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冶煉技術(shù)范文1
【關(guān)鍵詞】純凈鋼；在線檢測(cè)；轉(zhuǎn)爐；精煉；連鑄
前言
所謂潔凈鋼一般是指鋼中雜質(zhì)元素磷、硫、氧、氮、氫（有時(shí)包括碳）和非金屬夾雜物含量很低的鋼。對(duì)于鋼性能要求不同，潔凈度所要求控制的因素也不相同。
潔凈鋼的生產(chǎn)工藝由鐵水預(yù)處理、煉鋼、鋼水爐外精煉、連鑄等多個(gè)工藝環(huán)節(jié)組成。在純凈鋼的冶煉過程中，為獲得成品鋼材的高延展性、高塑性應(yīng)變以及優(yōu)良的表面性能，要求鋼中碳、氮、氧含量盡可能低；為了生產(chǎn)高強(qiáng)度、高韌性、優(yōu)良低溫性能、更高的抗氫斷裂的高質(zhì)量鋼材，要求鋼中低硫、低磷、盡可能低的氮、氧、氫和一定的Ca/S比等。
1、脫硫站鐵水硫、硅的在線檢測(cè)技術(shù)
鐵水脫硫是生產(chǎn)潔凈鋼的第一個(gè)工藝環(huán)節(jié)，對(duì)后序工藝的生產(chǎn)及成本有重要的影響。國(guó)外鋼鐵廠生產(chǎn)潔凈鋼時(shí)，一般將鐵水中的[S]脫至0.008％－0.010％以下。現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中相對(duì)較慢的取樣分析手段使得脫硫站的生產(chǎn)效率低，成為冶煉生產(chǎn)過程中的瓶頸，然而在線定硫技術(shù)能很好地解決這個(gè)問題。
鐵水定硫技術(shù)的原理是根據(jù)鐵水熱力學(xué)，鐵水中硅、碳、硫、氧及溫度存在一定的函數(shù)關(guān)系：
lg[Si]=f（E，T）
lg[S]=f（E，Si，T）
式中E－鐵水中氧電勢(shì)，T－鐵水溫度
通過測(cè)量鐵水中的氧電勢(shì)E和鐵水溫度T，就能直接測(cè)量鐵水中的硫、硅，為煉鋼工作者提供測(cè)量依據(jù)。
使用鐵水在線定硫技術(shù)可以節(jié)省取樣分析時(shí)間4－10分鐘、提高脫硫站的生產(chǎn)效率，節(jié)約脫硫噴吹反應(yīng)物消耗，提供精確可靠硫、硅含量，為下道工序的配料提供依據(jù)，進(jìn)一步促進(jìn)后道工藝控制。
2、轉(zhuǎn)爐副槍鋼水氧、碳、磷的在線檢測(cè)技術(shù)
純凈鋼在轉(zhuǎn)爐的冶煉中，轉(zhuǎn)爐副槍系統(tǒng)是不可缺少的高效自動(dòng)檢測(cè)手段。副槍系統(tǒng)的目的是為了配合轉(zhuǎn)爐的動(dòng)態(tài)控制模型達(dá)到終點(diǎn)命中，也就是溫度和碳的終點(diǎn)達(dá)到目標(biāo)值。使用副槍系統(tǒng)能獲得煉鋼所必須的成分和溫度的數(shù)據(jù)，達(dá)到自動(dòng)的終點(diǎn)控制、縮短吹煉時(shí)間提高生產(chǎn)效率、減輕轉(zhuǎn)爐操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度、減少爐襯耐材的消耗、節(jié)約能源、良好的過程控制、節(jié)約脫氧劑等加入量、減少噴濺等多種經(jīng)濟(jì)效益。
副槍在測(cè)量過程中，使用2種探頭，一種為TSC型探頭，用于吹煉過程中的測(cè)量，測(cè)量轉(zhuǎn)爐過程的溫度、碳含量并取樣，根據(jù)TSC測(cè)量結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)爐冶煉動(dòng)態(tài)模型計(jì)算。另外一種為TSO型探頭，用于終點(diǎn)控制，測(cè)量鋼水的溫度，氧含量，碳含量，液面高度并取樣，判斷是否到達(dá)吹煉終點(diǎn)。
潔凈鋼的生產(chǎn)，對(duì)磷的控制也非常嚴(yán)格，一般要求磷含量控制在50ppm以下，由于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)磷含量預(yù)測(cè)精度不能滿足生產(chǎn)要求，一般鋼廠只能依靠分析試樣獲取磷成分信息，存在磷含量信息獲取的滯后性，影響轉(zhuǎn)爐冶煉周期，或者需要增加石灰等脫磷物料的消耗以保證轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)磷含量滿足于鋼種要求。
目前最新的副槍定磷技術(shù)，是基于鋼水中磷含量與鋼水的溫度、鋼中氧含量、爐渣溫度、爐渣氧含量、渣量、鐵水成分存在特定的函數(shù)關(guān)系：
P％=f（Tsteel，Tslag，Osteel，Oslag，渣量，鐵水成分等）
當(dāng)副槍TSO探頭測(cè)量時(shí)，能測(cè)量得到鋼水的氧含量和溫度，當(dāng)副槍TSO探頭提升時(shí)，能測(cè)定渣中氧和溫度，并且由鋼廠控制系統(tǒng)可獲得鐵水的原始成分及渣量（渣層厚度），通過這些數(shù)據(jù)獲取就可計(jì)算出鋼水的磷含量。
3、精煉爐鋼水游離氧、酸溶鋁、渣氧的在線檢測(cè)技術(shù)
潔凈鋼的精煉過程，就是創(chuàng)造最佳的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件，減少夾雜物的生成數(shù)量、促使其上浮，盡量減少鋼中雜質(zhì)元素的含量，嚴(yán)格控制鋼中的夾雜物，包括夾雜物的數(shù)量、尺寸、分布、形狀、類型，以達(dá)到減少鋼中溶質(zhì)元素的含量的目的。所以，精煉過程中的元素含量的檢測(cè)和控制就顯得非常重要。
控制鋼水中的氧含量是非常重要的，特別是了解鋼水中的氧活度，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本有巨大的作用。
3.1定氧技術(shù)
以成功的定氧技術(shù)為爐外精煉在線檢測(cè)的發(fā)展提供了保證。定氧探頭以氧電池來測(cè)量鋼液中氧電勢(shì)，測(cè)溫探頭來測(cè)量鋼液的溫度，根據(jù)能斯特公式計(jì)算出鋼液中的氧活度。其原理如圖1。
精煉過程中無需取樣分析，而且直接測(cè)定的是取樣所不能分析的鋼中氧活度，能更好判斷鋼液的質(zhì)量。除了能直接測(cè)定鋼水的氧活度外，該探頭還擴(kuò)展了其的應(yīng)用。
3.1.1精煉爐內(nèi)定氧定鋁
其原理是鋼液通過鋁脫氧后，鋼液內(nèi)的氧活度與酸溶鋁是平衡的，測(cè)量鋼水溫度和氧電勢(shì)，能計(jì)算出鋼液中的酸溶鋁含量。根據(jù)計(jì)算公式，氧電勢(shì)必須具有極高的精度才能保證酸溶鋁的精度。幸運(yùn)的是，賀利氏電測(cè)騎士公司生產(chǎn)的氧電池定氧的范圍：1-1000×10-6，氧電勢(shì)能保證±2mv的精度，保證測(cè)定的酸溶鋁精度在3%以內(nèi)，基本與光譜分析相同，圖2表示探頭檢測(cè)與實(shí)驗(yàn)室分析酸溶鋁精度的比較，從圖上可見，兩者達(dá)到非常好的相關(guān)性。
因此可以不用取樣分析，在6秒的時(shí)間內(nèi)直接讀出酸溶鋁含量，通過在線快速定鋁，快速調(diào)整鋁含量，達(dá)到目標(biāo)鋁含量，從而保證有足夠的時(shí)間進(jìn)行底吹氬攪拌的操作，夾雜物能充分上浮，提高鋼的純凈度。其應(yīng)用：
1）吹氬站的快速定氧定鋁：吹氬站在目前的煉鋼生產(chǎn)過程中起到調(diào)節(jié)生產(chǎn)節(jié)奏，調(diào)整和均勻溫度、成分，提高鋼水的純凈度等作用。吹氬站配置喂絲機(jī)，通過喂鋁絲進(jìn)一步脫氧及合金化，喂硅鈣絲改善夾雜物形態(tài)等。由于生產(chǎn)節(jié)奏快，取樣分析需要很長(zhǎng)的時(shí)間，因此國(guó)內(nèi)許多鋼廠的吹氬站用定氧來定鋁，不僅得到氧活度，而且知道酸溶鋁含量，從而能快速進(jìn)行補(bǔ)喂鋁絲，達(dá)到目標(biāo)成分。從而有更多的時(shí)間來進(jìn)行吹氬處理，提高鋼水的純凈度，許多研究結(jié)論表明：足夠的吹氬時(shí)間是必須的，能促使夾雜物上浮，鋼水中氧化物夾雜進(jìn)一步減少。
2）LF內(nèi)氧活度和酸溶鋁的控制：LF爐內(nèi)除了能測(cè)定鋼中的酸溶鋁的功能外，通過測(cè)定鋼中氧含量，從而調(diào)整工藝，提高脫硫能力。眾所周知，鋼中的氧含量的高低與脫硫反應(yīng)密切相關(guān)。
3）RH內(nèi)氧含量的控制：RH內(nèi)通過C-O反應(yīng)生成CO，由于真空反應(yīng)罐內(nèi)CO的分壓小，脫碳反應(yīng)徹底，能進(jìn)行深脫碳。當(dāng)然控制鋼水內(nèi)的氧活度非常關(guān)鍵，不僅能提高脫碳效率，同時(shí)能提高合金化的效率，從而提高鋼水質(zhì)量。目前定氧技術(shù)已在RH上成熟運(yùn)用。
3.2精煉爐內(nèi)（FeO）測(cè)量
