiàng)目產(chǎn)污特點(diǎn)篩選評(píng)價(jià)因子。例如環(huán)境空氣評(píng)價(jià)因子除SO2、煙塵或顆粒物、硫酸霧以外,還應(yīng)根據(jù)礦源特點(diǎn)考慮評(píng)價(jià)因子,在礦石含砷、鉛較多時(shí)要將這兩項(xiàng)確定為評(píng)價(jià)因子。

5 環(huán)境影響評(píng)價(jià)中需要關(guān)注的問(wèn)題

5.1 環(huán)境影響預(yù)測(cè)

有色金屬冶煉項(xiàng)目環(huán)境影響預(yù)測(cè)可采用《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》推薦的模式,但廢水預(yù)測(cè)應(yīng)根據(jù)其中的特征污染物確定,例如銅冶煉項(xiàng)目廢水中的特征污染物是重金屬,所以水質(zhì)預(yù)測(cè)模式應(yīng)選用重金屬衰減模式;而鉭、鈮、鎢、錫多金屬礦冶煉項(xiàng)目酸性污水含氟化物、少量重金屬、放射性核素,放射性元素也是特征污染物,水質(zhì)預(yù)測(cè)模式可選用放射性核素模式。

5.2 無(wú)組織排放污染問(wèn)題

從有色金屬冶煉項(xiàng)目氣態(tài)污染狀況分析,無(wú)組織排放造成的污染嚴(yán)重性并不都為人所知,應(yīng)在污染源處就將其收集起來(lái),變成有組織的排放。例如鉭、鈮、鎢、錫多金屬礦冶煉廢氣中含有大量氟化氫、氨氣、硫酸霧等強(qiáng)腐蝕、刺激性氣體,若任其外泄,對(duì)人和動(dòng)植物傷害很大,因此除了生產(chǎn)設(shè)施嚴(yán)格密封以外,還要在無(wú)組織排放口設(shè)置吸氣罩,另外整個(gè)生產(chǎn)車間也應(yīng)采用負(fù)壓操作,并且二次收集的廢氣也要經(jīng)過(guò)相應(yīng)處理后排放。但對(duì)排放源濃度的計(jì)算不能僅按達(dá)標(biāo)結(jié)果來(lái)考慮,因?yàn)槲廴疚锲鹗紳舛群茈y推算。在這種情況下,應(yīng)結(jié)合物料平衡、生產(chǎn)能耗和實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定污染物的流向。

5.3 衛(wèi)生防護(hù)距離問(wèn)題

在有色金屬冶煉項(xiàng)目中,不同類型金屬的污染物種類、數(shù)量是有差別的,衛(wèi)生防護(hù)距離也應(yīng)有所區(qū)別,但現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的覆蓋面太窄,除了銅冶金(鼓風(fēng)爐法)以外,其他的沒(méi)有列入。可參照其他文件規(guī)定,如鉭、鈮、鎢、錫多金屬礦冶煉項(xiàng)目可參照《鎢、錫行業(yè)準(zhǔn)入條件》,確定衛(wèi)生防護(hù)距離為1km。

6 結(jié)論

有色金屬是一個(gè)數(shù)量龐大的家族,要將每一種或每一類金屬的環(huán)評(píng)特點(diǎn)一一講明是很困難的事情。本文將有色金屬冶煉項(xiàng)目中的一些共性問(wèn)題拿出來(lái)分析和討論,希望發(fā)揮拋磚引玉之效,激起更多的共鳴和見(jiàn)解,為促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和諧發(fā)展和環(huán)保事業(yè)更上一層樓而努力。

參考文獻(xiàn)

[1]張萍,和麗萍,王瑞波,等.建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)報(bào)告質(zhì)量存在的問(wèn)題及對(duì)策建議[J].環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊,2013.

