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摘要：本文主要以阐述有色金属的冶炼工艺及废水处理方法，从冶炼工艺出发，分析常用冶炼设备，如反射炉、中频炉、高炉转炉，冶炼技术，如沉淀池工艺、INBA工艺、DCS工艺与明特工艺，以此为基础探究金属冶炼废水处理方法，旨在为相关工作者提供参考。
关键词：有色金属；冶炼工艺方法；废水处理方法
我国有色金属冶炼中，主要可将其分为以下几种情况，一是筛选硫化矿物原料并熔炼，此种方式在铜等金属中更为适用；二是焙烧硫化矿物原料，以此为基础碳热还原产生金属，在铅、锌金属等冶炼中更为适用；三是氧化矿或硫化矿焙烧后应用到溶液浸出，此基础采取电击法提出金属，在铝、锌、镉等金属冶炼更为适用。不同冶炼技术具有不同优点，可依据实际情况进行应用。
1.有色金属冶炼工艺技术
1.1常用冶炼设备
1.1.1反射炉
反射炉在金属保温、金属冶炼、熔渣处理中具有较强的应用。通常应用于铜的金属冶炼中，由于铸造材料耐火性较强，炉膛中传热主要有火焰反射传热及炉壁、炉顶热气辐射传热这两种方式。实践中可完全处理混合细料，具有批量生产、成本低的优点。但是，使用其冶炼金属耗能较大，会有大量烟气产生，其中二氧化硫会污染环境。经改造后新型反射炉可利用氧气喷射装置或富氧鼓风喷在炉中入精矿，可提高其生产能力。
1.2中频炉
其主要由感应线圈、电源、耐火材料构成，含有金属电荷，与变压器次级绕组相似。交流电源与感应线圈相连接后，感应线圈会有交变磁场产生，磁通量会降低坩埚中金属垫和，产生相应的感应电动势，由于电荷本身构成闭环，次级绕组只有一个匝，为闭合状态，若感应电流进入电荷，可加热电荷熔化金属。中频炉原理主要为：利用中频电源构建中频磁场，有感应涡流形成，且在铁磁内部材料下产生热量，可加热金属。通常电源范围在200Hz-2500Hz，可利用其完成金属熔炼、加热保温操作，具有重量轻、体积小、冶炼能耗低的特点[1]。
1.3高炉转炉
其通常由多个水套构成，水套宽度范围在0.8-1.2m，高度范围则为1.6-5.0m，焊接水套与锅炉板，固定于特殊支架上，设置水管及风道，可促进水与鼓风的流通。此设备主要在钴、铜等金属冶炼中。材料投入高炉转炉熔炼为块状。主要原理如下：通过设备下风口空气进入炉内，促进封口焦炭燃烧，形成高温熔炼区，此区域中原料剧烈反应熔化。并在熔炼过程中，澄清炉膛液体，分离熔渣与金属，分别释放炉体，溶体沿着床向前床流去，并澄清渣与冰铜，热烟气则上升至炉顶，预热炉料。设备具有较强的传质传热条件，可提高金属冶炼效率。
2.常用冶炼技术
2.1沉淀池工艺
在传统金属冶炼中此工艺较为常见，其制作流程为：冶炼炉渣末端冲刷水萃，出渣水混合物结构，管槽流经后进入沉淀池沉淀，利用重力作用分离固液，渣水可循环利用。此为水渣最早处理工艺，具有较广的应用空间，具有设备故障几率低，步骤少的特点，但其占地面积大，适应性低，成本高，可以进一步改善。
2.2INBA工艺
此种工艺主要流程为：渣滓经过高温熔炼沿着管槽方向向前方流动，渣粒化在高温水枪作用下利用高温萃取技术构成大小颗粒物体，通过粒化塔内作用冷却破碎渣水混合物，确保混合物分布均匀。通过上部水分去除操作进行叶片刮带，岁转鼓完成脱水与过滤操作，混合物过滤后向水槽注入，利用静置效应或旋转效应分离水物，或通过搅拌以免出现沉积。此工艺在金属冶炼中具有较高的应用价值，可应对高效出产及连续施工作业，随着科技的发展，此工艺不断添加智能化、机械化方式，改进了传统模式的弊端，突出了生态环保，实现金属冶炼及生产的“绿色”可循环。
2.3DCS工艺
DCS工艺主要是为了生物操作实践中精准控制温度，利用工艺实时监控温度，确保炉膛中温度在标准范围中，为有色金属冶炼工艺正常运行提供保障。实践中通常在冶炼金属中安装压缩机装置，可监控进口及出口部位的温度。且利用DCS工艺蒸发装置可冷却热水降温，将冶炼炉温度降低。
2.4明特工艺
整体系统之中机械设备是由过滤共享及螺旋输送机支撑脱水操作，其主要流程为：通过管槽炉渣进入粒化加工部分，在冲刷作用下，完成混合物渣水粒化及萃取操作，沿着管槽向脱水装置流动。实际应用中具有设备简单、占地面积小、机械耗能少的优点，为我国自主知识产权工艺处理方法。
3.有色金属冶炼废水处理措施
有色金属冶炼废水主要有以下几种：炉窑冷却水。炉窑冷却冶炼产生，具有较大排放量，占总量40%；烟气净化废水[2]。制酸、冶炼等烟气洗涤产生，排放量大，存在大量非金属化合物及重金属离子等；冲洗废水。冲洗地板、滤料、设备产生，此废水中含有较多酸与重金属；冲渣水。熔融态炉渣水淬冷却产生，含有少量重金属离子及炉渣微粒。