煉鋼就是煉渣，了解爐渣的特性對(duì)提高精煉的效率是非常有效的。爐渣型定氧探頭能快速測(cè)量爐渣中的（FeO）或（FeO）+（MnO），直接判斷爐渣的氧化特性，可快速調(diào)整爐渣，提高精煉爐的效率。而如需取樣分析則需幾個(gè)小時(shí)，不能起到指導(dǎo)生產(chǎn)的作用。（FeO）探頭的測(cè)量范圍：0.5-30%，能滿足定量檢測(cè)爐渣的要求。爐渣定氧技術(shù)有極高精度，圖3表示渣氧探頭非常高的重現(xiàn)性。由于能定量分析爐渣的氧位，為調(diào)整爐渣，提高爐渣的脫硫能力，減少連鑄過程中的鋁的損耗有非凡的意義。LF處理過程中爐渣的調(diào)整的作用：
1）提高爐渣的脫硫能力：許多研究表明通過控制鋼水和爐渣的氧位，能顯著提高爐渣的脫硫能力：
爐渣中（FeO）含量對(duì)爐渣的脫硫能力和脫硫的效率有很大的影響。同時(shí)通過配置精煉渣，控制爐渣的厚度（即用量）也能減少澆注過程中鋁的損耗，也就是減少過程夾雜物的產(chǎn)生。渣層越厚，澆注過程鋁的損耗越大。
4、精煉爐、中間包鋼水氫、氮的在線檢測(cè)技術(shù)
4.1在線定氫技術(shù)
溶解于鋼中的氫的析出是造成縮孔、白點(diǎn)、發(fā)裂、不同類型氣泡等缺陷的主要原因；溶解于鋼中而未析出的氫氣會(huì)降低鋼的強(qiáng)度極限、斷面收縮率、延伸率和沖擊韌性，其中后三者的降低更為嚴(yán)重。鋼中氫在大多數(shù)情況下對(duì)鋼的性能是有害的，一般來說，潔凈鋼氫含量要求控制在
在線定氫的原理是通過循環(huán)泵向鋼液內(nèi)吹入載氣氮?dú)猓瑲怏w通過鋼液時(shí)，鋼液中的氫向循環(huán)氣體內(nèi)擴(kuò)散，再通過多孔透氣塞把氣體吸收進(jìn)循環(huán)管內(nèi)，經(jīng)過不斷循環(huán)，直至氮?dú)夂蜌錃膺_(dá)到飽和平衡。通過分析混合氣體中的氫分壓，就可以計(jì)算鋼液中的氫含量。
一般來說，分析氫含量必須先取樣，送實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，且分析時(shí)間長(zhǎng)，不能作為指導(dǎo)生產(chǎn)上使用的常規(guī)方法。在線定氫系統(tǒng)能在40－70秒內(nèi)測(cè)量出鋼液中的氫含量，可以為煉鋼工作者提供氫含量的可靠依據(jù)，從而指導(dǎo)常規(guī)生產(chǎn)。
4.2在線定氮技術(shù)
鋼水氮的在線檢測(cè)能直接測(cè)量液態(tài)鋼水的氮含量，其原理是通過使用氦氣及氮?dú)獾幕旌蠚怏w的載氣，在開路系統(tǒng)中循環(huán)，根據(jù)熱傳導(dǎo)率的不同，測(cè)量混合氣體的熱傳導(dǎo)率，從而測(cè)定鋼水中氮含量。
5、連鑄清潔取樣技術(shù)
一般的成品樣都在連鑄中間包內(nèi)完成，保證成品樣不受污染，真正代表鋼水的潔凈度。目前最先進(jìn)的全氧取樣技術(shù)，在取樣過程中采用氬氣吹掃，真空技術(shù)及氬氣冷卻，保證所取試樣不受二次氧化，表明呈金屬銀亮色，用來分析鋼水的氮、氫、全氧等。
6、結(jié)語
冶煉技術(shù)范文2
關(guān)鍵詞：鋼鐵冶煉；節(jié)能技術(shù)；節(jié)能減排
能源是一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也使得整個(gè)社會(huì)對(duì)能源的需求越來越多，很多能源都屬于是非可再生型的類別，所以當(dāng)前我國(guó)也面臨著比較嚴(yán)重的能源危機(jī)問題。而鋼鐵產(chǎn)業(yè)又是社會(huì)發(fā)展中非常重要的一個(gè)行業(yè)，所以在這一過程中，發(fā)展鋼鐵冶煉系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)就有著十分重大的社會(huì)意義。
1 我國(guó)鋼鐵冶煉系統(tǒng)節(jié)能現(xiàn)狀
1.1 鋼鐵冶煉系統(tǒng)建設(shè)取得了十分驕人的成績(jī)
最近幾年，我國(guó)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中對(duì)鋼鐵行業(yè)有著非常高的實(shí)際需求，但是鋼鐵行業(yè)的發(fā)展對(duì)能源的消耗也日漸增多，在這樣的情況下也提出了更加嚴(yán)格的節(jié)能減排的要求，鋼鐵行業(yè)在發(fā)展的過程中也在積極的貫徹和落實(shí)這項(xiàng)政策，同時(shí)節(jié)能減排的意識(shí)也在逐漸的深入到企業(yè)管理者的思想意識(shí)當(dāng)中。在國(guó)家的統(tǒng)一規(guī)劃和部署當(dāng)中，一定要更加深入的去執(zhí)行相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和要求，利用所有的有利條件，對(duì)我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)和能源政策進(jìn)行有效的改革。其次就是鋼鐵產(chǎn)業(yè)在發(fā)展當(dāng)中一定要學(xué)習(xí)和引進(jìn)其他國(guó)家比較先進(jìn)和完備的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和管理經(jīng)驗(yàn)，重視產(chǎn)品消耗的改善，在這一過程中還要重視的一點(diǎn)就是能源的二次利用。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示采用最為先進(jìn)的技術(shù)能夠產(chǎn)生非常好的節(jié)能減排的效果。而這些技術(shù)的應(yīng)用也使得鋼鐵行業(yè)對(duì)環(huán)境所造成的不利影響也正在減弱，在這一過程中我們也要知道，鋼鐵行業(yè)自身的發(fā)展也存在著非常強(qiáng)的不平衡性，所以從整體的角度上來說，環(huán)境保護(hù)工作還是一個(gè)任重而道遠(yuǎn)的問題。
1.2 和國(guó)外相比還存在著比較大的差距
我國(guó)鋼鐵行業(yè)發(fā)展的形勢(shì)存在著非常強(qiáng)的不均衡的特征，一些企業(yè)在節(jié)能環(huán)保上已經(jīng)有了非常先進(jìn)的技術(shù)，但是有一些企業(yè)和國(guó)際先進(jìn)水平相比還有著非常大的差距，而這種差距主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先就是水的利用，水資源的利用效率和新水的消耗總量存在著非常大的差距。其次是體現(xiàn)在治理程度上，很多國(guó)外的企業(yè)在鋼鐵生產(chǎn)中治理污染的領(lǐng)域更加的廣闊，同時(shí)治理更加的徹底，這是我國(guó)一些鋼鐵企業(yè)無法達(dá)到的。再次就是裝備的水平上，當(dāng)前我國(guó)很多的企業(yè)在實(shí)際的工作中生產(chǎn)設(shè)備的性能上和國(guó)外的先進(jìn)企業(yè)相比有著非常大的差距。最后一點(diǎn)是在理念上還是存在著比較大的差異，在我國(guó)，很多鋼鐵企業(yè)在管理模式上和國(guó)外的企業(yè)相比明顯是比較落后的，在這樣的情況下，我國(guó)鋼鐵企業(yè)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用效率也不是非常的高，所以在鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的過程中會(huì)出現(xiàn)較大的污染，同時(shí)這種情況也不是非常容易處理，這樣一來也使得能源的消耗明顯增加。
1.3 技術(shù)節(jié)能成為了主要的節(jié)能方式
在生產(chǎn)的過程中，節(jié)能的方式有很多種，在這些節(jié)能方式中，技術(shù)節(jié)能是非常關(guān)鍵的一個(gè)方式，這種節(jié)能方式對(duì)鋼鐵產(chǎn)業(yè)的節(jié)能業(yè)有著非常顯著的作用，技術(shù)節(jié)能的高度發(fā)展可以十分有效的降低鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)成本，同時(shí)對(duì)企業(yè)整體結(jié)構(gòu)和經(jīng)營(yíng)策略的調(diào)整也有著十分重要的作用，當(dāng)前，我國(guó)對(duì)鋼鐵企業(yè)的節(jié)能減排工作明顯提出了更加嚴(yán)格的要求，想要達(dá)到這一目的，在實(shí)際的工作中，一定要不遺余力的去普及節(jié)能技術(shù)，所以從這個(gè)層面上來說，鋼鐵企業(yè)在發(fā)展的過程中必須要不斷的對(duì)鋼鐵冶煉行業(yè)的每一個(gè)環(huán)節(jié)都予以高度的重視，對(duì)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，使用新型的節(jié)能技術(shù)，從而也很好的減少了生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染和能源消耗，促進(jìn)我國(guó)鋼鐵企業(yè)的健康發(fā)展，同時(shí)還要使用新的設(shè)備，工欲善其事，必先利其器，所以良好的設(shè)備也是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)所必不可少的。
