CN104862487A - 一种有色金属炼锌飞灰的资源高效转化方法 - Google Patents

一种有色金属炼锌飞灰的资源高效转化方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种有色金属炼锌飞灰的资源高效转化方法，该方法首先将炼锌飞灰与过量的氨水及硫酸铵溶液混合，并发生反应，然后再将反应后的混合溶液进行固液分离，可溶性的锌氨络合溶液通入加热蒸氨单元中，采用蒸汽气提法脱除溶液中过量的氨气，经处理后的锌氨络合溶液一部分通入锌回收罐中，另一部分锌氨络合溶液作为脱硫浆液喷入烟气脱硫塔中对烟气进行脱硫处理，再通入脱硫浆液槽中，然后再往锌回收罐与脱硫浆液槽中添加碳酸氢铵进行处理，得到碱式碳酸锌与硫酸铵，碱式碳酸锌进行分离、纯化后作为产品销售，硫酸铵提纯后则进行循环利用。与现有技术相比，本发明具有资源利用率高、炼锌飞灰中锌回收率高、处理过程简单、节能清洁环保等优点。

Description

一种有色金属炼锌飞灰的资源高效转化方法
技术领域
本发明涉及环境保护领域的资源回收及再利用技术，尤其是涉及一种有色金属炼锌飞灰的资源高效转化方法。
背景技术
近年来，我国有色金属产量持续增加，特别是锌、铅等十种重金属的产量已经连续十余年位居世界第一位，为我国国民经济的发展作出了重要贡献。然而，有色金属大量开采和冶炼也带来了非常严重的环境问题，其中有色金属冶炼行业中锌灰(其主要成分为次氧化锌)的回收资源化问题尤为突出。
目前针对有色冶炼行业锌灰的回收方法主要是酸法浸提技术，即利用酸性溶液将锌灰中的锌溶解然后进行抽提。如专利CN102776384A的方法是将含次氧化锌的烟尘与水混合，加入浓硫酸进行浸泡，经洗涤、压滤得到浸出液，并在浸出液中加入氢氧化钠溶液进行沉锌，得到粗氢氧化锌产品。然而，酸法浸提技术存在以下不足：首先、来源于有色冶炼行业的锌灰成分较为复杂，若采用酸法浸提，会导致其它组分(如铅、铁、砷等)等一起进入浸提液，给后续提纯加工处理带来困难；其次、酸浸法还会造成其中的铟、银等有价金属以稀散形式浸出，造成其回收困难。第三、浸提产生的废酸回收和综合利用较困难，酸的消耗量大，而且还存在二次污染等诸多问题。因此，有必要开发一种高效、简便及环境友好处理方法。
此外，利用回收的氧化锌进行烟气脱硫是其一个重要的再利用途径。如果利用含有大量杂质的氧化锌原料进行脱硫时，由于大量不溶物的存在及脱硫过程中pH范围所限，导致原料中的氧化锌浸出率不高，且杂质含量过高等问题，这直接影响了其脱硫产物(硫酸锌)的后续加工利用。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能高效且有选择性地回收有色金属冶炼中锌灰中的锌资源，并能利用其进行烟气脱硫再利用的资源高效转化方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种有色金属炼锌飞灰的资源高效转化方法，该方法包括以下步骤：
(1)将炼锌飞灰与硫酸铵溶液置入锌提取罐中，搅拌混合均匀，然后再加入氨水，得到锌氨混合溶液；
(2)将步骤(1)中得到的锌氨混合溶液通过固液分离单元进行固液分离，其中，不溶性的灰渣作为贵金属冶炼原料回收利用，可溶性的锌氨络合溶液通入加热蒸氨单元；
