專利名稱：一種利用轉(zhuǎn)底爐二次粉塵提取鋅、鉀、鈉的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼鐵企業(yè)固體廢棄物資源綜合利用領(lǐng)域，特別涉及一種利用轉(zhuǎn)底爐二次粉塵提取鋅、鉀、鈉的方法。
背景技術(shù)：
鋅的主要用途和產(chǎn)品包括鍍鋅、鋅錳電池、氧化鋅、銅合金、鋅基合金等。我國鋅產(chǎn)品的用鋅結(jié)構(gòu)大致為鍍鋅40%左右、電池18%左右、氧化鋅16%左右、銅合金13%左右、鋅基合金12%左右，還有一些其它的零星用途約占1%。鋅礦資源主要包括硫化鋅礦(閃鋅礦)和氧化鋅礦(包括菱鋅礦、硅鋅礦、水鋅礦、異極礦等)，并以硫化鋅礦為主。工業(yè)上提鋅的方法包括濕法和火法兩種，我國以濕法為主，濕法鋅的產(chǎn)量占70%，火法鋅僅占30%左右，主要原因在于濕法能耗相對較低、產(chǎn)品純度高、生產(chǎn)過程溫和等。我國鋅資源儲量居世界第 一位，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國鋅金屬的消費(fèi)量持續(xù)增長，而且增長的速度遠(yuǎn)高于生產(chǎn)增長速度，盡管精煉鋅產(chǎn)量穩(wěn)定增長，但國內(nèi)市場精煉鋅仍供不應(yīng)求，且產(chǎn)消差有逐年擴(kuò)大的趨勢。為了滿足需求，我國精煉鋅的產(chǎn)能不斷增加，但是，由于我國鋅資源本身存在大礦少、小礦多、富礦少、貧礦多的特點(diǎn)，且鋅下游產(chǎn)品基本不以鋅作為主成分，因此專門回收比較困難。加上近年來冶煉產(chǎn)能的大規(guī)模盲目擴(kuò)張，導(dǎo)致國內(nèi)鋅資源嚴(yán)重不足，自2003年起我國成為鋅礦砂及其精礦的凈進(jìn)口國，且進(jìn)口量呈逐年攀升趨勢。此外，傳統(tǒng)的鋅礦資源一硫化鋅礦日益減少，低品質(zhì)氧化鋅礦和含鋅二次資源的綜合利用逐漸被人們所重視。鉀是決定農(nóng)業(yè)豐產(chǎn)的三大營養(yǎng)元素之一，世界鉀鹽產(chǎn)量的95%用作鉀肥，僅有5%用于其它工業(yè)部門。對于含鉀礦物，按其可溶性可分為可溶性鉀鹽礦物和不可溶性含鉀的鋁硅酸鹽礦物。可溶性的含鉀鹽類礦物主要包括鉀石鹽、光齒石、硫酸鉀、混合鉀鹽和液態(tài)鉀鹽5種類型；鋁硅酸類巖石是不可溶性的含鉀巖石或富鉀巖石(如明礬石、霞石、鉀長石及富鉀頁巖、砂巖、富鉀泥灰?guī)r等)。目前，世界范圍內(nèi)開發(fā)利用的主要是可溶性鉀鹽資源。據(jù)調(diào)查，我國約70%的耕地缺鉀，其中45%的耕地嚴(yán)重缺鉀，中國作為農(nóng)業(yè)大國，已成為世界主要的鉀肥消費(fèi)國。但是我國鉀肥自給率只有30%，進(jìn)口依賴度達(dá)到70%左右，鉀鹽已成為中國最為緊缺的兩種非金屬礦產(chǎn)之一。截至2005年，中國鉀鹽儲量折合K2O為8291. 6萬噸，僅占世界總儲量約1%，資源儲量十分有限，難以滿足每年龐大的消費(fèi)需求。鋼鐵廠每生產(chǎn)I噸鋼大概會有質(zhì)量比為8 12%的粉塵生成，這些粉塵一般含鐵較高，此外還含有一定的Zn、K、Na、Pb、C、Cl等，并且某些元素會在特定工序富集，如高爐布袋灰中C含量比較高，達(dá)25 55% ；電爐粉塵中Zn含量較高，達(dá)3 17% ;燒結(jié)電除塵灰中KCl含量較高，三電場灰中可達(dá)40%。一般，這些粉塵中鐵含量高、粒度較粗的部分會返回?zé)Y(jié)工序循環(huán)利用，其余部分堆存處理，不僅占用場地，還會造成揚(yáng)塵污染，部分重金屬元素隨雨水沖刷而浸出，進(jìn)一步污染環(huán)境。