2 鋼鐵冶煉系統(tǒng)常用的節(jié)能技術(shù)
2.1 轉(zhuǎn)爐實(shí)現(xiàn)負(fù)能煉鋼
實(shí)現(xiàn)負(fù)能煉鋼主要在能量的消耗和回收這兩個(gè)方面做文章。使用轉(zhuǎn)爐就是降低能耗的手段之一，一是可以降低電力資源的損耗，二是可以降低氧氣的損耗率。在降低能耗的同時(shí)要強(qiáng)化煤氣和蒸汽的回收，目前我國(guó)在這一方面還有很大的提升空間。另外要注重優(yōu)化工藝，具體的說一是要提高供氧強(qiáng)度。供氧強(qiáng)度一般為爐容比、造渣工藝所影響。二是提高成渣速度，這和供氧強(qiáng)度關(guān)系密切。三是復(fù)吹工藝優(yōu)化。復(fù)吹可以延長(zhǎng)回收的時(shí)間，這是提高回收量的直接手段。四是采用計(jì)算機(jī)控制。采用計(jì)算機(jī)控制更加精準(zhǔn)，有利于實(shí)現(xiàn)負(fù)能煉鋼。
2.2 蓄熱式軋鋼加熱爐技術(shù)
蓄熱式加熱爐應(yīng)用比較廣泛，它的優(yōu)點(diǎn)也比較顯著。一是通過回收余熱可以降低燃耗。二是采用蓄熱式加熱爐對(duì)環(huán)境污染較小，特別是大大降低了氮氧化物的排放量。三是蓄熱式加熱爐與傳統(tǒng)加熱爐相比，在爐內(nèi)不同部位的溫度一般不會(huì)出現(xiàn)相差很大的現(xiàn)象。四是蓄熱式軋鋼加熱爐的科技化含量高，維修率低，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。五是通過使用蓄熱式加熱爐可以大大提高燃燒溫度。六是應(yīng)用時(shí)燃燒噪聲較低，改善了工作環(huán)境。正是由于蓄熱式加熱爐的這些優(yōu)點(diǎn)，使得它迅速在我國(guó)鋼鐵企業(yè)中推廣使用。
2.3 干熄焦技術(shù)
干熄焦與濕熄焦的直接區(qū)別就在于是利用水還是利用稀有氣體來進(jìn)行熄焦操作。由于干熄焦使用稀有氣體，僅從對(duì)水資源的消耗上來看，干熄焦就有著先天的優(yōu)勢(shì)。一是可以節(jié)省用水量，這是一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)。二是由于水參與冶煉過程，必然會(huì)增加污染物的排放，例如氰化合物、硫化物等等，這些物質(zhì)既危害環(huán)境又腐蝕設(shè)備。三是由于稀有氣體的穩(wěn)定性，采用干熄焦的焦炭質(zhì)量比濕熄焦要高很多。
2.4 高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置
高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置是一種回收裝置，主要用于將高爐爐頂煤氣的壓力能轉(zhuǎn)化為電能，這種發(fā)電方式不但降低了環(huán)境污染，而且還有利于穩(wěn)定爐頂壓力，可謂一舉多得。在實(shí)際應(yīng)用中，配合高爐煤氣干法除塵裝備可以取得更加顯著的效果，提高發(fā)電的效率。
結(jié)束語
鋼鐵冶煉能耗大已是共識(shí)，面對(duì)十二五規(guī)劃中對(duì)鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排的硬性指標(biāo)，如何有效地進(jìn)行技術(shù)更新，達(dá)到節(jié)約能耗的目的是所有鋼鐵企業(yè)都必須要研究的問題，而事實(shí)上我國(guó)鋼鐵企業(yè)通過技術(shù)革新已經(jīng)在很多方面取得了進(jìn)步，但是發(fā)展還不均衡，很多新技術(shù)還未推廣應(yīng)用，仍有較大差距。
參考文獻(xiàn)
[1]堯云剛.冶金工業(yè)用電降耗途徑分析[J].科技傳播，2010（17）.
冶煉技術(shù)范文3
關(guān)鍵詞：銅鉛鋅冶煉廠；環(huán)境污染；治理
中圖分類號(hào)：TE08文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
引言
對(duì)有色行業(yè)，特別是銅鉛鋅冶煉行業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造和提高環(huán)保技術(shù)水平是降低污染、減少污染，做到增產(chǎn)不增污的根本途徑。
1、污染狀況
1.1、廢氣污染
在銅鉛鋅冶煉廠中排放的煙氣中含有二氧化硫，氮氧化合物以及鉛、鋅、砷、鎘、汞等金屬化合物及粉塵，還有部分未燃燒完全的兒粉及碳黑。每年被煙氣帶走的金屬的粉塵數(shù)量巨大，其中含銅、鉛、砷、鎘、汞。在氣體污染物中，以二氧化硫?qū)Υ髿馕廴咀顬閲?yán)重。廠區(qū)大氣中二氧化硫平均濃度超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)1~4倍，含鉛超標(biāo)，有的操作崗位附近空氣中含鉛濃度超標(biāo)，因此，從事煉鉛作業(yè)的職工幾乎很容易鉛中毒，同時(shí)砷的污染也很嚴(yán)重。
1.2、水質(zhì)污染
每天排放污水量飛非常大，每年從污水中排放的重金屬特別多，包括銅、鉛、鋅、隔、砷。污水中這些元素的含量大部分都超過排放標(biāo)準(zhǔn)，直接排入明渠，灌溉農(nóng)田，使農(nóng)作物遭受嚴(yán)重污染，尤以鎘的污染危害最為明顯。例如，鉛、鋅冶煉過程中排放的含鎘污水，每年排放鎘量高達(dá)十余噸。會(huì)污染土壤，土壤中含鎘量致使農(nóng)作物含鎘高；另一方面，這些廢水排入江河，也對(duì)水產(chǎn)資源造成嚴(yán)重破壞。
1.3、廢渣污染
每年產(chǎn)生的廢渣，包括銅渣、鉛渣，鋅渣，棄渣每年含鋅、鉛、銅數(shù)量非常高，此外由于鋅生產(chǎn)設(shè)備不平衡，鋅浸出渣不能全部返回回轉(zhuǎn)窯處理，這些廢渣不僅損失了大量金屬，也造成了污染農(nóng)田、土地的惡果。
1.4、噪聲污染
噪聲污染是工業(yè)發(fā)展中的一個(gè)新問題，當(dāng)噪聲超過80分貝時(shí)，對(duì)人體健康就有危害，進(jìn)行銅鉛鋅冶煉的時(shí)候噪聲污染也很嚴(yán)重。嚴(yán)重影響到人們的身體健康。
2、有色行業(yè)污染現(xiàn)狀和存在問題
2.1、有色行業(yè)仍為“三廢”污染的大戶
早年的資料可以知道，當(dāng)年有色企業(yè)工業(yè)廢水排放量為3.9億t，占全國(guó)工業(yè)廢水排放總量的1.71%，有色行業(yè)廢氣排放量為3778億m3，其中SO2為53.8萬t，占全國(guó)SO2排放量的2.9%；有色行業(yè)固體廢棄物產(chǎn)生量為7721萬t，占全國(guó)的7.2%；固體廢棄物累積儲(chǔ)存量達(dá)16.82億t，占地面積8513.59萬m2。隨著工業(yè)廢水帶到環(huán)境中的有害物質(zhì)汞年排放量為6.86t，銅93.02t，鉛286.24t，砷159.12t；此外還有564.50t銅、2005.40t鋅等有價(jià)金屬隨著廢水排人環(huán)境中。有色行業(yè)中銅鉛鋅重有色冶煉企業(yè)的工業(yè)廢水排放量為1.95億t，占有色行業(yè)的50%；工業(yè)廢氣排放量為747億m3，占有色行業(yè)的20%；SO2的排放量為43.7萬t，占有色行業(yè)的81.3%。可見，有色行業(yè)是我國(guó)產(chǎn)生“三廢”污染的大戶，其中尤以銅鉛鋅企業(yè)為甚。
2.2、存在一些典型污染物且情況較嚴(yán)重
在工業(yè)廢氣方面，雖然重金屬重冶煉高濃度SO2回收裝置已基本配齊，大中型直屬企業(yè)進(jìn)廠原料硫利用率逐年有所提高，但1997年僅達(dá)到77.52%，主要是由于部分地區(qū)以鉛燒結(jié)煙氣為代表的低濃度SO2未能綜合利用，每年銅鉛鋅企業(yè)SO2外排量仍達(dá)43.7萬t，相當(dāng)于可制硫酸65萬t；其次，有色行業(yè)煙塵、粉塵的排放情況與往年相比雖有所改善，但在銅鉛鋅企業(yè)中仍處于凈化效率低、嚴(yán)重影響環(huán)境空氣質(zhì)量的狀況。
在工業(yè)廢水方面，雖然廢水復(fù)用率和達(dá)標(biāo)率逐年提高，1997年僅達(dá)到72.85%，與國(guó)家要求的復(fù)用率在85%以上的水平差距較大，同時(shí)根據(jù)最新的企業(yè)上報(bào)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：工業(yè)廢水中一、二類污染物存在排放量增加的趨勢(shì)，其中六價(jià)鉻、汞及二類有機(jī)污染物排放量明顯增加；在濃度指標(biāo)方面，總鉛、總汞、揮發(fā)酚超標(biāo)程度加劇。企業(yè)采用一些老、舊、低效的處理工藝和設(shè)備是造成上述現(xiàn)象的主要因素。