篇2

1廢舊線路板拆解

廢舊線路板種類繁多、大小不一、結(jié)構(gòu)組成也各不相同。合適的預(yù)處理拆解是無(wú)污染、低能耗、高效率回收的必要前提。拆解就是拆除線路板中的電池、電容、電阻、電感、二極管等元器件,拆下來(lái)的元器件經(jīng)過(guò)性能檢驗(yàn),好的元器件還可以再次使用,壞的可以分類回收處理。拆解的手段有兩種,最原始的方法就是人工拆解,先進(jìn)的辦法就是機(jī)械代替人工,自動(dòng)拆解和檢測(cè)系統(tǒng),目前國(guó)內(nèi)一般還采用人工拆除,效率比較低。日本NEC公司開(kāi)發(fā)一套自動(dòng)拆卸線路板上電子元件的系統(tǒng),利用紅外加熱和兩級(jí)去除方式(垂直和水平的沖擊力)使穿透線路板和其表面的元件脫離,但不會(huì)對(duì)元件造成損害[4]。德國(guó)FAPS采用與線路板自動(dòng)裝配相反的方式自動(dòng)拆除,先將線路板放于加熱的液體中熔化焊元料,再用SCARA機(jī)械裝置根據(jù)元件的形狀分撿有用器件[5],現(xiàn)在線路板自動(dòng)拆解技術(shù)還處于研究可行性階段,還沒(méi)大量投入生產(chǎn)當(dāng)中,主要受技術(shù)和成本的制約。拆好的線路板表面的油漆可先進(jìn)行脫漆處理,脫漆的辦法主要有兩種,一種有機(jī)試劑脫漆,一種堿性脫漆,經(jīng)過(guò)脫漆后的線路板更有利于后續(xù)的回收處理,但由于利潤(rùn)不高,現(xiàn)在很多工廠沒(méi)有經(jīng)過(guò)脫漆就直接進(jìn)行破碎處理。

2線路板回收處理

線路板最原始的處理方式就是填埋或者直接焚燒,這樣不僅污染環(huán)境,也是資源的重大浪費(fèi),政府現(xiàn)在也明令禁止這種落后處理方式。以下介紹一些比較成熟的處理經(jīng)驗(yàn)和還在試驗(yàn)階段的新工藝,如:機(jī)械物理法、火法冶煉、濕法冶金、熱解法、生物法、超臨界法、微波法等。

2.1機(jī)械物理法

機(jī)械物理回收工藝首先通過(guò)機(jī)械破碎,再利用物料之間的物理特性的差異進(jìn)行分選,經(jīng)過(guò)預(yù)處理、破碎、分選,最后得到金屬富集物和非金屬混合物。對(duì)于該工藝,破碎是關(guān)鍵,將金屬和其他組分充分剝離是成功分選的前提。

2.1.1線路板的破碎由于線路板主要由強(qiáng)化樹(shù)脂、覆銅組成,硬度高、韌性強(qiáng),不好破碎。只有采用具有剪、切作用的破碎機(jī)才有好的分離效果。一般采用兩步破碎,先采用剪切式破碎機(jī)粗碎(切碎機(jī)、旋轉(zhuǎn)破碎機(jī)),將有韌性的線路板剪碎,避免金屬成團(tuán),再利用沖擊式破碎機(jī)(錘碎機(jī))或者擠壓式破碎機(jī)(錘磨機(jī))細(xì)碎。破碎機(jī)直接決定破碎的效果和能耗,這也推動(dòng)破碎設(shè)備的不斷更新,采用高硬度、耐磨的新材料,如陶瓷研磨材料。破碎有兩種方式:干法破碎和濕法破碎。干法破碎過(guò)程中,在強(qiáng)大外力和摩擦的作用下會(huì)局部產(chǎn)生高溫,當(dāng)溫度達(dá)250℃以上時(shí),線路板中的有機(jī)成分會(huì)發(fā)生熱解,產(chǎn)生有毒有害氣體,造成環(huán)境污染,同時(shí)干法破碎也會(huì)產(chǎn)生大量粉塵。為解決這些問(wèn)題,在破碎的過(guò)程中采用新辦法、新工藝、新設(shè)備,采取通風(fēng)或者吸收裝置對(duì)有害物質(zhì)吸收、收集;采取超低溫冷凍破碎技術(shù)避免局部過(guò)熱,德國(guó)DaimberBenzUlmResearchCenter采用液氮冷凍破碎技術(shù)[6],清華大學(xué)鄒亮也對(duì)液氮冷凍粉碎線路板作了試驗(yàn)研究[7],此方法降低破碎時(shí)局部高溫,提高粉碎效果,獲得較好的表面性質(zhì)和解離度。濕法破碎可以避免局部高溫和粉塵問(wèn)題,濕法破碎就是在破碎的過(guò)程中引入水,由于水的存在,既可降解粉塵,也可避免局部過(guò)熱,但同時(shí)產(chǎn)生廢水,實(shí)現(xiàn)水循環(huán)使用和達(dá)標(biāo)排放,必然會(huì)增加回收成本,但其有不可替代的優(yōu)越性。江西銘鑫冶金設(shè)備有限公司采用濕法破碎———水力搖床分選[8];清華大學(xué)精密儀器系段廣洪等開(kāi)發(fā)濕法噴淋破碎———重力分選回收工藝[9];趙躍民對(duì)線路板的破碎專門進(jìn)行了基礎(chǔ)性研究[10]。