(3)在加热蒸氨单元中采用蒸汽气提法脱除锌氨络合溶液中过量的氨气，其中，含氨蒸汽洗涤回收后得到氨水，提纯后返回步骤(1)进行循环利用，脱氨后的锌氨络合物进入锌提取液槽中；
(4)锌提取液槽中锌氨络合物一部分(10～50wt％)直接通入锌回收罐，另一部分(剩余部分全部)作为脱硫浆液进入烟气脱硫塔；
(5)通入锌回收罐的锌氨络合物用碳酸氢铵进行处理，得到碱式碳酸锌与硫酸铵，碱式碳酸锌进行分离、纯化后作为产品销售，硫酸铵提纯后则返回步骤(1)进行循环利用；
(6)脱硫浆液在烟气脱硫塔中对烟气进行脱硫处理后，排入脱硫浆液槽，再向脱硫浆液槽中添加碳酸氢铵进行处理，得到碱式碳酸锌与硫酸铵，碱式碳酸锌进行分离、纯化后作为产品销售，硫酸铵提纯后则返回步骤(1)进行循环利用。
步骤(1)中炼锌飞灰与硫酸铵溶液的体积比为1:10～100，炼锌飞灰中的氧化锌与硫酸铵溶液中的硫酸铵的摩尔比为1:1～100。
步骤(1)中氨水的浓度为0.1～5mol/L，氨水与硫酸铵溶液的体积比为1:1～10，氨水与炼锌飞灰中氧化锌的摩尔比为1～100:1。
步骤(2)中可溶性的锌氨络合溶液的浓度为0.1～5mol/L。
步骤(2)中所述的固液分离单元为离心分离装置或沉降分离装置。
步骤(3)中所述的蒸汽气提法中采用的蒸汽的温度为100℃。
锌提取液和脱硫浆液均采用碳酸氢铵溶液进行回收处理，碳酸氢铵的浓度为1.0～10.0mol/L，其中，步骤(5)中锌提取液与碳酸氢铵溶液的溶质的摩尔比为1:1～1:2；步骤(6)中脱硫浆液中锌离子与碳酸氢铵溶液溶质的摩尔比为1:1～1:2。
步骤(6)中进行脱硫处理的烟气的温度为30～60℃。
本发明所首先将炼锌飞灰与过量的氨水及硫酸铵溶液混合，并发生反应，其反应过程如下：
ZnO+(NH4)2SO4→ZnSO4+2NH3H2O
ZnO+(NH4)2SO4+2NH3·H2O→Zn(NH3)4SO4+3H2O
然后再将反应后的混合溶液进行固液分离，可溶性的锌氨络合溶液通入加热蒸氨单元中，采用蒸汽气提法脱除溶液中过量的氨气，经处理后的锌氨络合溶液一部分通入锌回收罐中，然后再往锌回收罐中添加碳酸氢铵溶液，经反应后生成碱式碳酸锌和硫酸铵溶液，其中硫酸铵溶液进行循环利用，碱式碳酸锌经分离、纯化后得到碱式碳酸锌产品，其反应过程如下：
另一部分锌氨络合溶液作为脱硫浆液喷入烟气脱硫塔中对烟气进行脱硫处理，脱硫过程中的反应具体如下：
Zn(NH3)4SO4+2SO2+2H2O+O2→ZnSO4+2(NH4)2SO4
ZnCO3·2Zn(OH)2+3SO2+1.5O2→3ZnSO4+CO2+2H2O
2NH3+SO2+H2O+0.5O2→(NH4)2SO4
在烟气脱硫塔中进行脱硫处理后的脱硫浆液排入脱硫浆液槽中，然后再加入一定量的碳酸氢铵溶液，反应处理后得到碱式碳酸锌和硫酸铵溶液，其中碱式碳酸锌经分离、纯化后作为产品销售，硫酸锌则继续循环利用，具体的反应过程如下：
ZnSO4+(NH4)2SO4+6H2O---ZnSO4·(NH4)2SO46H2O↓
3ZnSO4+2NH4HCO3+4NH3+3H2O→ZnCO3·2Zn(OH)2+3(NH4)2SO4+CO2
3ZnSO4·(NH4)2SO4+2NH4HCO3+4NH3+3H2O→ZnCO3·2Zn(OH)2+6(NH4)2SO4+CO2
