鋼鐵廠含鋅煙塵濕法處理富集氧化鋅精礦的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋼鐵廠固廢資源的綜合利用領(lǐng)域，尤其涉及濕法處理鋼鐵廠含鋅煙塵 的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)鋼鐵行業(yè)產(chǎn)能巨大，據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2014年我國(guó)粗鋼年產(chǎn)量為8. 23 億噸，意味著2014年全年產(chǎn)生的含鋅煙塵至少為823萬(wàn)噸；由于所處理的原料不同，煙塵 中鋅含量也有較大差別，一般未經(jīng)循環(huán)富集的一次煙塵含鋅在10%以下，有些甚至低于2%， 而經(jīng)過(guò)多次循環(huán)富集的煙塵含鋅多在15%以上；僅按鋅品位1%計(jì)算，僅2014年，我國(guó)就有 8. 23萬(wàn)噸鋅分散在鋼鐵廠含鋅煙塵中，無(wú)法有效回收和利用，造成極大的資源浪費(fèi)；煙塵 中除含一定量的有價(jià)金屬鋅外，還含有大量的鐵和碳，另外還含有少量的鉛、鎘等有毒重金 屬元素，存在一定的環(huán)境隱患；隨著有色金屬礦產(chǎn)資源的枯竭，以及人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)， 各國(guó)都在積極探索鋼鐵廠含鋅煙塵的處理方案。
[0003] 目前，濕法處理鋼鐵廠含鋅煙塵的方法主要有以下三種： 酸浸：在酸性體系中浸出鋼鐵廠含鋅煙塵，浸出劑主要為硫酸，浸出過(guò)程中，煙塵中大 量的鐵與鋅一起溶出，造成浸出劑硫酸的大量消耗，且酸浸工藝處理鋼鐵廠含鋅煙塵必然 會(huì)有一個(gè)復(fù)雜的從浸出液中沉鐵的過(guò)程，因此，不太適合高含鐵的鋅煙塵處理；另外，為了 能使煙塵中鐵酸鋅溶解，酸浸工藝往往需要采取強(qiáng)化浸出（高溫、高酸浸出)，因而對(duì)設(shè)備的 防腐要求較高(可參見(jiàn)CN103911518A號(hào)中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn))。
[0004] 氨浸：在堿性體系中（10 < pH < 14)浸出鋼鐵廠含鋅煙塵，浸出劑主要為氨 水和銨鹽，利用配體順3與Zn 2+形成配離子使煙塵中ZnO溶解進(jìn)入溶液，過(guò)程中鈣、鎂、 鐵、硅不會(huì)被大量溶解，試劑耗量少，具有選擇性浸鋅的特點(diǎn)；但浸出過(guò)程中有氨氣揮發(fā)， 對(duì)人體、環(huán)境危害較大；另外，氨浸工藝所用配體冊(cè)1 3對(duì)Zn 2+配合能力較弱，對(duì)煙塵中鐵 酸鋅（ZnFe2O4)的溶解能力不足，不具有深度脫除鋼鐵廠含鋅煙塵中鋅的能力，難以實(shí) 現(xiàn)鐵和鋅的深度分離(可參見(jiàn)佟志芳等.氨浸出含鋅煙塵制取活性氧化鋅[J].化工環(huán) 保，2009, 29(6) :534-537 )。