在工業(yè)固體廢棄物方面，固廢綜合利用率沒有大的提高，1997年為7%，但與全國(guó)的平均30%相比差距很大。根據(jù)國(guó)家環(huán)保局在全國(guó)開展的首次工業(yè)固體廢棄物申報(bào)登記工作的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，有色行業(yè)位于全國(guó)產(chǎn)生固體廢物的10個(gè)最多行業(yè)之列，其中有色金屬冶煉及壓延加工業(yè)、有色金屬礦采選業(yè)分列產(chǎn)生危險(xiǎn)廢物最多的10個(gè)行業(yè)中的第2、3位。
2.3、有色行業(yè)的發(fā)展將受環(huán)境的制約
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，有色金屬產(chǎn)量增加，所需資源、能源消耗量會(huì)隨之增加，這將對(duì)環(huán)境造成極大的壓力。根據(jù)宏觀綜合排放系數(shù)法計(jì)算預(yù)測(cè)，如有色金屬產(chǎn)量保持600萬t，廢水排放量將達(dá)40050萬t，SO2排放量60萬t，固體廢物產(chǎn)生量8500萬t，粉塵排放量13萬t。如果不盡快解決目前有色行業(yè)技術(shù)裝備總體水平落后、能源結(jié)構(gòu)不合理、工業(yè)污染控制技術(shù)水平低的局面，有色行業(yè)的環(huán)境污染問題將更加突出，從而嚴(yán)重制約有色行業(yè)的發(fā)展。
3、對(duì)策
3.1、有效地利用資源
目前，世界先進(jìn)國(guó)家的重有色冶煉廠的綜合利用率均在80%以上，綜合利用程度比我國(guó)高得多。我國(guó)各重冶企業(yè)的綜合利用發(fā)展很不平衡，差的企業(yè)其綜合利用率只百分之十幾，甚至更低；搞得較好的株洲冶煉廠，1980年綜合利用率也只達(dá)68.24%。因此各有色冶煉企業(yè)尚需進(jìn)一步努力搞好綜合利用，盡量做到`使用較少的原料，生產(chǎn)較多的金屬產(chǎn)品，以充分利用國(guó)家資源。
特別是銅鉛鋅冶煉原料中的稀散金屬都是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)必不可少的重要材料，如鍺、鎵、錮、硒、碲、砷等。但這些稀散金屬大都沒有本身的單獨(dú)礦床，而是伴生于銅、鉛、鋅等有色金屬礦物中，因此在銅鉛鋅冶煉過程中綜合回收稀散金屬就具有更重要的意義。
3.2、硫煙混合制酸和汞的回收
一般鉛燒結(jié)煙氣含SO2濃度為1~2.5%，不能單獨(dú)制酸，若采用吸收凈化法，則設(shè)備復(fù)雜，吸收劑昂貴，還需處理吸收物，經(jīng)濟(jì)效果差。銅鉛鋅冶煉綜合建廠，就可采用鋅沸騰焙燒高濃度硫煙(SO26~8%)和鉛燒結(jié)低濃度硫煙混合制酸，這種方法技術(shù)可行，鉛鋅共一套制酸系統(tǒng)，投資少又便于管理，經(jīng)濟(jì)效果好。當(dāng)然，改進(jìn)燒結(jié)工藝，如采用鼓風(fēng)燒結(jié)，亦是提高鉛燒結(jié)煙氣SO2濃度的一個(gè)有效辦法。
鉛鋅精礦中均含有汞，某些鋅礦中含汞還較高，株冶使用的鋅精礦平均含汞0.0028%；韶冶處理的凡口鉛鋅混合精礦平均含汞0.053%，按年產(chǎn)5萬噸鉛鋅計(jì)算，所處理的原料中含汞量每年可達(dá)幾十噸，在冶煉過程中，由于受高溫氧化作用，絕大部分的汞隨煙氣進(jìn)入煙塵、酸泥、污水和硫酸中。韶冶成品酸的汞含量達(dá)100ppm，制酸尾氣含汞也高(約0.24毫克/m3)，含高汞硫酸銷售后，可能產(chǎn)生汞的再次污染。因此必須解決從鋅焙燒(或鉛燒結(jié))煙氣中綜合回收汞的問題。韶冶于1980年9月裝備一套用碘絡(luò)合法從制酸煙氣回收汞的工業(yè)試驗(yàn)設(shè)備。目前能處理煙氣量為40000~45000(m3/h)，按含汞40(毫克/ m3)計(jì)算，每天吸收汞39~40公斤。這種方法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果較好，所產(chǎn)硫酸和排放尾氣含汞均達(dá)到標(biāo)誰，可進(jìn)一步加以完善，推廣。
3.3、關(guān)干稀散金屬的綜合回收
近幾年來，大多數(shù)銅鉛鋅冶煉廠對(duì)稀散金屬都作了綜合回收的試驗(yàn)，并進(jìn)行了生產(chǎn)，但普遍存在綜合回收率低，產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定的現(xiàn)象。筆者認(rèn)為，除存在技術(shù)問題外，更主要的是由于各工廠普遍存在重主產(chǎn)品，輕綜合回收所致。稀散金屬生產(chǎn)長(zhǎng)期無全國(guó)統(tǒng)一規(guī)劃，其產(chǎn)量在工廠里屬軟指標(biāo)，能收多少算多少，致使稀散金屬白白流失，既浪費(fèi)資源，又污染環(huán)境。此外，某些稀散金屬的應(yīng)用，尚需進(jìn)一步研究和推廣。要搞好銅鉛鋅冶煉廠稀散金屬的綜合回收，首先是對(duì)稀散金屬的生產(chǎn)和應(yīng)用要有個(gè)全國(guó)的統(tǒng)一規(guī)劃，根據(jù)各廠實(shí)際，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，制定每年生產(chǎn)的品種、產(chǎn)量和綜合回收計(jì)劃，工廠要象完成主產(chǎn)品一樣完成稀散金屬的各項(xiàng)指標(biāo)。二是要組織有關(guān)研究院所和工廠，進(jìn)一步研究和推廣稀散金屬的應(yīng)用以及提取稀散金屬的經(jīng)濟(jì)工藝，以提高質(zhì)量，擴(kuò)大品種。三是工廠要千方百計(jì)提高稀散金屬的綜合回收率，增加產(chǎn)量，加強(qiáng)管理，減少消耗，降低成本，盡量降低銷售價(jià)格。
3.4、工業(yè)廢水的處理
目前我國(guó)大多數(shù)銅鉛鋅冶煉廠的工業(yè)廢水，普遍未加處理排放，其中含有重金屬離子氯、氟及酸等，造成水源的嚴(yán)重污染，危害工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和水產(chǎn)業(yè)，嚴(yán)重影響人民的身體健康。我們認(rèn)為，采用分段沉清和集中處理相結(jié)合的方法，即先在各生產(chǎn)車間建設(shè)簡(jiǎn)易沉清池，分段沉清，全廠建筑總廢水處理站。工業(yè)廢水先進(jìn)人簡(jiǎn)易沉清池，自然沉清或加混凝劑，凝聚沉清，沉渣掏出自然千燥后，按含不同的金屬分別送歸各系統(tǒng)進(jìn)行回收。上清液盡量循環(huán)使用，不符合循環(huán)使用要求的才排送總廢水處理站，以減少總廢水的處理量。
結(jié)束語
銅鉛鋅冶煉廠對(duì)環(huán)境的污染情況有待進(jìn)一步提高，所以需要不斷的完善各個(gè)方面的條件，采取相應(yīng)的措施針對(duì)存在的問題，從而降低環(huán)境污染。
參考文獻(xiàn)
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冶煉技術(shù)范文4
關(guān)鍵詞：廢鉛蓄電池 ，鉛回收 ，污染控制，最佳可行技術(shù)
Abstract: this paper holds lead recovery smelting process best feasible process flow, best feasible process parameters and disposal system integrated control, pollutants cut and pollution prevention measures and technical and economic applicability and five aspects, of the lead recovery smelting pollution control holds the best feasible technology to make full demonstration, in the lead battery recycling waste disposal facilities lead in the construction of technical options, engineering design, engineering construction, operation, supervision and management of facilities to work has the important meaning.