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)氨水组成的浸提液，在一定条件下对含氧化锌的原料进行浸提，得到可溶性的锌氨络合物，并将不溶性的固体残留物与之分离；
(2)利用氨法对含氧化锌原料进行湿法提取，相对比较清洁；
(3)氨法浸锌时选择性好，对其包括部分有价金属在内的其它金属组分浸出量低，有利于其在残留固相中富集；
(4)在对锌氨络合溶液进行蒸汽气提法处理时，得到的含氨蒸汽很溶液回收进行循环利用，不容易造成浪费；
(5)本发明适用于有色金属冶炼行业的含锌烟尘高效回收及其资源化利用，其提取液也适用于其他行业工业烟气的脱硫处理。
附图说明
图1为本发明的工艺流程示意图；
图中，锌提取罐1，固液分离单元2，加热蒸氨单元3，锌提取液槽4，锌回收罐5，烟气脱硫塔6，脱硫浆液槽7，碳酸氢铵储罐8，氨水储罐9，硫酸铵储罐10。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明所述方法通过以下装置实现：该装置包括：锌提取罐1、固液分离单元2、加热蒸氨单元3、锌提取液槽4、锌回收罐5、烟气脱硫塔6、脱硫浆液槽7、碳酸氢铵储罐8、氨水储罐9以及硫酸铵储罐10，其中，锌提取罐1、固液分离单元2、加热蒸氨单元3、锌提取液槽4和锌回收罐5通过管道依次连接，氨水储罐9与硫酸铵储罐10均连接锌提取罐1，分别向锌提取罐1提高氨水与硫酸铵溶液，加热蒸氨单元3还连接氨水储罐9，从加热蒸氨单元3回收的氨水返回氨水储罐9循环利用，锌提取液槽4还连接烟气脱硫塔6，锌提取液槽4中的锌氨络合溶液一部分进入锌回收罐5，另一部分进入烟气脱硫塔6，烟气脱硫塔6连接脱硫浆液槽7，碳酸氢铵储罐8分别连接锌回收罐5与脱硫浆液槽7，并对其提供碳酸氢铵溶液，锌回收罐5的锌氨络合溶液与脱硫浆液槽7中的脱硫浆液均采用碳酸氢铵溶液回收处理，得到碱式碳酸锌与硫酸铵，其中碱式碳酸锌经分离、纯化后得到碱式碳酸锌产品，硫酸铵则通过管道输送回硫酸铵储罐10循环利用。
实施例1
利用一个体积为250mL的烧杯作为锌灰提取反应器，在烧杯内添加20g锌灰(其锌含量约为2.0％)，然后分别向烧杯中添加100mL浓度为0.5mol/L的(NH4)2SO4和100mL浓度为0.5mol/L的氨水作为提取液。将混合溶液在常温(25℃)下进行搅拌，搅拌速率为100转/分。搅拌30分钟以后，通过过滤将灰渣与提取液进行分离，并对分离后提取液中的锌含量进行检测，结果表明，约有95％的锌从锌灰中提取出来。
利用一个体积为500mL的玻璃鼓泡吸收装置作为反应器，反应器内装有200mL上述实施例中获得的锌提取液作为烟气脱硫吸收剂。向反应器中通入二氧化硫浓度为4000ppm的模拟烟气，烟气流量控制在1L/min，反应体系温度维持在25℃左右。通过对尾气中的二氧化硫进行监测，结果表明尾气中的二氧化硫浓度基本维持在350ppm左右，由此计算得出二氧化硫的去除效率约为91.3％左右。
实施例2
参见图1所示，一种有色金属炼锌飞灰的资源高效转化方法，包括以下步骤：