[0005] 堿浸：在強(qiáng)堿性體系中（pH > 14)浸出鋼鐵廠含鋅煙塵，浸出劑為氫氧化鈉 (NaOH)，利用配體OF與Zn 2+形成配離子使煙塵中ZnO溶解進(jìn)入溶液，過(guò)程中鐵不溶，也具 有選擇性浸鋅的特點(diǎn)；但堿浸工藝操作條件為強(qiáng)堿性體系，對(duì)設(shè)備的防腐要求較高；另外， 堿浸工藝所用配體0Γ對(duì)Zn 2+配合能力較弱，對(duì)煙塵中鐵酸鋅的溶解能力不足，同樣難以實(shí) 現(xiàn)鐵和鋅的深度分離(可參見(jiàn)CN200910119189號(hào)中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn))。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為克服現(xiàn)有濕法處理鋼鐵廠含鋅煙塵方法的不足，本發(fā)明的目的是提供一種能有 效脫除鋼鐵廠含鋅煙塵中鋅、鉛和鎘有毒重金屬元素，富集氧化鋅精礦的方法，且操作流程 簡(jiǎn)單，體系溫和，對(duì)設(shè)備防腐要求低，對(duì)人體和環(huán)境毒副作用小的清潔的濕法冶金工藝。
[0007] 為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：以氨基乙酸根離子（H2NCH 2COCT簡(jiǎn)寫(xiě) 為Gl尸)為配體的配合劑水溶液，在弱堿性條件下（7 < pH < 10)，對(duì)鋼鐵廠含鋅煙塵進(jìn)行浸 出，浸出過(guò)程中，鐵、碳、鈣、鎂以及硅不溶解而留在浸出渣中，煙塵中鉛和鎘隨鋅一起進(jìn)入 浸出液，浸出渣經(jīng)水洗后返回鋼鐵系統(tǒng)配料燒結(jié)；所得浸出液用CaO或Ca(OH) 2進(jìn)行調(diào)堿 沉鋅，使鋅以氧化鋅形式沉淀，鉛和鎘與鋅共沉淀富集于氧化鋅精礦中；沉鋅后液用〇)2氣 體進(jìn)行調(diào)酸沉鈣，用以脫除沉鋅過(guò)程中引入的鈣離子，并實(shí)現(xiàn)配合劑再生，再生后的配合劑 溶液可返回浸出過(guò)程直接利用，沉鈣過(guò)程可產(chǎn)出活性CaCO^U產(chǎn)品。
[0008] 具體工藝過(guò)程及參數(shù)如下： 1浸出 鋼鐵廠含鋅煙塵中鋅主要以氧化鋅（ZnO)形式存在，少量以鐵酸鋅（ZnFe2O4)形式存 在，鋅在浸出過(guò)程中主要反應(yīng)如下： ZnO + 3Giy~ + HJD - Zn(Gly)Z + 20H~ (I)； ZfiFb1O4 + 3GIy~ + IH1O = + 20H~ + IFeO(OE) i (2 )。
[0009] 鋅浸出的同時(shí)，鉛和鎘的氧化物溶解進(jìn)入浸出液： PbO + 2G(v' +E2O = Pb(Gh% +20E~ (3)； CdO + 3Gh~ + H2O = Cd(Gh% + 20JT (4)。
[0010] 浸出條件：配合劑水溶液中氨基乙酸根離子總濃度為0. 5~2. 5mol · ΙΛ浸出時(shí)液 固比(體積mL/重量g)為3:1~10: 1，浸出pH值7 < pH < 10,浸出溫度25~85°C，浸出時(shí)間 2~6h;浸出完成后固液分離，浸出渣水洗后返回鋼鐵系統(tǒng)配料燒結(jié)，洗水收集待用，浸出液 進(jìn)入下一步調(diào)堿沉鋅。
[0011] 用于浸出的配合劑水溶液中配體氨基乙酸根離子，以氨基乙酸加入時(shí)，用氫氧化 鈉調(diào)整體系pH值7 < pH < 10 ;以氨基乙酸鈉加入時(shí)，用氨基乙酸調(diào)整體系pH值7 < pH < 10,此時(shí)，配合劑水溶液中氨基乙酸根離子總濃度為氨基乙酸和氨基乙酸鈉中氨基乙酸 根離子濃度之和，配合劑水溶液中配體氨基乙酸根離子總濃度為〇. 5 ~2. 5mol · L'
