基于濕法聯合火法冶金法在工業廢料中回收高鉛錫青銅合金

李偉東

一般來說，濕法冶金技術主要指的是基于冶煉原料的特性選取適當的化學溶劑進行反應，從而使冶煉原料當中的金屬得到有效提取和分離的技術過程，而火法冶金技術則指的是采用高溫對冶煉原料進行熔化和提取的一種技術手段，在整個冶煉流程當中沒有其他化學溶劑的參與。傳統的工業廢料合金回收流程往往局限于單一的技術手段當中，回收成本較高，回收率較為低下，嚴重影響了廢料回收成效，因此亟待進行技術改良與更新。采用濕法與火法冶金技術進行聯合運用，能夠進一步降低回收反應過程當中出現的污染，更加顯著地提升有價合金回收效率，具有較為廣泛的應用前景與應用價值。

1 實驗設計與準備

1.1 材料設備準備工作

在利用濕法聯合火法冶金技術進行工業廢料合金回收的實驗開始之前，首先需要做好原料的準備工作。為了盡可能提升實驗結果的準確性與可靠性，使影響高鉛錫青銅合金回收率的實驗條件猜想得到有效驗證，在原料準備過程當中技術人員應當遵循以下幾方面原則。首先是對照設置原則，為了盡可能減少實驗環境因素、工藝流程因素以及原料質量因素等對于回收實驗結果產生的影響，技術人員應當在原料準備過程當中做好對照組的篩分，盡可能保障兩組原料在質量、類型、形態等方面的一致性。其次是平行重復原則，為得出更加充分權威的實驗數據以及實驗結論，技術人員應當在原料準備過程當中確保其滿足重復性實驗的要求，避免因實驗原料樣本過少導致結果數據出現的相關問題。在本次濕法聯合火法回收工業廢料的實驗過程當中，使用了各類形態和尺寸的青銅顆粒共100kg 作為主要實驗原料，并基于濕法冶金技術的相關要求準備了鹽酸、30%濃度過氧化氫溶液以及氨水作為濕法技術浸出劑的對照。此外，在本次實驗的材料準備過程當中，還包括了蒸餾水、堿性碳酸鹽、廢活性炭等實驗輔料，為實驗其他流程提供服務。

在實驗過程當中，除了原料準備工作外，綜合考量濕法冶金技術以及火法冶金技術的相關流程以及相關需求針對實驗設備進行準備同樣具有關鍵性作用。本次實驗過程當中所涉及到的主要實驗設備包括WSSX-411 電接點雙金屬溫度計、GWL-1600R機械攪拌器、PHS-711A 實驗pH 計、歐萊博HH-W420 恒溫水浴鍋等等，有效保障了實驗整體流程的科學性與可靠性。

1.2 原料預處理

為更加顯著地提升濕法聯合火法進行高鉛錫青銅合金回收實驗結果的準確性，需要針對青銅顆粒原材料進行預處理，具體處理措施如下。首先，應做好對不同粒徑青銅顆粒原料的篩分。在進行實驗設計的過程當中已提出相關假設，即青銅工業廢料的粒徑會對最終的回收速率以及回收量產生一定的影響，因此技術人員可結合實驗基本流程以及實驗組別對不同粒徑的原料進行篩分，提升實驗結果的說服力。其次，應當在實驗開始之前，針對原料當中的化學成分進行測定，從而能夠將相關測定信息和數據與實驗過后相關信息數據進行比對，從而使影響實驗結論的相關因素得到進一步驗證。最后，還應當針對回收原料的表面狀態進行清理。由于后續實驗流程對于原料純凈度具有較高的要求，因此應盡可能減少外部環境對于實驗原料純凈度產生的影響，保障原料表面光潔，為后續實驗流程奠定更加堅實的基礎。