(1)将炼锌飞灰置入锌提取罐1中，分别通过氨水储罐9与硫酸铵储罐10向锌提取罐1中添加氨水与硫酸铵溶液，其中，氨水的浓度为0.1mol/L，氨水与硫酸铵溶液的体积比为1:1，炼锌飞灰与硫酸铵溶液的体积比为1:10，氨水、炼锌飞灰中的氧化锌和硫酸铵溶液中硫酸铵的摩尔比为100:1:100，然后搅拌混合均匀，得到锌氨混合溶液；
(2)将步骤(1)中得到的锌氨混合溶液通过离心分离装置进行固液分离，其中，不溶性的灰渣作为贵金属冶炼原料回收利用，可溶性的锌氨络合溶液通入加热蒸氨单元3，该锌氨络合溶液的浓度为0.1mol/L；
(3)在加热蒸氨单元3中采用蒸汽气提法脱除锌氨络合溶液中过量的氨气，蒸汽的温度为100℃，其中，含氨蒸汽洗涤回收后得到氨水，提纯后返回氨水储罐9进行循环利用，脱氨后的锌氨络合物进入锌提取液槽4中；
(4)锌提取液槽4中锌氨络合物的一部分(20wt％)直接通入锌回收罐5，另一部分(剩余部分全部)作为脱硫浆液进入烟气脱硫塔6；
(5)通入锌回收罐5的锌氨络合物用浓度为1mol/L的碳酸氢铵溶液进行处理，其添加量为：锌提取液与碳酸氢铵溶液的溶质的摩尔比为1:1，得到碱式碳酸锌与硫酸铵，碱式碳酸锌进行分离、纯化后作为产品销售，硫酸铵提纯后则返回硫酸铵储罐10中进行循环利用；
(6)脱硫浆液在烟气脱硫塔6中对烟气进行脱硫处理后，烟气的温度30℃，排入脱硫浆液槽7，再向脱硫浆液槽7中添加1mol/L的碳酸氢铵进行处理，其添加量为：脱硫浆液中锌离子与碳酸氢铵溶液溶质的摩尔比为1:1，得到碱式碳酸锌与硫酸铵，碱式碳酸锌进行分离、纯化后作为产品销售，硫酸铵提纯后则返回硫酸铵储罐10进行循环利用。
实施例3
参见图1所示，一种有色金属炼锌飞灰的资源高效转化方法，包括以下步骤：
(1)将炼锌飞灰置入锌提取罐1中，分别通过氨水储罐9与硫酸铵储罐10向锌提取罐1中添加氨水与硫酸铵溶液，其中，氨水的浓度为5mol/L，氨水与硫酸铵溶液的体积比为1:2，炼锌飞灰与硫酸铵溶液的体积比为1:100，氨水、炼锌飞灰中的氧化锌和硫酸铵溶液中硫酸铵的摩尔比为1:1:10，然后搅拌混合均匀，得到锌氨混合溶液；
(2)将步骤(1)中得到的锌氨混合溶液通过沉降分离装置进行固液分离，其中，不溶性的灰渣作为贵金属冶炼原料回收利用，可溶性的锌氨络合溶液通入加热蒸氨单元3，该锌氨络合溶液的浓度为5mol/L；
(3)在加热蒸氨单元3中采用蒸汽气提法脱除锌氨络合溶液中过量的氨气，蒸汽的温度为100℃，其中，含氨蒸汽洗涤回收后得到氨水，提纯后返回氨水储罐9进行循环利用，脱氨后的锌氨络合物进入锌提取液槽4中；
(4)锌提取液槽4中锌氨络合物的一部分(30wt％)直接通入锌回收罐5，另一部分(剩余部分全部)作为脱硫浆液进入烟气脱硫塔6；
(5)通入锌回收罐5的锌氨络合物用浓度为10mol/L的碳酸氢铵溶液进行处理，其添加量为：锌提取液与碳酸氢铵溶液的溶质的摩尔比为1:1.3，得到碱式碳酸锌与硫酸铵，碱式碳酸锌进行分离、纯化后作为产品销售，硫酸铵提纯后则返回硫酸铵储罐10中进行循环利用；
(6)脱硫浆液在烟气脱硫塔6中对烟气进行脱硫处理后，烟气的温度60℃，排入脱硫浆液槽7，再向脱硫浆液槽7中添加10mol/L的碳酸氢铵进行处理，其添加量为：脱硫浆液中锌离子与碳酸氢铵溶液溶质的摩尔比为1:1.2，得到碱式碳酸锌与硫酸铵，碱式碳酸锌进行分离、纯化后作为产品销售，硫酸铵提纯后则返回硫酸铵储罐10进行循环利用。