[0012] 調(diào)堿沉鋅 向浸出液中加入CaO或0&(0!1)2調(diào)節(jié)體系pH值，使鋅以氧化鋅形式沉淀，鋅沉淀的同 時(shí)，鉛和鎘隨鋅共沉淀富集于氧化鋅精礦中，相關(guān)反應(yīng)如下： Zn(Gh% + 3€?Τ+ + 20H~ = ZnO i +ICaGIy' + H2O (5)； PS(Giy): + 20^* +20ΙΓ = PiO 4 +2CflGiv十 + F2O (6); Cd(Gh% +3Ca2~ +20H~ = CdO 4 +3CaGh~ +E1O (7)〇
[0013] 反應(yīng)完成后，固液分離，沉鋅后液送下一步處理使得配合劑再生，渣水洗干燥后即 為氧化鋅精礦。
[0014] 調(diào)堿沉鋅條件：沉鋅終點(diǎn)pH值10~12,溫度15~95 °C，攪拌速度300~ 700r · mirf1，陳化反應(yīng)時(shí)間l~4h。
[0015] 沉鋅用CaO或Ca(OH)2可采用調(diào)漿或固體粉末形態(tài)直接加入，以固體粉末形態(tài)加 入時(shí)，固體顆粒粒徑(粒度150 μ m。
[0016] 調(diào)酸沉鈣 向沉鋅后液中通入CO2氣體調(diào)節(jié)體系pH值，此時(shí)，因沉鋅過(guò)程而引入體系的鈣離子(主 要以CaGly+配離子形式存在于沉鋅后液中）將形成碳酸鈣（CaCO3)沉淀析出，同時(shí)，釋放出 游離GlyTS體，使得配合劑水溶液中Glf配體活性得以恢復(fù)，且體系pH值恢復(fù)至適宜浸出 的弱堿性條件，相關(guān)反應(yīng)如下： CaGlx ^ + CO2 + H2〇 = CsCOj. Φ +211^ + GIy (8 ) 〇
[0017] 由于在配合物體系中析出CaCO3沉淀，所得CaCO3分散性好，粒度細(xì)，且可通過(guò)控制 反應(yīng)溫度得到不同粒徑的活性CaCO^U產(chǎn)品。
[0018] 調(diào)酸沉鈣條件：攪拌速度100~450r · mirT1，溫度10~85 °C，CO2氣體以流量 0. 2~6. OL mirr1通入溶液底部，當(dāng)體系pH值降至7 < pH < 10時(shí)，停止通入CO 2氣體，維持 攪拌和溫度，繼續(xù)反應(yīng)〇. 5~5h，反應(yīng)結(jié)束后固液分離，所得CaCO3水洗干燥后即為成品，所得 沉鈣后液即為再生后的配合劑溶液，洗水直接并入沉鈣后液中，沉鈣后液返回浸出過(guò)程直 接利用。
[0019] 調(diào)酸沉鈣過(guò)程所用〇)2氣體純度(含量）> 20% (CO2氣體體積含量)。
[0020] 本發(fā)明與現(xiàn)有濕法工藝相比有如下優(yōu)點(diǎn)：1.體系溫和，對(duì)設(shè)備防腐要求低，對(duì)人 體和環(huán)境毒副作用??；2.能處理高含鐵的含鋅煙塵，實(shí)現(xiàn)鐵和鋅的深度分離；3.能有效脫 除鋼鐵廠含鋅煙塵中有毒重金屬元素 Zn、Pb和Cd ;4.所用配合劑水溶液在處理過(guò)程中可實(shí) 現(xiàn)再生，循環(huán)利用，處理成本低；5.所得氧化鋅精礦鋅品位高，無(wú)硫的二次污染問(wèn)題；6.所 得活性CaCO^U產(chǎn)品用途廣泛，附加值高。
[0021] 本發(fā)明適用于處理含鐵10~45%，含鋅4~12%的高含鐵的低鋅品位的鋼鐵廠含鋅煙 塵(成分范圍以重量百分比計(jì))。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1 :本發(fā)明工藝流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 實(shí)施例1: 某鋼鐵廠煙塵，其