2.1.2分選分選就是利用破碎后的線路板粉中各組分的物理性質(zhì)(磁性、電性、密度、顆粒大小及表面特性等)差異分選,物理法分選有很多優(yōu)點(diǎn):二次污染小,成本低,金屬和非金屬分離效果好,各種成分綜合回收率高。物理法在處理廢舊線路板回收中占有主導(dǎo)地位,化學(xué)法可作為物理處理后續(xù)輔助處理辦法。物理分選可分為磁選、電選、重選。磁選就是利用磁選機(jī)將有磁性的金屬分選出來(lái);電選就是利用電流力分選出金屬和非金屬物質(zhì),有渦流電選機(jī)和靜電電選機(jī),特別適合輕金屬與比重相近的塑料之間的分離,但要求進(jìn)料顆粒形狀規(guī)整、粒度不能太小;搖床技術(shù)主要用于選礦行業(yè),也叫重力分選,現(xiàn)在已成功用于廢舊線路板的分選,利用破碎后的線路板金屬和非金屬之間的密度差異,在搖床的震動(dòng)下,粉末松散、分層、分帶,在風(fēng)力或者水力作用下,按照運(yùn)動(dòng)速度差異進(jìn)行分選,搖床技術(shù)有風(fēng)力搖床技術(shù)和水力搖床技術(shù),現(xiàn)在國(guó)內(nèi)使用水力搖床技術(shù)處理比較普遍。北京航空航天大學(xué)開(kāi)發(fā)的處理廢舊線路板的專利就是將破碎后的線路板粉利用風(fēng)力將金屬粉與非金屬粉分離;陳鵬采用一種新的分選裝置,以空氣為介質(zhì),通過(guò)“雙旋渦”旋轉(zhuǎn)氣流從線路板中分離金屬[11];丁濤對(duì)線路板金屬分選進(jìn)行研究[12];胡利曉對(duì)靜電分選作了基礎(chǔ)性研究[13];張若昕采用多級(jí)破碎+磁選、重選、靜電選相結(jié)合的處理方法[14]。

2.2火法冶金

火法冶煉將廢線路板直接進(jìn)爐,以焦炭為原料,添加石灰、二氧化硅等熔劑,線路板中玻璃纖維同時(shí)起造渣熔劑作用,根據(jù)熔液中各組分的比重差異,比重大的貴金屬及鉛進(jìn)入爐缸,中間合金為粗銅錠,比重小的賤金屬鈣、鎂等形成爐渣硅酸鹽。粗銅可直接電解成純銅,爐渣可做建材原料,不過(guò)此法會(huì)產(chǎn)生有毒氣體,資源沒(méi)有最大化綜合利用,塑料被燃燒掉,多種金屬損失嚴(yán)重。火法冶金工藝有:焚燒溶出、高溫氧化熔煉、電弧爐燒結(jié)、浮渣技術(shù)等。通過(guò)改進(jìn)爐子和工藝,可以消除二惡英產(chǎn)生,同時(shí)利用塑料燃燒的熱量。

2.3化學(xué)處理法

化學(xué)處理法就是使用酸(硝酸、王水、硫酸)、堿、強(qiáng)氧化劑、絡(luò)合劑或幾種試劑混合溶解線路板中的金屬,把金屬轉(zhuǎn)為液相,與非金屬等物質(zhì)分離,然后采取置換、電解、浮選、沉淀、離子交換、蒸餾結(jié)晶等工藝回收提純金屬。金的浸取最早是氰化法,但毒性大,可以采用如下幾種方法濕法浸取金:硫脲法[15]、硫代硫酸法[16]、次氯酸法[17]、碘化法[18]、硫氰酸鹽法[19]等;銅的浸出有酸浸法(多用硫酸)[20]、氨浸法[21]。濕法產(chǎn)生廢液多。