实施例4
参见图1所示，一种有色金属炼锌飞灰的资源高效转化方法，包括以下步骤：
(1)将炼锌飞灰置入锌提取罐1中，分别通过氨水储罐9与硫酸铵储罐10向锌提取罐1中添加氨水与硫酸铵溶液，其中，氨水的浓度为1mol/L，氨水与硫酸铵溶液的体积比为1:10，炼锌飞灰与硫酸铵溶液的体积比为1:100，氨水、炼锌飞灰中的氧化锌和硫酸铵溶液中硫酸铵的摩尔比为10:1:100，然后搅拌混合均匀，得到锌氨混合溶液；
(2)将步骤(1)中得到的锌氨混合溶液通过沉降分离装置进行固液分离，其中，不溶性的灰渣作为贵金属冶炼原料回收利用，可溶性的锌氨络合溶液通入加热蒸氨单元3，该锌氨络合溶液的浓度为3mol/L；
(3)在加热蒸氨单元3中采用蒸汽气提法脱除锌氨络合溶液中过量的氨气，蒸汽的温度为100℃，其中，含氨蒸汽洗涤回收后得到氨水，提纯后返回氨水储罐9进行循环利用，脱氨后的锌氨络合物进入锌提取液槽4中；
(4)锌提取液槽4中锌氨络合物的一部分(40wt％)直接通入锌回收罐5，另一部分(剩余部分全部)作为脱硫浆液进入烟气脱硫塔6；
(5)通入锌回收罐5的锌氨络合物用浓度为5mol/L的碳酸氢铵溶液进行处理，其添加量为：锌提取液与碳酸氢铵溶液的溶质的摩尔比为1:1.6，得到碱式碳酸锌与硫酸铵，碱式碳酸锌进行分离、纯化后作为产品销售，硫酸铵提纯后则返回硫酸铵储罐10中进行循环利用；
(6)脱硫浆液在烟气脱硫塔6中对烟气进行脱硫处理后，烟气的温度50℃，排入脱硫浆液槽7，再向脱硫浆液槽7中添加8mol/L的碳酸氢铵进行处理，其添加量为：脱硫浆液中锌离子与碳酸氢铵溶液溶质的摩尔比为1:1.5，得到碱式碳酸锌与硫酸铵，碱式碳酸锌进行分离、纯化后作为产品销售，硫酸铵提纯后则返回硫酸铵储罐10进行循环利用。
实施例5
参见图1所示，一种有色金属炼锌飞灰的资源高效转化方法，包括以下步骤：
(1)将炼锌飞灰置入锌提取罐1中，分别通过氨水储罐9与硫酸铵储罐10向锌提取罐1中添加氨水与硫酸铵溶液，其中，氨水的浓度为3mol/L，氨水与硫酸铵溶液的体积比为1:5，炼锌飞灰与硫酸铵溶液的体积比为1:30，氨水、炼锌飞灰中的氧化锌和硫酸铵溶液中硫酸铵的摩尔比为10:1:10，然后搅拌混合均匀，得到锌氨混合溶液；
(2)将步骤(1)中得到的锌氨混合溶液通过沉降分离装置进行固液分离，其中，不溶性的灰渣作为贵金属冶炼原料回收利用，可溶性的锌氨络合溶液通入加热蒸氨单元3，该锌氨络合溶液的浓度为3mol/L；
(3)在加热蒸氨单元3中采用蒸汽气提法脱除锌氨络合溶液中过量的氨气，蒸汽的温度为100℃，其中，含氨蒸汽洗涤回收后得到氨水，提纯后返回氨水储罐9进行循环利用，脱氨后的锌氨络合物进入锌提取液槽4中；
(4)锌提取液槽4中锌氨络合物的一部分(50wt％)直接通入锌回收罐5，另一部分(剩余部分全部)作为脱硫浆液进入烟气脱硫塔6；
(5)通入锌回收罐5的锌氨络合物用浓度为4mol/L的碳酸氢铵溶液进行处理，其添加量为：锌提取液与碳酸氢铵溶液的溶质的摩尔比为1:2，得到碱式碳酸锌与硫酸铵，碱式碳酸锌进行分离、纯化后作为产品销售，硫酸铵提纯后则返回硫酸铵储罐10中进行循环利用；
