冶金礦山除塵

國內(nèi)冶金企業(yè)除塵主要以電除塵和布袋除塵為主流。最先進的生物納膜抑塵技術在國內(nèi)冶金行業(yè)也開始有了一定應用。

電除塵技術是利用高壓電產(chǎn)生的靜電場使氣體分離，即產(chǎn)生電暈放電，進而使粉塵荷電，并在電場力作用下，使氣體中的懸浮粒子分離出來。電除塵存在除塵效率高(能達到90%以上)、阻力損失小、對不同粒徑的煙塵有分類富集作用等優(yōu)勢，但是電除塵也存在著一些難以克服的弊端：不易適應操作條件的變化、應用范圍受粉塵比電阻的限制、對制造安裝和運行水平要求較高、能耗高、占地大、投入成本高且對破碎機粉塵無處理方案。

布袋除塵是利用纖維編織物制作的濾料來對含塵氣體進行過濾，使粉塵阻留在濾料上，從而達到除塵目的。布袋除塵效率雖高但是其效果穩(wěn)定性差(低端產(chǎn)品能達到50%、高端產(chǎn)品能達到90%的除塵率)，安裝時間長，檢修極為不便，導致使用成本較高。

生物納膜抑塵技術支持開放式生產(chǎn)、初始投資小、納膜制劑對環(huán)境無害，不會造成二次污染，對選礦藥劑及成品質(zhì)量等均無影響。BME獨創(chuàng)生物納膜抑塵技術，從源頭入手，除塵效率高(最高能達到95%)。而且破碎過程中產(chǎn)生的粉塵都被納膜聚集成細料，最終成為成品料，在解決粉塵問題的同時還能增加0.5%-3%的產(chǎn)量。除此之外，還能有效防治PM2.5、PM10污染，能耗低，符合國家有關環(huán)保及節(jié)能減排技術政策。 2100433B

在冶金礦山開采以及后續(xù)加工生產(chǎn)過程中，打孔、炮采、機采、裝載、運輸、破碎、篩選等過程均會產(chǎn)生粉塵。破碎設備、輸送設備、進出料口等都是粉塵的主要排放源。

冶金礦山粉塵主要由礦石微粒和其他粉狀物組成。在冶金行業(yè)，粉塵濃度一般在600g/m3以上，如此高濃度的粉塵是危害生產(chǎn)安全的主要禍首，許多重金屬如鐵、鈹、鋁等的化合物附著在顆粒表面上，會對人體造成極大危害。除此之外，粉塵積聚還具有降低產(chǎn)品質(zhì)量、加速生產(chǎn)設備老化等負作用。

在許多火法冶金過程中，礦物原料中的許多主金屬往往以金屬、合金或熔锍的形態(tài)產(chǎn)出，而其中的脈石成分及伴生的雜質(zhì)金屬則與熔劑一起熔合成一種主要成分為氧化物的熔體，即熔渣。熔渣是火法冶金的必然產(chǎn)物，其組成主要來自礦石、熔劑和燃料灰分中的造渣成分。由于火法冶金的原料和冶煉方法種類繁多，因而冶金熔渣的類型很多，是成分極為復雜的體系。但總的來說，熔渣主要是由各種氧化物組成的熔體，如CaO、FeO、MnO、MgO、Al₂O₃、SiPO₂、P2O₅、Fe₂O₃等，這些氧化物在不同的組成和溫度條件下可以形成化合物、固溶體、溶液以及共晶體等。除了氧化物以外，熔渣還可能含有其他鹽，甚至還夾帶少量的金屬，如氟化物(CaF₂)、氯化鈉(NaCl)、硫化物(CaS、MnS、硫酸鹽)等，這些鹽有的來自原料，有的是作為助熔劑加入的。

熔渣中的上述氧化物單獨存在時熔點都很高，冶金條件下不能熔化。例如SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO的熔點分別是：1713℃、2050℃、2570℃、2800℃。只有它們之間相互作用形成低熔點化合物，才能形成熔點較低的、具有良好流動性的熔渣。原料中加入熔劑的目的就是為了調(diào)整熔渣的酸堿性，形成冶金條件下能熔化并自由流動的低熔點熔渣。

