·1740 工程科学学报，第43卷，第12期 的方法是火法处理工艺.在高温还原条件下，有价 Zinc-bearing dust Reductive agent 元素氧化物被还原生成金属蒸气，有价元素蒸气 被烟气氧化后富集于烟尘中，经收集后就可进一 步加工利用2-3刘典型火法工艺中有价元素发生 Drying,blend 的化学反应如表4所示 Zinc fume Rotary kiln Dust collection Crude zinc device oxide 表4火法工艺中发生的化学反应方程式 Kiln slag Table 4 Chemical reaction equations that occur in the pyrometallurgical Rotary kiln cooling tube process Small particles Reaction equation Direct reduced iron Element Sintering plant Reduction reaction first Oxidation reaction in the second step Large particles Blast furnace Zn ZnO(s)+CO)=Zng)+CO2()2Znk+O2()=2ZnO(g) Pb PbO +CO(=Pb(g)+CO2g) 2Pb(+02(g)=2PbO(g) 图1回转窑工艺流程图 In In2O+3CO(g)=2In(g)+3CO2(g)4In(g)+302(g)=2In2Oxg) Fig.I Process flow chart of a rotary kiln Sn SnO2s+2CO)=Sn)+2C02) Sn)+Og)=SnO2(g) 川崎法9.通过分析得出回转窑工艺的优点：回转 Cd Cdos)+COg=Cd(g+CO2)2Cd(g+02()=2CdO(g) 窑工艺脱锌率较高，一般能达到90%以上，钢铁尘 Bi BizO+3CO(g=2Bi(g)+3CO2()4Bi(g)+302g=2Bi2O 泥利用自带碳，不用加燃料或者添加较少的燃料 Fe FeO)+CO()=Feg+CO2) 就可以直接入窑，运行成本低，且具有工艺成熟、 投资低、运行简单等特点.但是回转窑不适宜处 火法处理工艺中元素脱除的基本原理大致可 置低锌物料，并且窑内物料填充率低，产品金属化 分为2类，第1类是Zn、Pb、In等有价元素先发生 率较低，产品质量较差，占地面积大，生产过程中 还原反应生成金属蒸气，后以氧化物的形式进入 常发生结圈现象o 烟气挥发脱除.第2类是以K、Na为代表的蒸气 压较高的元素，在较低的温度下，以氯化物的形式 2.3 Oxycup工艺 Oxycup工艺最早来源于冲天炉冶炼铸铁工艺， 直接挥发脱除.当然也还有一些其他元素经过物 后来由德国蒂森克虏伯钢铁公司开发，用来处理 理化学反应转化为可挥发的物质 钢铁制造流程中产生的冶金固废.该工艺主要包 火法处理工艺主要有熔融还原法、直接还原 括配料混料、压块、硬化干燥、竖炉熔炼和产品收 法等.熔融还原法的代表性工艺是Oxycup工艺 直接还原法的代表性工艺有回转窑工艺、转底炉 集五大部分组成，工艺流程如图2所示. 工艺等.钢铁企业使用较多的是回转窑工艺和转 为了满足竖炉冶炼对透气性的要求，含锌含 底炉工艺，此外还有一部分企业使用Oxycup工 铁尘泥需要混入还原剂和黏结剂通过冷固结球团 艺，下面将详细介绍一下这3种工艺 法制成六棱柱碳砖.具有一定强度的碳砖与焦炭 2.2回转窑工艺 及造渣剂一起送入Oxycup炉冶炼，完成含铁物料 20世纪20年代德国克虏伯公司为处理锌精 的预热、还原、熔化、渣铁分离等冶金过程，最终 炼渣而开发了回转窑工艺，20世纪70年代日本的 生成铁水、炉渣和煤气.铁水经预处理后送往炼 住友钢铁厂对回转窑工艺进行改进5-驹回转窑 钢车间；炉渣可作为建筑材料：煤气可作为预热燃 工艺先进行配料得到锌含量合适的入窑原料，配 料或并入煤气管网，煤气净化产生的粉尘或污泥 加煤粉，直接将两者混合后送人回转窑。煤粉一部 含锌量较高，可外售给制锌厂或进一步进行高附 分燃烧提供热量，一部分作为还原剂将尘泥还原 加值利用] 成窑渣.窑渣筛分后较大颗粒送入高炉冶炼，小颗 目前，Oxycup工艺在德国、墨西哥、日本和中 粒回用于烧结工序B-.粉尘中的锌、铅等元素富 国都得到了应用.墨西哥的斯卡特萨钢铁公司于 集于烟尘，收集后可进一步加工.回转窑工艺流程 1998年建成了年处理能力80万吨的富氧竖炉生 如图1所示 产线.德国蒂森克虏伯公司于2004年建成年处理 回转窑工艺在原来的基础上又发展出了多种 能力40万吨的富氧热风竖炉生产线.日本的新日 类型，主要有威尔兹工艺、SLRN法、SDR法、 铁公司于2005年建成年处理能力60万吨的富氧的方法是火法处理工艺. 在高温还原条件下，有价 元素氧化物被还原生成金属蒸气，有价元素蒸气 被烟气氧化后富集于烟尘中，经收集后就可进一 步加工利用[32−34] . 典型火法工艺中有价元素发生 的化学反应如表 4 所示. 