進(jìn)入鋼鐵循環(huán)系統(tǒng)的粉塵中的Zn、K、Na、Pb、Cl會進(jìn)一步富集，惡化燒結(jié)和高爐煉鐵操作。粉塵中的這些有害元素如Zn、K等，同時(shí)又是我國急缺的重要有色金屬資源，因此開展相關(guān)綜合利用具有重要意義。轉(zhuǎn)底爐煤基直接還原工藝是綜合利用鋼鐵廠粉塵的先進(jìn)技術(shù)，利用粉塵中的殘?zhí)?，?jīng)高溫將鐵氧化物、鋅氧化物還原，同時(shí)令Zn、K、Na以氯化物形式揮發(fā)出來并進(jìn)一步富集。產(chǎn)品包括直接還原鐵和二次粉塵，直接還原鐵金屬化率在80%以上，但品位較低，適合作高爐入爐原料，二次粉塵可以作為提取鋅、鉀、鈉的原料?，F(xiàn)有技術(shù)中存在利用工業(yè)廢棄物回收含鋅物質(zhì)的方法。在名稱為“轉(zhuǎn)底爐處理含鋅粉塵回收氧化鋅的方法”、公開號為CN 101386913 A的中國專利申請中公開了下列操作將含鋅粉塵與煤和熔劑混合，然后進(jìn)行壓塊干燥后送入轉(zhuǎn)底爐進(jìn)行直接還原，粉塵中的鋅從廢棄物中回收，除鋅后的料塊通過轉(zhuǎn)底爐直接還原后進(jìn)行冷卻或壓塊后使用；對于廢棄物中的高溫?zé)煔?，首先進(jìn)行降塵，然后采用換熱器進(jìn)行回收，換熱后兌入空氣使鋅蒸汽氧化得到氧化鋅粉塵，采用冷卻器進(jìn)一步冷卻后，最后采用收塵器回收氧化鋅粉塵。該專利申請僅敘述了一種獲得富含氧化鋅的二次粉塵的方法，并沒有對二次粉塵的成分以及如何利用做出闡述，二次粉塵中除了鋅元素外，還包括有其他金屬元素，而如鉀、鈉等金屬元素在二次粉塵中所占比例還十分可觀，該方法無法對除鋅以外的金屬元素進(jìn)行提取，造成了資源的浪費(fèi)。在名稱為“一種鍍鋅鋼板煉鋼粉塵強(qiáng)化浸出工藝”、公開號為CN 101717908 A的中 國專利申請中公開了下列操作將含鋅>5%的煉鋼粉塵經(jīng)細(xì)磨打散后采用濃酸進(jìn)行常規(guī)浸出，然后做固液分離，將浸出液作為貴液經(jīng)除鐵后萃取電積制鋅，將浸渣送入超聲波系統(tǒng)繼續(xù)浸出，固液分離后所得浸出液返回常規(guī)浸出作為浸出原液，尾渣經(jīng)處理送尾礦庫。該專利申請所披露的方法在制備過程中需要消耗大量的酸，成本高，而且容易造成環(huán)境污染。在現(xiàn)有技術(shù)中也存在利用工業(yè)廢棄物回收含鉀物質(zhì)的方法。在名稱為“利用鋼鐵企業(yè)燒結(jié)電除塵灰生產(chǎn)氯化鉀的方法”、公開號為CN101234766 A的中國專利申請中公開了下列操作室溫下，采用自來水，加入適量的SDD在液固比2/1 1/1條件下浸出，浸出率可達(dá)95 99. 5%，過濾后的殘?jiān)?jīng)干燥后返回?zé)Y(jié)工序，浸出液加熱濃縮至原體積的3/5 4/5，緩慢冷卻分步結(jié)晶氯化鉀和氯化鈉產(chǎn)品，純度可達(dá)95 98%，鈣鎂總量O. 4 3%，結(jié)晶母液返回用以除塵灰的浸出，整個(gè)過程物無廢物排放，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。該專利申請中所用原料為燒結(jié)富鉀除塵灰，組成相對簡單，沒有涉及鋅的提取內(nèi)容。綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中的固體廢棄物利用方法只能回收某一類金屬元素，無法實(shí)現(xiàn)對多種元素的綜合回收與利用。