一種分離電弧爐煙塵中鋅和鐵的方法
【專利說明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及冶金領(lǐng)域中濕法冶金過程，特別是一種有效分離電弧爐煙塵中鋅和鐵的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電弧爐煙塵是電弧爐冶煉廢鋼過程中回收得到的煙塵，除含鋅、鐵等主要金屬外，還可能含有鉛、鎘、鉻等有毒物質(zhì)。早期，電弧爐煙塵主要是采用玻璃固化法處理后進(jìn)行填埋處理，通過將電弧爐煙塵與粘土或二氧化硅、三氧化二鋁等熔劑混合后在1100~1200°C進(jìn)行熔煉，產(chǎn)出滿足環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的致密而穩(wěn)定的固化渣。然而，隨著金屬礦床資源的日益短缺，從電弧爐煙塵中進(jìn)行鋅、鐵等金屬資源的回收越來越具有實(shí)際意義。
[0003]目前，從電弧爐煙塵中回收有價(jià)金屬可分為火法和濕法兩類處理工藝?；鸱üに囍饕抢娩\、鉛的飽和蒸汽壓較鐵低，在還原氣氛下容易揮發(fā)的特性，使電弧爐煙塵中的鉛和鋅以氣體的形式析出，從而達(dá)到鋅、鉛與鐵分離的目的，比較典型的有:威爾茲法、奧斯麥特法、Fastmet固體還原恪煉法、Inmetco固體還原恪煉法。火法工藝雖然具有處理能力大、技術(shù)較為成熟、經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)，但由于熔煉溫度高，存在能源消耗大、操作環(huán)境差和金屬分離效果低等缺點(diǎn)(龐文杰，曾子高，劉衛(wèi)平，肖松文.國外電弧爐煙塵處理技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展[J].礦冶工程，2004，24(4):41-46)ο
[0004]濕法工藝可概括分為酸浸法和堿浸法(彭容秋.鉛鋅冶金學(xué).北京，科學(xué)出版社，2003)。酸浸法通常是采用鹽酸或硫酸體系進(jìn)行浸出，然而由于電弧爐煙塵中大約30%的鋅是以鐵酸鋅物相形態(tài)存在，因此常規(guī)酸浸條件下鋅的浸出率很難達(dá)到80%，盡管采用高溫高酸的條件可顯著增加鋅的浸出率，但在此過程中大量的鐵會(huì)進(jìn)入溶液，必須采用繁瑣的沉鐵工藝進(jìn)行凈化處理，不但影響鋅的回收率，同時(shí)也不利于鐵的資源化回收；并且，酸性條件下設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，操作環(huán)境也較差。堿浸法處理電弧爐煙塵主要是利用氫氧化鈉或者銨鹽(即氯化銨、硫酸銨或碳酸銨)進(jìn)行鋅的有效浸出。堿浸法具有對金屬選擇性好的優(yōu)點(diǎn)，但煙塵中鐵酸鋅的存在仍會(huì)導(dǎo)致鋅的浸出率較低，工業(yè)上常需結(jié)合其他方法進(jìn)行綜合回收。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
為了克服電弧爐煙塵傳統(tǒng)處理工藝的不足，本發(fā)明提供一種能有效分離電弧爐煙塵中鋅和鐵的濕法冶金方法。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:以淀粉為還原劑，將電弧爐煙塵在含有添加劑的氫氧化鈉溶液中進(jìn)行水熱還原浸出，鋅進(jìn)入浸出液中，鐵則轉(zhuǎn)化為磁性鐵氧化物Y-Fe2O3或Fe3O4的一種或兩種進(jìn)入浸出渣中，實(shí)現(xiàn)鋅和鐵的有效分離；含鋅浸出液采用通入CO2方式調(diào)節(jié)溶液pH值，產(chǎn)出堿式碳酸鋅沉淀；浸出渣則通過磁選分離產(chǎn)出磁性鐵氧化物和尾渣。
[0007]具體的工藝過程與技術(shù)參數(shù)如下:
I水熱還原浸出