盡管冶金熔渣成分極為復雜，但熔渣主要成分常由五、六種氧化物組成，通常是SiO₂、CaO、FeO、Al₂O₃、MgO等。熔渣中含量最多的氧化物通常只有三個，其總含量可達80%以上，所以對爐渣性質(zhì)起決定性作用的一般是前三項。例如，大多數(shù)有色冶金熔渣的主要成分是SiO₂、FeO、CaO；高爐煉鐵熔渣的主要成分是SiO₂、CaO、Al₂O₃；煉鋼熔渣的主要成分是SiO₂、CaO、FeO。熔渣是金屬提煉和精煉過程的重要產(chǎn)物之一。然而，不同的熔渣所起的作用是不完全一樣的。

電冶金技術概述

電冶金技術也叫濕法冶金，以區(qū)別于采用火或電的火法熔煉技術。所謂濕法冶金，就是從電解液中電沉積出金屬的過程，它是冶金工業(yè)部門提取金屬的重要方法之一，同時也是提純有色金屬和制取貴重金屬的主要方法。

電冶金與火法冶金比較，具有制品純度高，并且能處理低品位礦石或復雜多金屬礦的優(yōu)點。電冶金技術的要點是將礦石經(jīng)焙燒、粉碎等處理后，用酸(如鹽酸、硫酸)或堿(如硫化堿，即硫化鈉加氫氧化鈉)、鹽(如硫酸亞鐵)等，將礦石中的金屬鹽進行溶解，再對這種含金屬離子的電解液進行電沉積加工。這時采用的陽極是不溶性陽極，而從陰極上獲取金屬材料。當然在電解制取前還要對這種電解液進行提純，將電位較正的異種金屬離子先行取出，然后才進行所需金屬的制取。

電冶金還用于對不純有色金屬的精煉。這時的陽極則是需要提純的金屬，如銅、鎳等。通過電解加工后，從陰極上獲得的是純度很高的金屬材料，其純度通常可以達到99.99%以上。

金屬的電解冶煉和精煉提純，大部分都是在電解質(zhì)的水溶液中進行的。用水溶液電解體系制取的金屬已經(jīng)達到30多種。主要有銅、鋅、鈷、鎳、鐵、鉻、錳、鎘、鉛、銻、錫、銦、金、銀等。其中電解精煉提取的有銅、鎳、鉆、錫、鉛、汞、金、銀、銻、銦等。

除了水溶性電解質(zhì)，在金屬的熔融鹽中也可以電解冶金，并且是制取鋁等重要現(xiàn)代工業(yè)材料的重要技術。

通過熔鹽電解大規(guī)模生產(chǎn)的金屬有鋁、鎂、鈉、鋰、鉀、鈣、鍶、鋇、鈹、鈾、鈦等。這些材料在國民經(jīng)濟中的重要性早巳超過鋼鐵與銅、鎳、鋅等一樣，成為重要的戰(zhàn)略性金屬材料。

電冶金技術應用

(1)銅的電解精煉

電解煉銅是工業(yè)上采用得最早的電化學方法之一，其應用也最廣。因為火法制取的銅的雜質(zhì)含量太高，不適合現(xiàn)代工業(yè)特別是電子工業(yè)對高純度銅的需要。因此大部分(85%～90%)的銅的制取要通過電解法進行精煉。各種銅的組分如圖1所示。

電解精煉銅的陰極沉積層盡管不需要像裝飾性電鍍那樣平滑光亮，但也不能有樹枝狀或疏松的鍍層。因此要適當添加表面活性劑等改善陰極電流分布，使鍍層較為平整光滑。

電解精煉銅與其他電沉積銅的區(qū)別還在于它的規(guī)模是非常大的。為了提高生產(chǎn)效率和降低成本，電解精煉銅采用的是大規(guī)模生產(chǎn)方式。通常是上百個電解槽并聯(lián)或者串聯(lián)工作。所用的槽電壓也比電鍍高得多，約在16～18V。電流密度為200～260

銅的電冶金則是從銅礦石浸取的電解液中進行的。銅礦石的科類很多，如孔雀石、藍銅礦、黑銅礦、硅孔雀石礦、赤銅礦、輝銅礦、斑銅礦、銅藍礦和黃銅礦等。

氧化銅礦用硫酸溶解浸出；硫化礦石是用硫酸鐵溶解；含有金屬銅和氧化物的礦石可以用氨水溶液浸出；孔雀石、藍銅礦和黑銅礦可以稀硫酸溶解；赤銅礦、輝銅礦和斑銅礦則用酸化的硫酸亞鐵溶解；黃銅礦必須先在高溫煅燒使之變成氧化銅，再用酸浸出，用濕法電冶煉；銅的電冶金所用的陽極為鉛板。