2.4熱解法

熱解技術(shù)也叫干餾,在缺氧、真空或惰性氣體保護(hù)和高溫條件下(通常是350~900℃)[22],高分子有機(jī)物分子斷裂,生成熱解油(冷凝)或者熱解氣,干餾后渣可以直接熔煉。熱解在無(wú)氧狀態(tài)下反應(yīng),避免有毒氣體二惡英、呋喃產(chǎn)生,在真空情況下更有利于高分子的裂解和氣相的擴(kuò)散,文獻(xiàn)[23-25]對(duì)線路板的熱解處理做了大量的研究,如熱解條件溫度、壓力的控制和熱解產(chǎn)物的分析等。文獻(xiàn)[26]對(duì)目前熱解法處理線路板非金屬進(jìn)行了綜述。

2.5生物法

生物浸取這種新技術(shù)是利用微生物活動(dòng)產(chǎn)生弱酸剝離金屬,生物浸取環(huán)保節(jié)能,但菌種有限,也難培養(yǎng),周期長(zhǎng),浸取時(shí)間也比較長(zhǎng),還處于試驗(yàn)階段,應(yīng)用少。

2.6超臨界法

超臨界就是在有氧化劑存在的高溫、高壓超臨界流體中,迅速分解有機(jī)物。超臨界水氧法依靠高于374℃臨界溫度和2.21×107臨界壓力下的水,在這狀態(tài)下,水是有機(jī)物良好溶劑,線路板中的有機(jī)物與超臨界水中的氧反應(yīng),分解成二氧化碳、氮?dú)?、水及鹽類[27]。線路板在超臨界二氧化碳中,在270℃,36MPa,80mL條件下,經(jīng)過(guò)31h,大分子量樹(shù)脂分解成苯酚、溴苯酚等[28]。

2.7其他處理工藝

微波是一門新型的熱處理工藝,微波濕頻率為300MHz~300GHz的電磁波,熱效益顯著,升溫快,方便控制,現(xiàn)在也應(yīng)用于處理線路板[29],在處理線路板時(shí),先將破碎的線路板放入微波爐加熱30~60min,其中有機(jī)物先揮發(fā),然后升溫至1400℃,物料溶化,冷卻后,金屬以顆粒狀分離。中國(guó)科學(xué)院等離子研究所研發(fā)出利用150kW電弧等離子體在無(wú)氧狀態(tài)下熱解線路板技術(shù),線路板在等離子高溫?zé)o氧狀態(tài)下分解成氣體、玻璃和金屬[30]。

3非金屬循環(huán)利用

約占線路板60%的非金屬因?yàn)榛厥战?jīng)濟(jì)效益低,處理困難,資源化程度比較低,以前研究比較少,隨著研究的深入,回收的價(jià)值越來(lái)越突出。非金屬主要組分是樹(shù)脂和玻璃纖維。樹(shù)脂的循環(huán)利用主要通過(guò)熱解法[31]、超臨界流體解聚法、水熱解聚法、溶劑分解法等[32]。主要用于建筑材料[33]、復(fù)合材料[34]。楊二桃等以印刷線路板非金屬分離物為前驅(qū)體,經(jīng)熱解、成型、碳化和水蒸氣活化制備粒狀活性炭[35],邱軍[36]、蔣英[37]和莊燕[38]分別概述了目前廢棄線路板中非金屬材料的回收和利用。

4線路板檢測(cè)技術(shù)

線路板的檢測(cè)主要是金屬含量的檢測(cè),采用先焚燒再酸溶或者微波消解溶解金屬,再以原子吸收[39]或者等離子發(fā)射光譜[40]測(cè)定其中的金屬元素。

5結(jié)語(yǔ)與展望

5.1加大設(shè)備的研發(fā)和投入,如:自動(dòng)智能化的拆解和檢測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā);破碎機(jī)的升級(jí)換代;重選、電選、磁選、火法冶煉爐子燈設(shè)備的研發(fā)。

5.2各種不同的處理方法,都有一定的優(yōu)缺點(diǎn),把握各種處理方法的特點(diǎn),綜合使用這些處理方法可取得更好的效果。工藝的評(píng)價(jià)可以從經(jīng)濟(jì)效益、資源利用率、環(huán)境的二次污染3方面綜合考慮,目前機(jī)械物理處理有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì),不要加熱也不需要添加試劑,不改變單體的性質(zhì),處理簡(jiǎn)單,能耗低,二次污染小,隨著設(shè)備和技術(shù)的進(jìn)步,電選、磁選應(yīng)該有很大的發(fā)展空間。