Keywords: waste lead batteries, lead recovery, pollution control, best feasible technology
中圖分類號(hào)： TM912 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
1、前言
我國(guó)的廢蓄電池再生鉛生產(chǎn)技術(shù)研究起步較晚，無論從技術(shù)水平還是裝備水平來看與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有較大的差距。廢鉛酸蓄電池鉛回收的主要工藝可分為火法、濕法和火濕聯(lián)用法三大類別。其中火法冶煉工藝可分為無預(yù)處理混煉、無預(yù)處理單獨(dú)冶煉和預(yù)處理單獨(dú)冶煉工藝。
無預(yù)處理混煉就是將廢鉛酸蓄電池經(jīng)去殼倒酸簡(jiǎn)單處理后，進(jìn)行火法混合冶煉，得到鉛銻合金。該工藝金屬回收率平均為85~90%，廢酸、塑料及銻等元素未合理利用，污染嚴(yán)重。
無預(yù)處理單獨(dú)冶煉就是廢蓄電池經(jīng)破碎分選后分出金屬部分和鉛膏部分，二者分別進(jìn)行火法冶煉，得到鉛銻合金和精鉛，該工藝回收率平均水平為90~95%，污染控制較第一類工藝有較大改善。
預(yù)處理單獨(dú)冶煉工藝就是將廢蓄電池經(jīng)破碎分選后分出金屬部分和鉛膏部分，鉛膏部分脫硫轉(zhuǎn)化，然后二者再分別進(jìn)行火法冶煉，得到鉛銻合金和軟鉛，該工藝金屬回收率平均為95%以上。
目前，關(guān)于最佳污染控制技術(shù)和最佳環(huán)境實(shí)踐較多，某些環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域、某些行業(yè)也已實(shí)施最佳污染控制技術(shù)和最佳環(huán)境實(shí)踐，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)建設(shè)與環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展，取得了一定成效和經(jīng)驗(yàn)。但是，在廢鉛酸蓄電池鉛回收領(lǐng)域，本研究是國(guó)內(nèi)首次針對(duì)廢鉛蓄電池鉛回收污染控制最佳可行技術(shù)和最佳環(huán)境管理實(shí)踐進(jìn)行研究，從鉛回收預(yù)防控制技術(shù)、末端污染治理技術(shù)以及環(huán)境管理實(shí)踐，開展環(huán)境有益的嘗試性系統(tǒng)研究，對(duì)廢鉛酸蓄電池鉛回收行業(yè)環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)效益的協(xié)調(diào)發(fā)展，以及循環(huán)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有關(guān)技術(shù)政策的制定，都具有重要的支持作用。
2.自動(dòng)破碎分選-富氧底吹爐熔煉技術(shù)
2.1.富氧底吹熔煉最佳可行工藝流程
富氧底吹熔煉爐熔煉最佳可行技術(shù)一般包括自動(dòng)破碎分選單元、配料單元、富氧底吹爐熔煉單元、余熱利用單元、氣體凈化單元、水處理單元、自動(dòng)控制單元及其他輔助單元等功能單元。具體工藝流程如圖1所示。
圖1 自動(dòng)破碎分選-富氧底吹爐熔煉最佳可行技術(shù)
2.2最佳可行工藝參數(shù)
利用重力分選和篩選技術(shù)，確保分選的物料潔凈，鉛屑含鉛膏和其他非金屬物質(zhì):5%，鉛膏的水含量小于12%。
脫硫后鉛膏含硫率小于0.5%。
制粒含水：7%~8%
精礦品位：35%~65%；
渣含鉛：2%~5%；
煙塵返回率：5%~10%；
SO2濃度：7.5%~10%；
廢氣凈化裝置過濾器的過濾尺寸不應(yīng)大于0.2um，耐溫不低于140℃。過濾器應(yīng)設(shè)置進(jìn)出氣閥、壓力表和排水閥，設(shè)計(jì)流量應(yīng)與處理規(guī)模相適應(yīng)，過濾效率應(yīng)在99.999%以上，以便確保廢氣和二噁英等達(dá)標(biāo)排放；
鉛回收率：98%~99%;
硫回收率：＞95% ；
噸粗鉛能耗:300kgce/t。
2.3處置系統(tǒng)集成控制
自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)采用控制技術(shù)成熟、可靠性高、性能價(jià)格比適宜的設(shè)備和元件，保證能在中央控制室通過分散控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)廢鉛蓄電池鉛回收設(shè)施各系統(tǒng)集中監(jiān)視和分散控制。
對(duì)貯存庫房、物料傳輸過程以及富氧底吹熔煉過程的重要環(huán)節(jié)，應(yīng)設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)。應(yīng)設(shè)置獨(dú)立于分散控制系統(tǒng)的緊急停車系統(tǒng)。對(duì)重要參數(shù)的報(bào)警和顯示，可設(shè)光字牌報(bào)警器和數(shù)字顯示儀。
廢鉛蓄電池鉛回收設(shè)施的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)包括主體設(shè)備工藝系統(tǒng)在各種工況下安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的參數(shù)；儀表和控制用電源、氣源、液動(dòng)源及其他必要條件的供給狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)；電動(dòng)、氣動(dòng)和液動(dòng)閥門的啟閉狀態(tài)及調(diào)節(jié)閥的開度；輔機(jī)運(yùn)行狀態(tài)以及必需的環(huán)境參數(shù)。
廢鉛蓄電池處理系統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理結(jié)果和設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)，應(yīng)能在監(jiān)控系統(tǒng)的顯示器上得到顯示。并應(yīng)對(duì)熔煉煙氣中的煙塵、硫氧化物、氮氧化物、氧或一氧化碳、二氧化碳污染物實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。
應(yīng)配置自我檢測(cè)和熱工報(bào)警系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)應(yīng)包括工藝系統(tǒng)主要工況參數(shù)偏離正常運(yùn)行范圍以及電源、氣源、熱工監(jiān)控系統(tǒng)主要輔機(jī)設(shè)備發(fā)生故障等報(bào)警內(nèi)容，全部報(bào)警項(xiàng)目應(yīng)能在顯示器上顯示并打印輸出。
2.4污染物消減及污染防治措施
尾氣系統(tǒng)由冷卻塔、活性炭噴射和布袋除塵器等組成，煙氣經(jīng)過尾氣處理系統(tǒng)凈化處理達(dá)標(biāo)后，由引風(fēng)機(jī)抽出經(jīng)煙囪排入大氣，其中二噁英的排放限值為0.5 ngTEQ/Nm3。
布袋卸灰裝置排出的飛灰采用水泥固化處理，固化后送危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)填埋處理。殘?jiān)鼘儆谏罾\(yùn)送到生活垃圾填埋場(chǎng)填埋。
工藝設(shè)備產(chǎn)生的噪聲采取消聲、隔音、減震等措施進(jìn)行防治。
2..5技術(shù)經(jīng)濟(jì)適用性
自動(dòng)破碎分選-富氧底吹爐熔煉工藝適合大型規(guī)模的廢鉛蓄電池集中處理處置，且對(duì)含鉛原料的適應(yīng)性較強(qiáng)。
冶煉技術(shù)范文5