此外，現(xiàn)有技術(shù)中的方法成本高，易于造成環(huán)境污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)底爐二次粉塵提取鋅、鉀、鈉的方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種利用轉(zhuǎn)底爐二次粉塵提取鋅、鉀、鈉的方法，包括步驟I)、將鋼鐵企業(yè)冶煉過程中所產(chǎn)生的含有鋅、鉀、鈉元素的多種粉塵按比例配料，然后用有機(jī)粘結(jié)劑混勻以得到混合料，對所述混合料進(jìn)行水分調(diào)節(jié)；步驟2)、將步驟I)得到的混合料制成含碳球團(tuán)，所述含碳球團(tuán)經(jīng)干燥、還原后得到金屬化球團(tuán)以及二次粉塵；步驟3)、將步驟2)得到的二次粉塵和水或步驟7)得到的洗滌液和結(jié)晶母液做浸出操作，得到浸出液與浸出渣；
步驟4)、對步驟3)得到的浸出液做凈化處理；步驟5)、將步驟4)所得到的經(jīng)過凈化的浸出液進(jìn)行萃取，得到鋅負(fù)載有機(jī)相以及萃余液；步驟6)、將步驟5)得到的鋅負(fù)載有機(jī)相進(jìn)行反萃，得到用于提取鋅元素的溶液，然后從該溶液中提取出鋅；步驟7)、將步驟5)得到的萃余液加熱濃縮，緩慢冷卻至室溫，出現(xiàn)大量KCl結(jié)晶，然后用飽和KCl溶液洗滌該結(jié)晶產(chǎn)物，洗滌液和結(jié)晶母液返回步驟3)的浸出操作，經(jīng)多次循環(huán)，待浸出液中NaCl接近飽和濃度后，分步結(jié)晶分別得到KCl和NaCl產(chǎn)品。上述技術(shù)方案中，所述含有鋅、鉀、鈉元素的多種粉塵包括高爐布袋灰、高爐槽灰、燒結(jié)電除塵灰、轉(zhuǎn)爐細(xì)灰或粗灰、電爐灰、轉(zhuǎn)爐污泥、軋線污泥中的多個(gè)或全部。
上述技術(shù)方案中，所述多種粉塵按比例配料的比例為按C/0摩爾比為O. 8 I. 2的比例配料，所述有機(jī)粘結(jié)劑是富含羥基的天然有機(jī)物或工業(yè)合成物，所述有機(jī)粘結(jié)劑的比例為2 4%，對所述混合料進(jìn)行水分調(diào)節(jié)的水分比例為10 14%。上述技術(shù)方案中，將混合料制成含碳球團(tuán)由對輥壓球機(jī)實(shí)現(xiàn)，所述對輥壓球機(jī)制作含碳球團(tuán)時(shí)的壓力大小為15 20MPa,所制成的含碳球團(tuán)為尺寸大小大約為40 X 30 X 20mm的枕狀橢球。上述技術(shù)方案中，在所述的步驟3)中，所述的浸出操作中，浸出溫度為30°C，液固比10/1 5/1，浸出時(shí)間為20 30分鐘。上述技術(shù)方案中，在所述的步驟4)中，所述的凈化處理包括將浸出液的pH值調(diào)至5. 5以下,令Fe、As共沉淀。上述技術(shù)方案中，在所述的步驟5)中，所述的萃取劑為P204和磺化煤油，萃取過程中有機(jī)相與水相比例為1:1。上述技術(shù)方案中，在所述的步驟6)中，負(fù)載鋅的有機(jī)相用稀硫酸按相比1:1進(jìn)行反萃。上述技術(shù)方案中，在所述的步驟7)中，將步驟5)得到的萃余液加熱至100°C進(jìn)行濃縮，液體體積縮至原體積的1/2 3/5。上述技術(shù)方案中，在所述的步驟7)中，所述的多次循環(huán)為4 6次循環(huán)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于以轉(zhuǎn)底爐處理鋼鐵廠含鋅粉塵所得二次粉塵為原料，以普通水為浸出劑，可以得到滿足電解和電鍍要求的ZnSO4溶液和KC1、NaCl產(chǎn)品，殘?jiān)€可以做冶煉企業(yè)進(jìn)一步提取鉛的原料。整個(gè)工藝簡單易行，能耗低，操控方便，各種有價(jià)元素得到了全面利用，同時(shí)減少了對環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)了雙重效益。