2 實驗基本流程

2.1 雜質分離

受到實驗設定、原料準備要求等客觀因素的影響，青銅顆粒原料當中可能存在著一定的雜質現象，會給后續實驗造成一定的負面影響。因此相關實驗技術人員應當采取針對性技術手段進行雜質的分離，現階段常見的雜質分離手段包括物理分離手段以及化學分離手段等等，實驗技術人員可按需進行應用。在顆粒原料雜質分離完成后，技術人員需要針對原料進行淋洗，使其內部潔凈度達到后續實驗目標，最后針對原料顆粒進行干燥，使最終得到的原料成品質量符合工業廢料回收實驗的相關要求。

2.2 熔化篩分

其次，在青銅顆粒原料當中的雜質去除并干燥完成后，技術人員需要采用坩堝以及加熱裝置對顆粒原料進行加熱并熔化，從而為后續的篩分工作奠定相應的基礎。實驗技術人員應當首先針對坩堝進行預熱，當坩堝達到青銅合金熔點時加入顆粒原料，從而使原料不斷熔化，得到原料熔液。采用過濾方式針對坩堝內部加熱過程當中出現的爐渣進行篩分與去除。在顆粒原料的熔化過程當中，受到原料氧化等因素的影響，導致以二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣以及氧化鎂等物質為代表的爐渣的出現，這些爐渣不僅會進一步影響合金回收率，還可能會造成一定的污染，因此實驗技術人員應當采取針對性手段對爐渣進行過濾和篩分，為后續鉛錫青銅合金的回收工作提供相關原料和基礎。

爐渣篩分完成后，實驗技術人員能夠得到兩部分實驗內容，一部分是實驗原料第一次高溫熔融所得到的爐渣，另一部分則是高純度的銅-鉛-錫合金鑄件，技術人員應當采取針對性措施和手段針對爐渣進行再次加工，針對爐渣內部的單質金屬進行篩分與回收，從而使濕法與火法聯動回收實驗有效達成最終目標。

2.3 浸出過濾

為了針對一次熔融過程當中得到的爐渣進行再次加工和回收，實驗技術人員首先應當采用相關設備針對爐渣進行研磨，并采用47μm 篩網對研磨后的爐渣進行過篩，并采用NH3與H2O2對篩下物浸出，得到四氨合銅離子以及鉛錫氧化物。采用HCl 以及H2O2針對鉛錫氧化物進行二次浸出，得到PbCl2以及SnCl4，將二者分別進行電解處理或分別采用碳酸鈉、氫氧化鈉進行浸出和沉淀，得到PbCO3與SnO2，并將上文流程當中得到的四氨合銅離子同樣進行電解或采用碳酸鈉進行浸出，為后續原料的熱還原與回收工作做好相應的鋪墊。

2.4 熱還原

在浸出過濾環節當中，實驗技術人員得到了PbCO3以及SnO2兩種物質，為了使高鉛錫青銅合金的回收與制備獲取到相應的物質基礎，實驗人員可采用H2或廢活性炭經過熱還原方式得到Pb 與Sn 金屬單質，使最終的高鉛錫青銅合金質量能夠達到預期要求。

2.5 二次熔化并形成合金

熱還原流程當中獲取到的Pb 金屬單質以及Sn 金屬單質能夠與熔化篩分環節當中得到的高純度銅-鉛-錫合金鑄件進行熔融重鑄與再生，最終得到二次熔融的爐渣以及高鉛錫青銅合金，將二次熔融爐渣回流至一次爐渣熔化篩分的實驗流程當中，從而形成工業廢料濕法聯合火法進行青銅合金回收的循環，實現青銅合金回收率的進一步提高。

3 結果分析

在濕法聯合火法的工業廢料高鉛錫青銅合金回收實驗完成后，實驗技術人員還應當針對其最終的實驗結果信息與數據進行分析，從而為實驗結論的歸納以及工藝流程的優化提供相應的動力與技術支持。

3.1 工業廢料成分分析

首先，實驗技術人員需要針對試驗過程當中不同環節以及不同流程廢料的組分情況進行對比與分析。由上文我們能夠得知，在實驗原料的準備工作過程當中，實驗技術人員即針對青銅原料顆粒當中的組分進行了測量和分析。其中，原料顆粒當中的Sn 成分占比為7.53%，Pb 成分占比為8.02%，Cu 成分占比為61.87%，Zn 成分占比為0.54%，其余金屬氧化物成分占比為22.04%。