以國(guó)內(nèi)某典型SKS冶煉企業(yè)為對(duì)象，對(duì)主要冶煉工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行物料跟蹤采樣、流量統(tǒng)計(jì)和樣品的實(shí)驗(yàn)室分析。通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，將該企業(yè)SKS鉛冶煉工藝中四個(gè)主要工藝環(huán)節(jié)劃為砷元素流向?qū)徲?jì)診斷工作的調(diào)研區(qū)域，并確定了主要輸入輸出物質(zhì)。在劃分環(huán)節(jié)邊界時(shí)，為避免冶煉過程中一些難以統(tǒng)計(jì)物料的返回使用對(duì)采樣、審計(jì)與診斷工作造成的困難，此類返用物料均未越過所劃分的環(huán)節(jié)邊界。四個(gè)主要工藝環(huán)節(jié)分為氧氣底吹爐冶煉環(huán)節(jié)、鼓風(fēng)爐和煙化爐冶煉環(huán)節(jié)、粗鉛精煉環(huán)節(jié)以及反射爐冶煉環(huán)節(jié)。該區(qū)域內(nèi)主要工藝流程及采樣點(diǎn)如圖1所示。實(shí)際生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)原料的來源和配比往往不穩(wěn)定。本文采用跟蹤采樣的方法［14］，結(jié)合SKS煉鉛工藝特點(diǎn)，采集同一批原料在流經(jīng)各環(huán)節(jié)時(shí)所輸出的物質(zhì)信息，以避免原料元素組分變化和相應(yīng)工藝條件變化等因素對(duì)砷流向?qū)徲?jì)工作造成的干擾。為了實(shí)現(xiàn)跟蹤采樣，調(diào)研了每個(gè)環(huán)節(jié)中物料自進(jìn)入至輸出所需時(shí)間，并以此為依據(jù)，結(jié)合環(huán)節(jié)間物料傳輸?shù)膶?shí)際情況估算了同一批原料進(jìn)入冶煉系統(tǒng)后流經(jīng)至各采樣點(diǎn)的時(shí)間結(jié)點(diǎn)，制定了跟蹤采樣方案。采樣方案中每批樣品的采集包含22個(gè)采樣點(diǎn)，其中固體樣品采集點(diǎn)18個(gè)，液體樣品采集點(diǎn)4個(gè)，每個(gè)樣品均采集了平行樣。固體樣品冷卻至常溫后裝于樣品袋中，液體樣品使用洗凈的廣口瓶采集。砷含量測(cè)定:現(xiàn)場(chǎng)采集的固體樣品使用GB/T15555.3—1995《固體廢物砷的測(cè)定二乙基二硫代氨基甲酸銀分光光度法》、液體樣品使用GB7485—87《水質(zhì)總砷的測(cè)定二乙基二硫代氨基甲酸銀分光光度法》。
2系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了鉛冶煉有害砷元素流向?qū)徲?jì)與診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)擬通過錄入現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研數(shù)據(jù)建立SKS法主體工藝流程中的砷元素流向?qū)徲?jì)與預(yù)測(cè)模型，并使用該模型模擬審計(jì)和預(yù)測(cè)砷元素在該區(qū)域內(nèi)的分布與流向。
2.1總體設(shè)計(jì)
系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參照了表示層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層組成的標(biāo)準(zhǔn)三層體系結(jié)構(gòu)［15］，如圖2所示。其中表示層實(shí)現(xiàn)用戶的操作界面，分為:采樣數(shù)據(jù)操作、系統(tǒng)狀態(tài)審計(jì)、模型模擬、流向測(cè)算和審計(jì)與診斷五個(gè)子系統(tǒng);業(yè)務(wù)邏輯層為系統(tǒng)提供SQL基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù);數(shù)據(jù)訪問層包含儲(chǔ)存有采樣數(shù)據(jù)、模型建立數(shù)據(jù)、流向測(cè)算數(shù)據(jù)和系統(tǒng)參數(shù)的數(shù)據(jù)庫。SKS鉛冶煉有害砷元素流向?qū)徲?jì)與診斷系統(tǒng)包括:采樣數(shù)據(jù)操作、系統(tǒng)狀態(tài)審計(jì)、模型模擬、流向測(cè)算和審計(jì)與診斷五個(gè)子系統(tǒng)。系統(tǒng)的總體功能框架結(jié)構(gòu)如圖3所示。采樣數(shù)據(jù)操作子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)采樣數(shù)據(jù)的基本操作功能，包括查詢、錄入、編輯和刪除。系統(tǒng)狀態(tài)審計(jì)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)信息匯總顯示的功能，該系統(tǒng)將環(huán)節(jié)總量審計(jì)狀態(tài)和類型分量審計(jì)狀態(tài)的信息分四個(gè)工藝環(huán)節(jié)匯總顯示，便于用戶直觀掌握系統(tǒng)的數(shù)據(jù)與模擬狀態(tài)。狀態(tài)信息包括采樣數(shù)據(jù)錄入、模型模擬和測(cè)算的完成狀態(tài)。環(huán)節(jié)分量審計(jì)狀態(tài)提供對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的更詳細(xì)的顯示。模型模擬子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)模型的建立，提供了多種模型建立方法，用戶可從線性模型、對(duì)數(shù)模型和指數(shù)模型三種中選取。模型建立過程以各環(huán)節(jié)的采樣數(shù)據(jù)為原始數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)庫中系統(tǒng)參數(shù)表里存儲(chǔ)的物質(zhì)輸入輸出對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立用戶選定類型的數(shù)學(xué)模型。模型的建立基于線性擬合的基本方法。流向測(cè)算子系統(tǒng)將模型模擬子系統(tǒng)中建立的模型用于流向預(yù)測(cè)和計(jì)算。測(cè)算過程需要用戶輸入的砷元素進(jìn)入總量為模型輸入數(shù)據(jù)，調(diào)用已生成的模型參數(shù)測(cè)算在用戶給定的進(jìn)入量下，砷元素在系統(tǒng)各環(huán)節(jié)中的流向及在各產(chǎn)出物質(zhì)中的含量。審計(jì)與診斷子系統(tǒng)對(duì)測(cè)算結(jié)果進(jìn)行分類匯總，將其分別按環(huán)節(jié)和按類型(分為各類有價(jià)值產(chǎn)物、固體廢物、廢水、廢氣等)進(jìn)行總量審計(jì)和診斷，并評(píng)價(jià)審計(jì)過程中的物料平衡情況。
2.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)
系統(tǒng)使用SQLServer數(shù)據(jù)庫服務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取和數(shù)據(jù)庫管理。系統(tǒng)包含的數(shù)據(jù)主要分為4類，分別是采樣數(shù)據(jù)、模型建立數(shù)據(jù)、流向測(cè)算數(shù)據(jù)和系統(tǒng)參數(shù)。其詳細(xì)說明如下:采樣數(shù)據(jù)包括現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研統(tǒng)計(jì)時(shí)獲取的24h內(nèi)物質(zhì)流量數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)室分析得到的樣品砷含量數(shù)據(jù)，通過對(duì)二者進(jìn)行綜合計(jì)算可得到單位時(shí)間內(nèi)各物質(zhì)中砷的總量。采樣數(shù)據(jù)是建立模型的數(shù)據(jù)來源。模型建立數(shù)據(jù)包含兩類，分別為模型輔助參數(shù)和模型參數(shù)。前者為建立模型時(shí)的設(shè)置參數(shù)，包括模型信息和建立模型時(shí)的數(shù)據(jù)字段對(duì)應(yīng)關(guān)系，后者為模型建立產(chǎn)生的模型參數(shù)。模型參數(shù)表中只存儲(chǔ)最后一次模擬生成的模型數(shù)據(jù)。測(cè)算數(shù)據(jù)為系統(tǒng)模擬預(yù)測(cè)所得結(jié)果，由系統(tǒng)使用模型參數(shù)計(jì)算用戶給定的系統(tǒng)輸入量數(shù)據(jù)得到。測(cè)算數(shù)據(jù)表中僅存在一條記錄，系統(tǒng)經(jīng)過每次測(cè)算后，將覆蓋之前的測(cè)算結(jié)果。