圖I是利用轉(zhuǎn)底爐二次粉塵提取鋅、鉀、鈉的流程圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。參考圖I，本發(fā)明的方法包括以下步驟步驟I)、鋼鐵廠冶煉過程中會產(chǎn)生多種含鋅、鉀、鈉元素的粉塵，將這些粉塵按照一定的比例配料，然后用有機(jī)粘結(jié)劑混勻以得到混合料，對所述混合料進(jìn)行水分調(diào)節(jié)。在本實(shí)施例中，所述多種含鋅、鉀、鈉的粉塵包括高爐布袋灰、高爐槽灰、燒結(jié)電除塵灰、轉(zhuǎn)爐細(xì)(粗)灰、電爐灰、轉(zhuǎn)爐污泥、軋線污泥等鋼鐵冶金粉塵中的多種或全部，在下面的表I中給出了本實(shí)施例中所涉及的各含鋅粉塵的化學(xué)成分。從該表可以看出，在這些粉塵中,鋅、鉀、鈉元素的含量都較高。表I
權(quán)利要求
1.一種利用轉(zhuǎn)底爐二次粉塵提取鋅、鉀、鈉的方法，包括 步驟I)、將鋼鐵企業(yè)冶煉過程中所產(chǎn)生的含有鋅、鉀、鈉元素的多種粉塵按比例配料，然后用有機(jī)粘結(jié)劑混勻以得到混合料，對所述混合料進(jìn)行水分調(diào)節(jié)； 步驟2)、將步驟I)得到的混合料制成含碳球團(tuán)，所述含碳球團(tuán)經(jīng)干燥、還原后得到金屬化球團(tuán)以及二次粉塵； 步驟3)、將步驟2)得到的二次粉塵和水或步驟7)得到的洗滌液和結(jié)晶母液做浸出操作，得到浸出液與浸出渣； 步驟4)、對步驟3)得到的浸出液做凈化處理； 步驟5)、將步驟4)所得到的經(jīng)過凈化的浸出液進(jìn)行萃取，得到鋅負(fù)載有機(jī)相以及萃余液； 步驟6)、將步驟5)得到的鋅負(fù)載有機(jī)相進(jìn)行反萃，得到用于提取鋅元素的溶液，然后從該溶液中提取出鋅； 步驟7)、將步驟5)得到的萃余液加熱濃縮，緩慢冷卻至室溫，出現(xiàn)大量KCl結(jié)晶，然后用飽和KCl溶液洗滌該結(jié)晶產(chǎn)物，洗滌液和結(jié)晶母液返回步驟3)的浸出操作，經(jīng)多次循環(huán)，待浸出液中NaCl接近飽和濃度后，分步結(jié)晶分別得到KCl和NaCl產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用轉(zhuǎn)底爐二次粉塵提取鋅、鉀、鈉的方法，其特征在于，所述含有鋅、鉀、鈉元素的多種粉塵包括高爐布袋灰、高爐槽灰、燒結(jié)電除塵灰、轉(zhuǎn)爐細(xì)灰或粗灰、電爐灰、轉(zhuǎn)爐污泥、軋線污泥中的多個(gè)或全部。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用轉(zhuǎn)底爐二次粉塵提取鋅、鉀、鈉的方法，其特征在于，所述多種粉塵按比例配料的比例為按C/ο摩爾比為O. 8 I. 2的比例配料，所述有機(jī)粘結(jié)劑是富含羥基的天然有機(jī)物或工業(yè)合成物，所述有機(jī)粘結(jié)劑的比例為2 4%，對所述混合料進(jìn)行水分調(diào)節(jié)的水分比例為10 14%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用轉(zhuǎn)底爐二次粉塵提取鋅、鉀、鈉的方法，其特征在于，將混合料制成含碳球團(tuán)由對輥壓球機(jī)實(shí)現(xiàn)，所述對輥壓球機(jī)制作含碳球團(tuán)時(shí)的壓力大小為15 20MPa，所制成的含碳球團(tuán)為尺寸大小大約為40X 30X 20mm的枕狀橢球。