CN106587136B - 一种含锌高炉瓦斯泥制备高纯七水硫酸锌的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含锌高炉瓦斯泥制备高纯七水硫酸锌的方法，属于冶金资源综合利用技术领域。首先将块状含锌高炉瓦斯泥破碎、干燥、磨细，然后加入到硫酸溶液中进行酸浸，固液分离后得滤渣和和滤液，在滤液中加入双氧水溶液和石灰石氧化中和沉铁，过滤后得含铁渣和除铁后液，含铁渣用于回收铁；除铁后液中加入ZnF2粉，搅拌反应沉淀1~2h，过滤得到钙镁渣和硫酸锌溶液；硫酸锌溶液依次经蒸发浓缩、冷却结晶、脱水、风干得到高纯七水硫酸锌，脱水过程中得到的母液返回到蒸发浓缩过程。该法有效回收了高炉瓦斯泥的有价元素锌并制得高纯七水硫酸锌。

Description

一种含锌高炉瓦斯泥制备高纯七水硫酸锌的方法
技术领域
本发明涉及一种含锌高炉瓦斯泥制备高纯七水硫酸锌的方法，属于冶金资源综合利用技术领域。
背景技术
七水硫酸锌(ZnSO4·7H2O)，又名锌矾、皓矾，白色结晶物，是一种重要的无机化工原料。目前，硫酸锌已被广泛应用于工农业及医疗卫生领域，其需求量正逐年递增。在选矿中作抑菌剂，电镀业中用以配制电解液。硫酸锌是制造立德粉和锌盐的原料，亦作木材及皮革防腐、骨胶澄清、人造纤维沉淀剂等的辅助原料。农业上主要用作微量元素肥料，现代医药上的硫酸锌糖浆或糖片制品，是预防和治疗人体缺锌症的良药。在动物饲料中添加微量作营养剂，能促进个体的生长发育。长期以来，我国生产七水硫酸锌的主要原料是金属锌及含锌矿石，虽工艺成熟但设备投资大，生产成本高，生产规模小。
高炉瓦斯泥是高炉冶炼过程中随着高炉煤气携带出的原料粉尘及高温区激烈反应而产生的微粒经湿式或干式除尘而产生的副产物，随着我国钢铁工业的迅猛发展，高炉不断趋向大型化，高炉瓦斯泥的产量与日激增，我国高炉粉尘的产量为15~50kg /t，按2015年我国粗钢产量8亿吨计算，则2015年我国高炉瓦斯泥产量为1200万吨~5000万吨。可见，高炉瓦斯泥的产量相当巨大。高炉瓦斯泥中主要含有锌、铁、碳等有价元素。其中，锌的总量相当可观，回收潜力巨大。
高炉瓦斯泥含有相当数量的碱金属、碱土金属及重金属，若不加处理直接堆存，会造成极大的环境污染。高炉瓦斯泥的处理方法之一是直接利用，即将高炉瓦斯泥作为烧结配料返回烧结，但其中的Zn，Pb在高炉中会以ZnO、PbO形式挥发，造成高炉上部结瘤、堵塞，影响高炉透气性。另外，高炉瓦斯泥也用于生产建筑材料、用作吸附剂等，虽简单易行但利用量相当有限。选冶处理技术设备投资小，工艺流程简单，但是物理分离的方法回收率和生产率都很低。回转窑挥发法可有效挥发并回收高炉瓦斯泥中期的锌，但该法污染大，能耗高，投资成本也很高。总之，高炉瓦斯泥作为一种宝贵的二次资源，其资源化问题有一定的复杂性，近年来，虽得到了一定的利用，但仍然没有一种相当有效的方法解决高炉瓦斯泥高价值金属资源化问题，这一领域还有很大的研究空间。
发明内容
针对高炉瓦斯泥火法处理能耗高，污染大，物理法处理回收率低，堆存占地广，污染大等问题，本发明提供了一种全湿法预处理、浸出、净化、蒸发、结晶制备高纯七水硫酸锌的方法。该法有效回收了高炉瓦斯泥的有价金属锌并制得高纯七水硫酸锌。浸出渣锌含量较低，仍有较高的焦炭和铁，可直接返回烧结配料，制得的七水硫酸锌品位高，质量好。该法金属回收率高，对环境污染小，能耗低，成本低，经济效益好。本发明通过以下技术方案实现。
一种含锌高炉瓦斯泥制备高纯七水硫酸锌的方法，其包括以下具体步骤：
（1）首先将块状含锌高炉瓦斯泥破碎、干燥、磨细，得粉状含锌高炉瓦斯泥物料，然后加入到硫酸溶液中进行酸浸，浸出矿浆固液分离后得滤渣和和滤液，在滤液中加入双氧水溶液和石灰石氧化中和沉铁，过滤后得含铁渣和除铁后液，含铁渣用于回收铁；
（2）在温度为80℃条件下将步骤（1）得到的除铁后液中按照块状含锌高炉瓦斯泥与ZnF2质量比为30：1.5~3.0加入ZnF2粉，搅拌反应沉淀1~2h，过滤得到钙镁渣和硫酸锌溶液；
（3）将步骤（2）得到的硫酸锌溶液依次经蒸发浓缩、冷却结晶、脱水、风干得到高纯七水硫酸锌，脱水过程中得到的母液返回到蒸发浓缩过程。