以某铅锌冶炼厂为例，污水量是1534m3/d，废水量是1752 m3/d，综合考虑波动水量系数，设定处理站废水处理能力时1600 m3/d，含有100 m3/d硫酸污水，1500 m3/d冶炼废水。表1、表2分别为冶炼污水水质及硫酸污水水质。
整体工艺流程如下：硫酸污水流经污酸调节池，利用提升泵送到一级反应槽，加入石灰乳调节PH值到3.5，分离石膏渣，沉淀池出水到氧化反应槽，加入压缩空气，投入FeSO4，可去除As，二级沉淀池分解砷渣，出水流至调节池处理。冶炼污水则从生产污水管道向污水调节池流进，利用提升泵送到二级反应槽，加入石灰乳调节PH值到7.5，流到点凝聚草，向其中加入PAM及PAC，分离浮槽渣水，去除Cu、Zn、Pb、Cd，清液回流水池二次利用。通过整体工艺流程完成废水处理。除此之外，还有其他废水处理方法：
3.1化学沉淀法
化学沉淀法最为常用废水处理方法，主要是在冶炼的有色金属废水中投入相应的化学药物，通常可将其分为三种类型，即钡盐沉淀法、中和沉淀法、硫化物沉淀法[3]。
中和沉淀法。此种方法在酸性废水处理中十分常见。主要机理为中和废水中存在的氢离子，以氢氧化物的方式将其中的金属阳离子沉淀出来，与酸性废水中和可将重金属污染物去除。此种方法需要使用中和剂，石灰石作为中和剂主要成分，可转化沉淀金属阳离子，废水中金属含有量大于1000m/L可去除，通过过滤方式分离沉淀物。对于锌、铜、铅等重金属去除具有良好作用。其具有操作简便、成本投入少、PH控制方便的优点，但对于后续脱水处理存在一定局限性。
硫化物沉淀法。此种方法主要使用硫化剂，可转化废水中金属为难溶或不溶的沉淀，以此为基础进行分离。硫化剂众多，常用的有硫化钙、硫化钠等。沉淀物分离后较难去除，通常使用气浮法上浮沉淀，达到沉淀物分离及回收利用的目的。此种方法具有土地占用面积小、PH处理及沉淀物去除效果较好、泥浆含水量少、出水率高的优点，但其废水处理成本较高，若是处理过程中出现问题则会产生二次污染。
钡盐沉淀法。此方法以钡盐为沉淀剂，如碳酸钡可与废水中铬酸反应，形成铬酸钡，其作为难溶物质溶积更小，难溶于水，沉淀后分离处理。处理较为便捷，但具有设备成本高的缺陷。
3.2生物法
生物法在冶炼有色金属废水处理中主要利用生物体或生物繁衍的方式，吸附冶炼废水中含有的重金属离子，利用此种方式去除冶炼中的金属物质，主要表现在生物吸附及生物絮凝这两点。其中，生物吸附材料包含微生物、藻类生物、非生物材料三种，微生物如酵母、真菌等，非生物材料则为蟹壳、树皮等[4]。生物絮凝则是微生物新陈代谢会产生由其自身构成的高分子絮凝剂，可沉淀废水中金属离子，将其去除。但是，吸附过程中会吸附一定的真菌或细菌，吸取效果不理想。在冶炼有色金属废水处理中具有以下几点优势：一是可无视不同环境吸附重金属离子，具有较强的适应性；二是选择性较强，处理冶炼废水过程中并不会遭受碱金属离子的制约；三是操作便捷，步骤少，具有较强的再生能力，使用次数多。而在未来的生物法应用中，需要改善吸附细菌及真菌的问题，确保其可发挥自身优势，有效处理冶炼废水，推动冶炼有色金属行业的发展。
3.3膜分离法
主要利用特殊材质半透膜，通过外界物理压力的影响，促进溶剂与溶质的浓缩分离。此种方法在冶炼有色金属废水处理中可同步进行浓缩分离步骤，且具有较好的分离效果，日常操作及维护也十分便捷。并且，通过膜分离法分离的重金属可二次利用。常见膜分离法有微滤、纳滤、反渗透等方法，但对于设备具有较高要求，运行中容易堵塞膜，因此需要对此项缺点进行改善，优化此种技术。
4.总结
本文主要分析有色金属冶炼工艺及废水处理措施，金属冶炼主要分析其常用设备及技术，废水处理以某铅锌冶炼厂为例，分析废水处理工艺流程，并以此为基础探究其他废水处理措施，如化学沉淀法、生物法、膜分离法，以期促进有色金属的冶炼质量。
参考文献
[1]马占臣，张荣贵，李光明，庞云东.有色金属冶炼主要工艺设备及用途[J].中国标准化，2019（12）：224-225.
[2]莫国荣，吴忠何.有色金属冶炼废水处理的研究现状和发展趋势[J].世界有色金属，2019（03）：21+23.
[3]陈林.有色金属冶炼厂污废水处理工艺探讨[J].市政技术，2018，36（03）：178-180.
[4]郑晓明，张守伟.中国有色金属工业废水污染特征分析[J].中国锰业，2017，35（03）：142-144.
论文作者:张海峰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年13期
论文发表时间:2019/10/9
标签：废水处理论文; 金属论文; 工艺论文; 有色金属论文; 方法论文; 废水论文; 生物论文; 《建筑学研究前沿》2019年13期论文;