2.3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)使用C#語言編寫，數(shù)據(jù)庫使用SQLServer2005，界面為Windows窗體。圖4所示為系統(tǒng)運(yùn)行截圖，該界面實(shí)現(xiàn)了氧氣底吹爐環(huán)節(jié)的系統(tǒng)狀態(tài)查詢和砷元素流量測(cè)算功能。
3數(shù)據(jù)結(jié)果
在采樣調(diào)研工作中使用跟蹤采樣方法采集了連續(xù)2個(gè)月內(nèi)的4批樣品。使用鉛冶煉有害砷元素流向?qū)徲?jì)與診斷系統(tǒng)對(duì)調(diào)研所得4組數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入和模型建立，并使用測(cè)試數(shù)據(jù)執(zhí)行流向預(yù)測(cè)功能，所得到的預(yù)測(cè)結(jié)果匯總與診斷界面如圖5所示。所采集4批樣品的系統(tǒng)的預(yù)測(cè)與審計(jì)結(jié)果表明，流入系統(tǒng)中的砷元素約有50%進(jìn)入了鼓風(fēng)爐及煙化爐，并以該環(huán)節(jié)產(chǎn)物的形式輸出;從類型上看，渣和煙塵是SKS煉鉛法中砷元素的主要輸出途徑。然而，除上述較為集中的位置外，砷元素于整個(gè)系統(tǒng)的產(chǎn)物中廣泛存在，僅在鉛錠和除污酸以外的廢水中含量較少。具體而言，預(yù)測(cè)結(jié)果表明在氧氣底吹爐環(huán)節(jié)中，90%的砷進(jìn)入了高鉛渣，并作為原料進(jìn)入鼓風(fēng)爐;粗鉛中有2%的砷流經(jīng)，作為粗鉛精煉環(huán)節(jié)的原料流入該環(huán)節(jié)。本環(huán)節(jié)的產(chǎn)物中進(jìn)入污酸的砷量相對(duì)較高，約占輸入量的5%。在鼓風(fēng)爐和煙化爐組成的環(huán)節(jié)中，粗鉛中含有環(huán)節(jié)輸入總量中約42%的砷，并作為原料進(jìn)入下一環(huán)節(jié)。此外，鼓風(fēng)爐煙塵(約23%)、次氧化鋅(約19%)作為本環(huán)節(jié)的輸出產(chǎn)物，為砷的主要流出途徑。粗鉛精煉環(huán)節(jié)的主要原料為其他各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的粗鉛，其砷總量約為整個(gè)系統(tǒng)輸入砷總量的50%。銅浮渣(又名粗鉛灰)中輸出了本環(huán)節(jié)中大約58%的砷，并作為原料進(jìn)入反射爐環(huán)節(jié)。陽極泥中流入了環(huán)節(jié)中約40%的砷，其他產(chǎn)物中砷流經(jīng)量相對(duì)較少。反射爐環(huán)節(jié)中，砷主要通過冰銅(約64%)和粗鉛(約29%)輸出，其中粗鉛為粗鉛精煉環(huán)節(jié)的原料。該環(huán)節(jié)砷輸入總量只占系統(tǒng)輸入量的28%，相比其他環(huán)節(jié)，其輸入量較少。將系統(tǒng)的預(yù)測(cè)與審計(jì)結(jié)果整理得到砷元素的流向分布圖(見圖6)。
4結(jié)論
冶煉技術(shù)范文6
Qiao Jianwei
（Zhengzhou Huaxin College，Zhengzhou 451100，China）
摘要： 熔鹽電解提取金屬是一種成熟的技術(shù)─世界主要的鋁生產(chǎn)的方式。熔鹽電解的獨(dú)特性質(zhì)也使它成為處理多種形式廢棄物的出色媒介。一個(gè)新的概念―電解熔融氧化物，期望作為“清潔”的金屬提取技術(shù)。
Abstract: Molten salt electrolysis is a proven technology for the extraction of metals─all the word's primary aluminum is produced in this manner.The unique properties of molter salts also make them excellent media in which to treat a varitey of forms of waste. A new concept─electrolysis molten oxide.Initially as a "clean teachnology" for producing primary metal.
關(guān)鍵詞： 熔鹽電解 熔融氧化物 概念
Key words: molten salt electrolysis；molten oxides；concept
中圖分類號(hào)：TF111 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-4311（2011）29-0059-02
0引言
熔鹽電解是將混合物溶解在熔鹽中電解。先前最好的例子就是鋁的電解生產(chǎn)。化合物Al2O3從鋁土礦中提取出來，溶解在有Na3AlF6、AlF3和CaF2組成的熔鹽當(dāng)中。電解的產(chǎn)物是熔融鋁和二氧化碳，后者的產(chǎn)生主要是碳陽極的消耗。主要鋁的生產(chǎn)是在一個(gè)叫做霍爾電解槽的反應(yīng)器中進(jìn)行的。另外，經(jīng)過電解的化合物可以從廢物中提取。熔鹽過程溶解原料的能力與溶解在水中相比有了很大的提高，高的溶解能力導(dǎo)致高的極限電流密度，反過來，使生產(chǎn)能力也提高了。
1冶金新工藝的現(xiàn)狀
由鐵礦石到鋼的過程既是能源密集型又是資本密集型，因此到目前為止已經(jīng)主要集中于通過增加效率來降低操作成本。目前的煉鋼技術(shù)，包括三個(gè)主要操作單元：煉焦、高爐還原煉鐵、轉(zhuǎn)爐煉鋼。煉焦產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)化合物，包括一氧化碳以及顆粒狀排放物；高爐產(chǎn)品包括礦渣、煙氣粉塵、大量的二氧化碳；轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)大量一氧化碳必須在排出大氣前燒掉。顯然，傳統(tǒng)的冶煉過程需要大量的工業(yè)碳，會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生大量的污染，從更廣泛的環(huán)境的角度看，必須尋找一種全新的策略來提取金屬而不使用碳。
目前現(xiàn)有的只有兩種碳替代技術(shù)：用氫直接還原和電解水溶液提取。從安全的角度來看使氫不具吸引力，而水電解的生產(chǎn)效率非常低。為了解決這些問題，就需要一種新的煉鋼過程：氧化鐵溶解在熔融氧化物溶液然后電解，從而得到純鐵和氧氣。在這樣的條件下，電解煉鋼的過程明顯的優(yōu)于傳統(tǒng)的技術(shù)，不需要焦?fàn)t、高爐和轉(zhuǎn)爐，這就消除了生產(chǎn)廢水。此外，由于鋼中硫的主要來源是煤炭中所含的雜質(zhì)硫，缺乏碳的過程意味著電解鋼不含硫。
在熔融氧化物中氧化鐵高的溶解度會(huì)極大的提高生產(chǎn)率，與其直接相關(guān)的是電解槽電流密度。在鋁電解生產(chǎn)鋁的過程中，反應(yīng)核心容器的電流密度大約為1A/cm2。這種限制導(dǎo)致氧化鋁濃度必須保持在大約為1%為宜。
在電解生產(chǎn)煉鋼的熔融氧化電解液中預(yù)計(jì)氧化鐵的濃度將在10到20%。由于極限電流密度的范圍與濃度直接相關(guān)，這意味著我們可以期望這種熔體去維持10～20A/cm2的電流密度。這種生產(chǎn)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過任何當(dāng)代的電解技術(shù)，包括最現(xiàn)代的鋁電解。這樣一個(gè)戲劇性的上升可能是由于電解質(zhì)化學(xué)的選擇從未在金屬行業(yè)中應(yīng)用。事實(shí)上，這種卓越的生產(chǎn)力可以以一種環(huán)保的方式獲得，表明環(huán)境保護(hù)和商業(yè)盈利目的并不是一定矛盾。生產(chǎn)不銹鋼的例子就是佐證。