其次，實驗技術人員還需要在熔化篩分過程當中針對熔融物當中的組分情況進行檢測。為了充分提升檢測結果的準確程度，保障數據可靠性，實驗人員應當采用溫度跟蹤測驗的方式進行數據的匯集與整合。其中，當熔融實驗溫度為1200℃時，其Cu 成分含量占比為86.36%，Sn 成分含量占比為6.24%，Pb 成分含量占比為7.40%，當熔融實驗溫度達到1250℃時，Cu 含量占比提升至89.9%，Sn 含量占比下降至5.14%，Pb 含量占比下降至5.26%。當溫度上升至1300℃時，Cu 含量占比上升至93.5%，Sn含量占比下降至3.55%，Pb 含量占比下降至2.95%，因此，不同的熔化溫度也會對熔融物當中各組分的占比情況產生差異化的影響。

最后，實驗人員還應當針對幾次熔融篩分過程當中所得到的爐渣成分進行檢測，由于爐渣當中大部分由金屬氧化物構成，因此需要將金屬氧化物的各個形態與熔融爐渣當中的金屬單質進行一致性計算，分析不同類別金屬形態在熔融爐渣當中的總體比重，其中銅單質及銅氧化物在熔融爐渣當中所占比重達到59.8%，錫單質及錫氧化物在熔融爐渣當中所占比重達到24.8%，鉛單質及鉛氧化物在熔融爐渣當中所占比重達到25.4%。經過不同形態比對后，能夠得出結論，即采用濕法與火法聯合進行工業廢料的回收，并從中提取高鉛錫青銅合金的技術手段是可行的，但在實際操作過程當中，青銅合金熔液當中的鉛、錫比重與高鉛錫青銅合金的相關標準以及相關要求之間尚存在一定的偏差，因此需要針對回收原料以及濕法火法處理工藝流程進行進一步優化和改進，從而使最終的回收產物與高鉛錫青銅合金組分標準之間相互契合，確?；厥展に嚦杀九c效益的同步化提升。

3.2 浸出劑性能評估

在本次實驗過程當中，浸出過濾環節是提升回收實驗產物純凈度，強化工業廢料回收率的關鍵所在。實驗技術人員在進行原料準備的過程當中，采用了鹽酸、30%濃度過氧化氫溶液以及氨水等三種主要溶劑作為濕法聯合火法進行的工業廢料回收高鉛錫青銅合金的浸出劑，經過相關對比實驗過后，能夠對浸出劑性能得出以下結論，首先，在針對青銅合金廢料進行濕法與火法聯合回收的過程當中，氨水的選擇性能最佳。在一些工業生產場景過程當中，可能會需要針對青銅合金原料當中的某一特定金屬如銅單質進行分離與回收，而氨水能夠針對爐渣與廢料當中的銅單質進行有效溶解，并實現對其有效回收，但對于鉛、錫等金屬單質的溶解與回收則存在一定的困難。其次，鹽酸不適宜作為濕法聯合火法進行高鉛錫青銅合金回收技術當中的浸出劑。在鹽酸的作用下，銅、錫、鉛等金屬單質未能得到有效選擇，而是在短時間內得到了同步的溶解，這給后續的分離過程帶來了一定的挑戰。最后，采用過氧化氫作為濕法聯合火法進行高鉛錫青銅合金的回收浸出劑最為適宜。由于過氧化氫具備浸出控制效果更好，反應速率適中，最終反應純凈度好，反應污染小等優勢和特點，因此能夠有效應用在工業廢料回收的浸出流程當中，技術人員應當做好對于過氧化氫溶液使用量以及浸出時間的控制工作，從而盡可能提升最終的高鉛錫青銅合金回收效果，使工業生產成本得到更加顯著地控制，提升工業生產經濟效益與社會效益。