(6)脱硫浆液在烟气脱硫塔6中对烟气进行脱硫处理后，烟气的温度40℃，排入脱硫浆液槽7，再向脱硫浆液槽7中添加8mol/L的碳酸氢铵进行处理，其添加量为：脱硫浆液中锌离子与碳酸氢铵溶液溶质的摩尔比为1:1.8，得到碱式碳酸锌与硫酸铵，碱式碳酸锌进行分离、纯化后作为产品销售，硫酸铵提纯后则返回硫酸铵储罐10进行循环利用。
对实施例2～5的锌提取液槽4中锌提取液进行检测，结果表明约有95％的锌从炼锌飞灰中提取出来，对烟气脱硫塔6中的烟气进行检测，结果表明烟气中二氧化硫的去除效率约为91％。

Claims (8)

1.一种有色金属炼锌飞灰的资源高效转化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将炼锌飞灰与硫酸铵溶液置入锌提取罐中，搅拌混合均匀，然后再加入氨水，得到锌氨混合溶液；
(2)将步骤(1)中得到的锌氨混合溶液通过固液分离单元进行固液分离，其中，不溶性的灰渣作为贵金属冶炼原料回收利用，可溶性的锌氨络合溶液通入加热蒸氨单元；
(3)在加热蒸氨单元中采用蒸汽气提法脱除锌氨络合溶液中过量的氨气，其中，含氨蒸汽洗涤回收后得到氨水，提纯后返回步骤(1)进行循环利用，脱氨后的锌氨络合物进入锌提取液槽中；
(4)锌提取液槽中锌氨络合物一部分直接通入锌回收罐，另一部分作为脱硫浆液进入烟气脱硫塔；
(5)通入锌回收罐的锌氨络合物用碳酸氢铵进行处理，得到碱式碳酸锌与硫酸铵，碱式碳酸锌进行分离、纯化后作为产品销售，硫酸铵提纯后则返回步骤(1)进行循环利用；
(6)脱硫浆液在烟气脱硫塔中对烟气进行脱硫处理后，排入脱硫浆液槽，再向脱硫浆液槽中添加碳酸氢铵进行处理，得到碱式碳酸锌与硫酸铵，碱式碳酸锌进行分离、纯化后作为产品销售，硫酸铵提纯后则返回步骤(1)进行循环利用。
2.根据权利要求1所述的一种有色金属炼锌飞灰的资源高效转化方法，其特征在于，步骤(1)中炼锌飞灰与硫酸铵溶液的体积比为1:10～100，炼锌飞灰中的氧化锌与硫酸铵溶液中的硫酸铵的摩尔比为1:1～100。
3.根据权利要求1所述的一种有色金属炼锌飞灰的资源高效转化方法，其特征在于，步骤(1)中氨水的浓度为0.1～5mol/L，氨水与硫酸铵溶液的体积比为1:1～10，氨水与炼锌飞灰中氧化锌的摩尔比为1～100:1。
4.根据权利要求1所述的一种有色金属炼锌飞灰的资源高效转化方法，其特征在于，步骤(2)中可溶性的锌氨络合溶液的浓度为0.1～5mol/L。
5.根据权利要求1所述的一种有色金属炼锌飞灰的资源高效转化方法，其特征在于，步骤(2)中所述的固液分离单元为离心分离装置或沉降分离装置。
6.根据权利要求1所述的一种有色金属炼锌飞灰的资源高效转化方法，其特征在于，步骤(3)中所述的蒸汽气提法中采用的蒸汽的温度为100℃。
7.根据权利要求1所述的一种有色金属炼锌飞灰的资源高效转化方法，其特征在于，锌提取液和脱硫浆液均采用碳酸氢铵溶液进行回收处理，碳酸氢铵的浓度为1.0～10.0mol/L，其中，步骤(5)中锌提取液与碳酸氢铵溶液的溶质的摩尔比为1:1～1:2；步骤(6)中脱硫浆液中锌离子与碳酸氢铵溶液溶质的摩尔比为1:1～1:2。
8.根据权利要求1所述的一种有色金属炼锌飞灰的资源高效转化方法，其特征在于，步骤(6)中进行脱硫处理的烟气的温度为30～60℃。
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