(2)銀的電解精煉

用電解精煉銀幾乎是提純金屬銀的唯一方法。因為用這種方法制得的金屬銀，其純度可達99.96%～99.99%。電解精煉銀的電解液如圖2所示。

由于銀的電位很正，因此電解液中的其他金屬雜質(zhì)的影響不眵顯。在槽電壓為1.5V，電流效率為95%時，每噸銀的電能消耗芫400kW·h。

電解銀的陽極泥中含有金、鉑等希貴金屬，還可以再用來提煉這些貴金屬。

(3)金的電解精煉

在電解銅時分離銀、銅之后的陽極泥，精煉銀以后的陽極泥中的金，由礦石冶煉中所提取的金以及廢金飾等都可以用于金的精煉提純。這些材料中除金外，尚夾雜著銅、鉛、銀、鉑族金屬雜質(zhì)等。如果雜質(zhì)金屬含量超過15%，則要用化學法先提純。作為陽極的金的含量不得低于90%。

金的化合物除了氯化物以外，溶解度都很低，而且還不穩(wěn)定，因此都不適合作電解金的電解液。

電解金用的電解液是三氯化金加鹽酸。加入鹽酸的目的是為了增加電解液的電導，同時防止三氯化金的水解。

生成的一氧三氯絡金酸按下式電離。

因此，在中性的氯化金溶液中，主要以一氧三氯絡金酸的形式存在。這時如果以金屬金為陽極進行電解，將不是陽極的金的電化學溶解，而是氧氣的析出，結果使陽極容易鈍化。

電解精煉金的電解槽比較小，一般只有20L，用陶瓷制作。電解液的配方如圖3所示。

電解精煉出來的金的純度可達99.98%一99.99%。

(4)鋅的濕法冶金

鋅是重要的最常用有色金屬之一。在全世界的鍍槽中，有一半左右是鍍鋅液。也就是說鍍鋅的量是所有電鍍液總量的一半。而世界上大約50%鋅則是通過濕法冶金制取的。

將鋅礦石用硫酸浸取，然后制成鍍鋅電解液，最后用不溶性陽極進行電沉積，從陰極上獲得金屬鋅。

工業(yè)上用電解法制鋅最早是美國和加拿大，他們于1914年開始工業(yè)電解冶煉鋅。濕法冶煉鋅方法與當初基本上是一樣的。只是技術和設備更加完善。

與前面幾種有色金屬和貴金屬不同的是，鋅的還原電位比較負，因此很多比鋅電位正的金屬都容易成為在陰極優(yōu)先析出的雜質(zhì)。這使得鋅的電冶金的流程和管理比較復雜。為了排除雜質(zhì)金屬的干擾，在將鋅精礦經(jīng)煅燒成氧化鋅后，經(jīng)酸化浸制成硫酸鋅的溶液。這時要加入鋅粉，將電位比鋅正的金屬(銅、銀、金等)置換并沉淀出來。進行這種分離后的電解液，才能用于濕法冶金。

鋅的濕法冶金分為正規(guī)法和強化法兩種。正規(guī)法是將浮選得到的鋅精礦在550～650℃緩慢煅燒，然后用較低濃度的硫酸溶解(也可以用電解鋅后的電解液)，制成如圖4(a)組成的電解液。

強化法是加大電解液主鹽濃度和電流密度，同時提高鍍液溫度和電流密度。這樣可以獲得較快的電沉積速度，如圖5(b)所示。

冶金熔锍是多種金屬硫化物(如FeS、Cu2S、Ni₃S₂、CoS、Sb₂S₃、PbS等)的共熔體，同時往往溶有少量金屬氧化物及金屬。

冶金熔锍是銅、鎳、鈷等重金屬硫化礦火法冶金過程的重要中間產(chǎn)物。例如，火法處理硫化銅精礦時，常常先進行所謂的造锍熔煉，使Cu₂S、FeS等金屬硫化物熔合形成锍相，而脈石成分與造渣熔劑熔合成渣相，從而實現(xiàn)主金屬與脈石的分離，同時也使貴金屬富集于锍相以便進一步回收。

熔锍的性質(zhì)對于有價金屬與雜質(zhì)的分離、冶煉過程的能耗等都有重要的影響。為了提高有價金屬的回收率、降低冶煉過程的能耗，必須使熔锍具有合適的物理化學性質(zhì)，如熔化溫度、密度、黏度等。