3.3 不同實驗條件對于高鉛錫青銅合金回收的影響

在本次實驗過程當中，共結合工業生產實際情況與實際要求，設置了以下幾方面的實驗條件。首先是過氧化氫浸出劑不同劑量對于銅、錫、鉛三種主要金屬單質浸出速率及其回收率產生的影響。經過實驗過后，我們能夠得出結論：隨著過氧化氫浸出劑劑量的不斷提升，銅、錫、鉛等三種金屬單質的浸出速率及回收率也得到了不斷提高，其中以鉛單質的浸出速率提升最快。其次是溶質pH 值對于錫酸分離率產生的影響，隨著溶質pH 值的不斷增大，錫酸分離率從10%開始不斷提高，溶質pH 值達到2.8后，錫酸分離率達到最高100%，隨著溶質pH 值的持續增加，錫酸分離率開始從100%不斷下降，待溶質pH 值達到4 后，錫酸分離率降至最低。因此，在進行濕法聯合火法的工業廢料回收過程當中，技術人員應當合理控制溶質pH 值，避免pH 值過高或過低對于錫酸分離率造成一定的負面影響，有效提升錫金屬單質的回收率。最后是不同合金化溫度對于爐渣重量百分數產生的影響，由定量實驗能夠得出結論，即合金化溫度與爐渣重量百分數之間成正比關系，隨著合金化溫度的不斷提升，爐渣重量百分數也在不斷提高，氧化物含量不斷增加。其中，爐渣重量百分數與實驗溶劑同樣也具有一定的關聯，在本次實驗當中，采用了碳酸鹽與空白溶劑對照組進行了比對實驗，實驗結果證實，無溶劑的對照組實驗過程當中產生的爐渣總量更多，百分比更高，而采用碳酸鹽作為溶劑的觀察實驗組實驗過程當中產生的爐渣總量更少，雜質含量更低。由此能夠得出結論，在工業領域開展濕法聯動火法進行的廢料回收高鉛錫青銅合金的技術生產過程當中，同樣也應當適當添加相應的碳酸鹽或硼酸鹽作為溶劑，盡可能減少回收加工過程當中的爐渣與雜質總量，有效降低廢料回收成本，提升廢料回收效益。

4 討論

4.1 濕法與火法單獨使用存在的問題

在傳統的金屬工業廢料回收過程當中，技術人員以及生產企業往往局限于單一的濕法冶金技術以及火法冶金技術當中，未能將二者進行合理地聯動，導致在實際操作過程當中出現了一定的問題，具體表現在以下幾方面：首先，在采用火法冶金技術進行高鉛錫青銅合金的回收過程當中，其生產環境較為復雜，污染較為嚴重，單獨使用火法冶金技術進行金屬工業廢料的回收，還需要消耗大量的能源進行加熱，給工業金屬廢料回收成本的控制帶來了一定的難度和挑戰。其次，單獨使用濕法冶金技術進行金屬廢料的回收效率較為低下，對回收產物的分離存在一定困難，回收加工過程當中還可能由于化學溶劑的影響對回收設備造成一定的腐蝕現象。因此，相關技術人員應當綜合濕法冶金回收技術以及火法冶金回收技術二者的優缺點，將二者進行聯動運用，在確保有價金屬回收率的前提下進一步降低了回收成本與污染，提升了回收反應速率，已成為未來工業金屬廢料回收領域當中的重要發展方向之一。

4.2 優化高鉛錫青銅合金回收成效的策略

為了不斷優化濕法聯合火法進行高鉛錫青銅合金回收技術的應用效率以及應用質量，技術人員應當針對整個工藝流程進行重新梳理和研究，做好對于浸出劑類型、用量等關鍵性指標的控制工作，此外還可以適當降低工業金屬廢料的顆粒粒徑，使化學溶劑的溶解效能得到進一步提升。

5 結論

總而言之，采用濕法聯合火法針對工業金屬廢料進行回收，提取高鉛錫青銅合金在技術領域以及成本控制領域具備較強的可行性，相關技術人員應當做好對于工藝流程的梳理和優化工作，確保直收率以及總回收率達到預期目標要求，推動冶金工業實現長效化健康發展。