電弧爐煙塵在含有添加劑的氫氧化鈉溶液中經(jīng)淀粉高溫水熱還原，實(shí)現(xiàn)鋅和鐵的分離。首先在水熱反應(yīng)釜中配制氫氧化鈉濃度為40~240g/L和添加劑濃度小于100g/L的溶液，然后按照液固比(液體體積L與固體重量Kg之比)5-20:1將電弧爐煙塵加入水熱反應(yīng)釜中，同時(shí)控制溶液中淀粉的加入量為電弧爐煙塵重量的0.1-0.6倍，調(diào)節(jié)反應(yīng)釜攪拌速度為600~1000 r.mirT1，隨后將反應(yīng)釜升溫至150~300°C進(jìn)行水熱還原浸出。反應(yīng)4~12h后，開始冷卻降溫，當(dāng)溫度降至80°C以下時(shí)過濾，得到含鋅浸出液和浸出渣。
[0008]2磁選分離
浸出渣經(jīng)磁選分離產(chǎn)出磁性鐵氧化物和尾渣?？刂埔汗瘫?液體體積L與固體重量Kg之比)為2~5:1將浸出渣加水進(jìn)行漿化處理，在磁場強(qiáng)度為60~120KA/m2下磁選回收磁性鐵氧化物，尾渣則進(jìn)行無害化處理。
[0009]3 沉鋅
含鋅浸出液經(jīng)0)2氣體調(diào)節(jié)pH產(chǎn)出堿式碳酸鋅。取含鋅浸出液通入二氧化碳?xì)怏w，控制反應(yīng)溫度為10~50°C，當(dāng)溶液pH值為7~11時(shí)，過濾即得堿式碳酸鋅沉淀，濾液則經(jīng)結(jié)晶產(chǎn)出碳酸鈉后返回水熱還原浸出過程。
[0010]所述的氫氧化鈉、淀粉均為工業(yè)級(jí)試劑。所述的添加劑為碳酸銨、亞氨基二乙酸、氮三乙酸的一種或多種，均為工業(yè)級(jí)試劑。
[0011]本發(fā)明適合于處理含鋅和鐵的電弧爐煙塵，其成份質(zhì)量百分比為:Zn 18.0-37.0，F(xiàn)e 30.0?40.00
[0012]本發(fā)明與傳統(tǒng)的電弧爐煙塵處理流程比較，有以下優(yōu)點(diǎn):1、水熱還原浸出過程能夠?qū)㈦娀t煙塵中的三氧化二鐵、鐵酸鋅物相轉(zhuǎn)化為磁性鐵氧化物，鋅在此過程中得到高效浸出，不但實(shí)現(xiàn)了鋅與鐵的有效分離，同時(shí)有利于后續(xù)鐵的磁選回收；2、添加劑的加入有利于強(qiáng)化水熱還原過程，提高鋅的浸出率；3、選擇CO2氣體調(diào)節(jié)溶液pH進(jìn)行沉鋅，具有環(huán)境友好、成本低的優(yōu)點(diǎn)；4、堿性水溶液體系對設(shè)備腐蝕性大大降低，同時(shí)水熱反應(yīng)溫度控制在150°C ~300°C之間，相對于火法處理工藝，能耗大大降低；5、所采用的還原劑淀粉價(jià)格低廉，同時(shí)不需要工業(yè)合成，從源頭上防范了合成過程對環(huán)境造成危害的風(fēng)險(xiǎn)，符合當(dāng)前資源節(jié)約、環(huán)境友好的發(fā)展需要；6、本發(fā)明工藝流程簡單、勞動(dòng)強(qiáng)度低、環(huán)境友好。
【附圖說明】
[0013]圖1:本發(fā)明工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]實(shí)施例1:
電弧爐煙塵主要成分以質(zhì)量百分比計(jì)為(％):Zn 20.70，F(xiàn)e 32.16。工業(yè)級(jí)氫氧化鈉，其中NaOH含量彡99.0% ;工業(yè)級(jí)淀粉，其質(zhì)量要求為二級(jí)品及以上；工業(yè)級(jí)二氧化碳，其中CO2含量彡99.0%。
[0015]所述的添加劑為碳酸銨、亞氨基二乙酸、氮三乙酸的一種或多種，均為工業(yè)級(jí)試劑。
[0016]稱取上述成分的工業(yè)級(jí)氫氧化鈉48g和工業(yè)級(jí)碳酸銨12g，用600ml水配成溶液后加入水熱反應(yīng)釜中，然后繼續(xù)稱取60g電弧爐煙塵和1g淀粉加入所配溶液中，密閉好水熱反應(yīng)釜，調(diào)節(jié)攪拌速度為800r.mirT1，然后緩慢升溫至250°C，在該溫度下反應(yīng)6h后，往反應(yīng)釜中通入冷卻水，溫度降至60°C時(shí)，從反應(yīng)釜中放出漿料并過濾，濾渣用200ml水洗滌。浸出渣烘干后重48.2g，其中主要成分以重量百分比計(jì)為(％):Zn 2.02，F(xiàn)e 40.03 ;浸出液590ml，其成份(g/L)為:Zn 19.40。
[0017]將所得浸出渣48.2g加入150ml水進(jìn)行漿化處理，在磁場強(qiáng)度為80KA/m2下進(jìn)行磁選回收磁性鐵氧化物，烘干后得到磁性鐵氧化物23.5g和尾渣24.7g，其中磁性鐵氧化物主要成