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用轉(zhuǎn)底爐二次粉塵提取鋅、鉀、鈉的方法，其特征在于，在所述的步驟3)中，所述的浸出操作中，浸出溫度為30°C，液固比10/1 5/1，浸出時(shí)間為20 30分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用轉(zhuǎn)底爐二次粉塵提取鋅、鉀、鈉的方法，其特征在于，在所述的步驟4)中，所述的凈化處理包括將浸出液的pH值調(diào)至5.5以下，令Fe、As共沉淀。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用轉(zhuǎn)底爐二次粉塵提取鋅、鉀、鈉的方法，其特征在于，在所述的步驟5)中，所述的萃取劑為P204和磺化煤油，萃取過程中有機(jī)相與水相比例為1:1。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用轉(zhuǎn)底爐二次粉塵提取鋅、鉀、鈉的方法，其特征在于，在所述的步驟6)中，負(fù)載鋅的有機(jī)相用稀硫酸按相比1:1進(jìn)行反萃。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用轉(zhuǎn)底爐二次粉塵提取鋅、鉀、鈉的方法，其特征在于，在所述的步驟7)中，將步驟5)得到的萃余液加熱至100°C進(jìn)行濃縮，液體體積縮至原體積的1/2 3/5。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用轉(zhuǎn)底爐二次粉塵提取鋅、鉀、鈉的方法，其特征在于，在所述的步驟7)中，所述的多次循環(huán)為4 6次循環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用轉(zhuǎn)底爐二次粉塵提取鋅、鉀、鈉的方法，包括將含有鋅、鉀、鈉元素的多種粉塵按比例配料，用有機(jī)粘結(jié)劑混勻以得到混合料，對混合料進(jìn)行水分調(diào)節(jié)；將混合料制成含碳球團(tuán)，含碳球團(tuán)經(jīng)干燥、還原后得到金屬化球團(tuán)以及二次粉塵；將二次粉塵和水或洗滌液和結(jié)晶母液做浸出操作，得到浸出液與浸出渣；對浸出液做凈化處理；將經(jīng)過凈化的浸出液進(jìn)行萃取，得到鋅負(fù)載有機(jī)相以及萃余液；將鋅負(fù)載有機(jī)相進(jìn)行反萃，得到用于提取鋅元素的溶液，從該溶液中提取出鋅；將萃余液加熱濃縮，緩慢冷卻至室溫，出現(xiàn)KCl結(jié)晶，然后用飽和KCl溶液洗滌該結(jié)晶產(chǎn)物，洗滌液和結(jié)晶母液返回浸出操作，經(jīng)多次循環(huán)，待浸出液中NaCl接近飽和濃度后，分步結(jié)晶分別得到KCl和NaCl產(chǎn)品。
文檔編號C22B19/30GK102808087SQ20121031677
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月30日
發(fā)明者曾暉, 薛慶國, 張毅, 王廣, 李建云, 王靜松, 秦立國, 陳偉 申請人:萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司