直接電解尤其適合生產(chǎn)不銹鋼。事實(shí)上,即使今天的經(jīng)濟(jì)支持濫用工業(yè)碳，換句話說，碳作為一種化學(xué)試劑，電解生產(chǎn)的不銹鋼看起來還是很迷人。考慮到中間合金的組成含有80%的鐵和20%的鉻。這將作為300系列不銹鋼中加鎳的出發(fā)點(diǎn)，以及對(duì)400系列不銹鋼。也就是說，單電極，液態(tài)金屬陰極在底部，固體陽極在上部，工作中的能源效率約為35-40%。最糟糕的選擇是其中所有的電力是由電燃煤發(fā)電機(jī)組提供。每噸煤含2600萬英BTU的熱量，可以換算成2，400kWh電。
這些數(shù)據(jù)表明，如果有人用直接電解適量的氧化鉻、鐵的氧化物生產(chǎn)鐵鉻合金，估計(jì)能源需求是1.5千瓦小時(shí)/磅金屬。當(dāng)把電解和常規(guī)的技術(shù)相比較制備相同的鐵鉻合金，即在電弧爐中將廢鋼料和鉻鐵合金混合，估計(jì)能源需求是1.9千瓦小時(shí)/磅金屬。顯然，這些結(jié)果支持直接電解。另外，傳統(tǒng)工藝消耗大量的碳，每磅金屬制品約消耗0.75磅。直接電解過程不需要焦碳。直接電解與常規(guī)的技術(shù)相比還有其他的優(yōu)勢(shì)。考慮到在電弧爐內(nèi)鉻鐵合金包含相當(dāng)于5%的碳！這些碳也必須在隨后的操作單元中去除，如通入氬氣，但是不能完全去除碳。這是由于在不銹鋼中碳低于一定的濃度就會(huì)丟失鉻。因?yàn)檫@個(gè)原因，制造超低碳不銹鋼是非常困難的。相反，這里所講的直接電解煉鋼，不需要碳，因此可以生成幾乎不含碳的液態(tài)金屬產(chǎn)品，并且也不含硫。在今天的不銹鋼商業(yè)中，人們盡最大的努力去尋找方法以減少碳的含量，冶金學(xué)者一致認(rèn)為當(dāng)合金中含有較低的間隙雜質(zhì)碳與氮，就可以獲得期望的高性能。
為什么過去沒有人開發(fā)熔融氧化物作為電解質(zhì)呢？有三個(gè)方面的原因。首先，成本。碳是廉價(jià)的，向大氣中排放二氧化碳幾乎沒有處罰。其次,數(shù)據(jù)庫是不夠的。很少有文獻(xiàn)信息介紹熔融氧化物的理化性質(zhì)。第三，目前還有艱難的材料與電解槽主要因素相適應(yīng)的問題。當(dāng)前冶金學(xué)相關(guān)人員，正在積極研發(fā)尋找一種不含碳的陽極來解決材料問題。
2直接電解熔融氧化物：概念
廣闊電解提取冶金可以描述如下。幾乎所有常規(guī)的熔鹽電解技術(shù)都是使用鹵化物電解質(zhì)和碳質(zhì)陽極。與此相關(guān)的都伴隨著對(duì)環(huán)境的影響。作為“清潔”的替代選擇，用熔融氧化物電解液和不含碳陽極。這允許使用金屬氧化物供料，避免了為準(zhǔn)備合適的供給料而氯化或氟化的需要，因此命名直接電解。直接電解熔融氧化物是將金屬氧化物分解成熔融金屬和氧氣。考慮到資源回收的問題，直接電解具有巨大潛力。金屬氧化物的原料可以由礦物“集中”供給，在這種情況下，直接電解使用原金屬或金屬氧化物為原料；也可以電解冶金和化學(xué)廢料供給，這時(shí)，直接電解完全是一個(gè)垃圾處理和回收的過程。采用無碳電極的過程，既避免了所需的能源消耗大的碳電極的制造和保證避免溫室氣體的排放，同時(shí)金屬副產(chǎn)品同步回收。往電解槽內(nèi)加料和獲得產(chǎn)品可以用這樣的方式來實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行。這個(gè)概念也適用于其他多種化學(xué)物質(zhì)包括鈦、鐵合金(包括不銹鋼)、稀土金屬和鈾。這個(gè)過程在具體的實(shí)現(xiàn)時(shí)，所需要的溫度高于現(xiàn)行運(yùn)行的任何現(xiàn)代電解技術(shù)（氧化物比鹵化物具有較高的熔點(diǎn))，也被交替稱為火法電解。
對(duì)直接電解的需要可以從兩個(gè)角度構(gòu)畫它的前景：最主要的是從礦石中提取原金屬，回收冶金和化學(xué)廢物。每一種都有它自己的特色，顯然他們都能提高能源利用率。
2.1 金屬提取萃取、精煉及回收金屬涉及的過程都是能源密集型。此外，這種過程是典型的資源密集型和資本密集型，產(chǎn)生的副產(chǎn)品也不利于生態(tài)環(huán)境。最重要的是，提取過程都是很早以前（煉鐵高爐和鋁電解槽都超過了100年的歷史）在一個(gè)工業(yè)環(huán)境中發(fā)展來的,和今天是有很大不同的。例如，在這一過程開始的時(shí)候，能源是很便宜的，資本成本也是廉價(jià)的。幾乎沒有任何環(huán)境法規(guī)去遵守，當(dāng)工作人員的健康和安全被損害時(shí)，企業(yè)也不會(huì)受到法律訴訟的威脅。因此，大部分當(dāng)代冶金是基于集約用碳，要么是用做還原劑，或用做電極，無論如何，這都是消耗不可再生資源的過程。
2.2 冶金和化學(xué)廢物污染當(dāng)前大部分的固體的工業(yè)廢料是以金理二氧化硫排放、提煉出金屬中的硫，都會(huì)增加能量消耗，提高運(yùn)營(yíng)成本，并通過使用更多的單元操作，提高資本成本。屬氧化物的形式存在的，其中有一些是水溶性，因此對(duì)環(huán)境造成了威脅。我們現(xiàn)在面臨著巨大的任務(wù)使這東西具有化學(xué)惰性，這樣做所需的能量是驚人的。工藝中缺少的，不僅是高效率能源利用，還有可接受的生產(chǎn)能力，即空間/時(shí)間的收益。例如，鉻酸鹽渣含有水溶性的六價(jià)鉻離子。在熔融氧化物中高溫電解有能力減少六價(jià)鉻，并回收金屬鐵和鉻。許多情況下這些含量超過當(dāng)前最富裕的礦體含量。換句話說，金屬的產(chǎn)生的價(jià)值可以支付這種金屬被回收的費(fèi)用。
如上所述，直接電解熔融氧化物在過去一直嘗試，但依賴于碳棒做陽極。目前的區(qū)別體現(xiàn)是缺少碳。這是關(guān)鍵概念的成功實(shí)施。之前有學(xué)者研究了這個(gè)問題，并需找一個(gè)非消耗性的碳電極用于鋁電解槽陽極。這項(xiàng)工作的結(jié)果之一是已開發(fā)的一種選材和測(cè)試方法。這種方法很一般，提供了對(duì)材料的問題的洞察力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了鋁電解槽的局限。這個(gè)方法是基于一種系統(tǒng)的過程，因此需要綜合考慮各種類型的化學(xué)反應(yīng)，而產(chǎn)生的于電池關(guān)鍵要素之間（陰極、陽極、井壁）和電解液、電池產(chǎn)品。重新審視使用熔融金屬氧化物作為電解質(zhì)媒介用于回收金屬的希望之光如上面所述的方法，導(dǎo)致直接無碳電解的概念誕生。在這個(gè)新概念的基礎(chǔ)是上識(shí)別，在高溫下，某些氧化物本身是電子導(dǎo)體的可以作為陽極，例如鐵酸鹽和鈦酸鹽。同時(shí)，融化的這些相同的氧化物不一定是電子，而是可以修改以適當(dāng)?shù)娜軇┬纬啥嘟M分的解決方案，以便使離子液體能維持電解過程。
直接電解的潛在應(yīng)用都是金屬冶煉和廢物處理。候選金屬鈦，鐵合金（包括鉻鐵合金和錳鐵等鐵合金）稀土金屬和鐵（鋼）。估計(jì)數(shù)據(jù)表明，鈦的價(jià)格可減少高達(dá)50%因?yàn)榧庸ば实奶岣撸貏e是降低能源消耗：直接電解由目前技術(shù)用的16千瓦時(shí)/磅減少到6千瓦時(shí)/磅。沒有人可以制造原始不銹鋼――所有的不銹鋼都是由鐵鉻合金（在碳弧爐中制得）與鋼廢料（由裝有碳電極的電弧爐制的）。直接電解具有將含有鐵和氧化鉻的混合氧化物轉(zhuǎn)換成高品質(zhì)的原始不銹鋼(超低碳硫)的能力，這樣比當(dāng)前的技術(shù)使用更少的能量。錳具有顯著的力學(xué)性能和耐腐蝕性。不幸的是，目前錳提取技術(shù)產(chǎn)生易碎的產(chǎn)品，因?yàn)楫a(chǎn)品含有比較高的有害污染物，特別是碳等。直接電解具有生產(chǎn)高純度，低碳錳的能力。它能夠設(shè)計(jì)成整個(gè)數(shù)組排列的高性能合金。
參考文獻(xiàn)：
[1]張密林主編.熔鹽電解鎂鋰合金[M].科學(xué)出版社，2009.7.