表 4 火法工艺中发生的化学反应方程式 Table 4   Chemical reaction equations that occur in the pyrometallurgical process Element Reaction equation Reduction reaction first Oxidation reaction in the second step Zn ZnO(s) + CO(g) = Zn(g) + CO2(g) 2Zn(g) + O2(g) = 2ZnO(g) Pb PbO(s) +CO(g) =Pb(g) +CO2(g) 2Pb(g) +O2(g) =2PbO(g) In In2O3(s) + 3CO(g) = 2In(g) + 3CO2(g) 4In(g) + 3O2(g) = 2In2O3(g) Sn SnO2(s) + 2CO(g) = Sn(g) + 2CO2(g) Sn(l) + O2(g) = SnO2(g) Cd CdO(s) + CO(g) = Cd(g) + CO2(g) 2Cd(g) + O2(g) = 2CdO(g) Bi Bi2O3(s) + 3CO(g) = 2Bi(g) + 3CO2(g) 4Bi(g) + 3O2(g) = 2Bi2O3(g) Fe FeO(s) + CO(g) = Fe(g) + CO2(g) — 火法处理工艺中元素脱除的基本原理大致可 分为 2 类，第 1 类是 Zn、Pb、In 等有价元素先发生 还原反应生成金属蒸气，后以氧化物的形式进入 烟气挥发脱除. 第 2 类是以 K、Na 为代表的蒸气 压较高的元素，在较低的温度下，以氯化物的形式 直接挥发脱除. 当然也还有一些其他元素经过物 理化学反应转化为可挥发的物质. 火法处理工艺主要有熔融还原法、直接还原 法等. 熔融还原法的代表性工艺是 Oxycup 工艺. 直接还原法的代表性工艺有回转窑工艺、转底炉 工艺等. 钢铁企业使用较多的是回转窑工艺和转 底炉工艺，此外还有一部分企业使用 Oxycup 工 艺，下面将详细介绍一下这 3 种工艺. 2.2    回转窑工艺 20 世纪 20 年代德国克虏伯公司为处理锌精 炼渣而开发了回转窑工艺，20 世纪 70 年代日本的 住友钢铁厂对回转窑工艺进行改进[35−36] . 回转窑 工艺先进行配料得到锌含量合适的入窑原料，配 加煤粉，直接将两者混合后送入回转窑. 煤粉一部 分燃烧提供热量，一部分作为还原剂将尘泥还原 成窑渣. 窑渣筛分后较大颗粒送入高炉冶炼，小颗 粒回用于烧结工序[37−38] . 粉尘中的锌、铅等元素富 集于烟尘，收集后可进一步加工. 回转窑工艺流程 如图 1 所示. 回转窑工艺在原来的基础上又发展出了多种 类型，主要有威尔兹工艺、ＳL/RN 法、ＳDR 法、 川崎法[39] . 通过分析得出回转窑工艺的优点：回转 窑工艺脱锌率较高，一般能达到 90% 以上，钢铁尘 泥利用自带碳，不用加燃料或者添加较少的燃料 就可以直接入窑，运行成本低，且具有工艺成熟、 投资低、运行简单等特点. 但是回转窑不适宜处 置低锌物料，并且窑内物料填充率低，产品金属化 率较低，产品质量较差，占地面积大，生产过程中 常发生结圈现象[40] . 2.3    Oxycup 工艺 Oxycup 工艺最早来源于冲天炉冶炼铸铁工艺， 后来由德国蒂森克虏伯钢铁公司开发，用来处理 钢铁制造流程中产生的冶金固废. 该工艺主要包 括配料混料、压块、硬化干燥、竖炉熔炼和产品收 集五大部分组成[41] ，工艺流程如图 2 所示. 为了满足竖炉冶炼对透气性的要求，含锌含 铁尘泥需要混入还原剂和黏结剂通过冷固结球团 法制成六棱柱碳砖. 具有一定强度的碳砖与焦炭 及造渣剂一起送入 Oxycup 炉冶炼，完成含铁物料 的预热、还原、熔化、渣铁分离等冶金过程，最终 生成铁水、炉渣和煤气. 铁水经预处理后送往炼 钢车间；炉渣可作为建筑材料；煤气可作为预热燃 料或并入煤气管网，煤气净化产生的粉尘或污泥 含锌量较高，可外售给制锌厂或进一步进行高附 加值利用[42] . 目前，Oxycup 工艺在德国、墨西哥、日本和中 国都得到了应用. 墨西哥的斯卡特萨钢铁公司于 1998 年建成了年处理能力 80 万吨的富氧竖炉生 产线. 德国蒂森克虏伯公司于 2004 年建成年处理 能力 40 万吨的富氧热风竖炉生产线. 日本的新日 铁公司于 2005 年建成年处理能力 60 万吨的富氧 Zinc-bearing dust Reductive agent Rotary kiln Direct reduced iron Dust collection device Rotary kiln cooling tube Zinc fume Crude zinc oxide Large particles Kiln slag Small particles Sintering plant Blast furnace Drying, blend 图 1    回转窑工艺流程图 Fig.1    Process flow chart of a rotary kiln · 1740 · 工程科学学报，第 43 卷，第 12 期