所述步骤（1）中块状含锌高炉瓦斯泥破碎、干燥、磨细后得到粒径0.074mm~0.1mm粉状高炉瓦斯泥物料。
所述步骤（1）中酸浸过程具体为：在60℃条件下将粉状含锌高炉瓦斯泥物料按固液比1：（3~5）g/ml加入到1mol/L~1.5mol/L硫酸溶液中浸出10~20min，浸出结束后静置沉降10~20min，然后固液分离得滤渣与滤液。
所述步骤（1）中氧化中和沉铁具体为：在室温下，按照块状含锌高炉瓦斯泥质量与双氧水溶液体积比例为30：2~3g/ml将浓度为30wt%双氧水溶液加入到滤液中混合均匀，然后加入石灰石调节pH为5.2~5.4得到除铁后液和铁渣。
所述步骤（2）得到的硫酸锌溶液蒸发浓缩至过饱和度为1.56g/ml，然后置于冰水中冷却结晶10~12h得到七水硫酸锌，在经过脱水、风干便制得高纯七水硫酸锌。
所述步骤（1）中产生的滤渣因含有焦炭，铁有价元素，返回到钢铁厂烧结工序作为烧结配料使用；步骤（1）中产生铁渣用于回收铁；步骤（2）中产生的钙镁渣送建材厂生产建筑材料。
本发明的有益效果是：
（1）解决了高炉瓦斯泥堆存及火法处理困难的问题，实现了含锌高炉瓦斯泥中的锌高效回收，开发了一种制备七水硫酸锌的新原料。
（2）减少了高炉瓦斯泥对环境的污染，产出了高附加值的七水硫酸锌产品，符合清洁生产和循化经济的理念。
（3）该工艺处理过程能耗低，设备投资少，生产成本低，具有良好的经济效益。
附图说明
图1是本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示，该含锌高炉瓦斯泥制备高纯七水硫酸锌的方法，其包括以下具体步骤：
（1）首先将块状含锌高炉瓦斯泥（成分分析如表1所示）破碎、干燥、磨细，得粒径0.074mm~0.1mm粉状含锌高炉瓦斯泥物料，然后加入到硫酸溶液中进行酸浸（在60℃、搅拌速度为200r/min条件下将粉状含锌高炉瓦斯泥物料按固液比1：3g/ml加入到1.22mol/L硫酸溶液中浸出10min，浸出结束后静置沉降10min，然后固液分离得滤渣与滤液），浸出矿浆固液分离后得滤渣和和滤液，在滤液中加入双氧水溶液和石灰石氧化中和沉铁（在室温下，按照块状含锌高炉瓦斯泥质量与双氧水溶液体积比例为30：3g/ml将浓度为30wt%双氧水溶液加入到滤液中混合均匀氧化30min，然后加入石灰石调节pH为5.2~5.4并过滤得到除铁后液和铁渣），过滤后得含铁渣和除铁后液，含铁渣用于回收铁；
表1 某钢铁厂Ⅰ高炉瓦斯泥成分分析
（2）在温度为80℃条件下将步骤（1）得到的除铁后液中按照块状含锌高炉瓦斯泥与ZnF2质量比为30：3.0加入ZnF2粉，搅拌反应沉淀1h，过滤得到钙镁渣和硫酸锌溶液；
（3）将步骤（2）得到的硫酸锌溶液蒸发浓缩至过饱和度为1.56g/ml，然后置于冰水中冷却结晶10h得到七水硫酸锌，在经过脱水、风干便制得高纯七水硫酸锌，脱水过程中得到的母液返回到蒸发浓缩过程。
上述步骤（1）中产生的滤渣因含有焦炭，铁有价元素，返回到钢铁厂烧结工序作为烧结配料使用；步骤（1）中产生铁渣用于回收铁；步骤（2）中产生的钙镁渣送建材厂生产建筑材料。
经上述工艺流程金属锌的直收率为87.5%，产品高纯七水硫酸锌的纯度>99wt%。
实施例2
如图1所示，该含锌高炉瓦斯泥制备高纯七水硫酸锌的方法，其包括以下具体步骤：
（1）首先将块状含锌高炉瓦斯泥（成分分析如表2所示）破碎、干燥、磨细，得粒径0.074mm~0.1mm粉状含锌高炉瓦斯泥物料，然后加入到硫酸溶液中进行酸浸（在60℃、搅拌速度为200r/min条件下将粉状含锌高炉瓦斯泥物料按固液比1：5g/ml加入到1.5mol/L硫酸溶液中浸出20min，浸出结束后静置沉降15min，然后固液分离得滤渣与滤液），浸出矿浆固液分离后得滤渣和和滤液，在滤液中加入双氧水溶液和石灰石氧化中和沉铁（在室温下，按照块状含锌高炉瓦斯泥质量与双氧水溶液体积比例为30：2g/ml将浓度为30wt%双氧水溶液加入到滤液中混合均匀氧化30min，然后加入石灰石调节pH为5.2~5.4得到除铁后液和铁渣），过滤后得含铁渣和除铁后液，含铁渣用于回收铁；
表2 某钢铁厂Ⅱ高炉瓦斯泥成分分析
（2）在温度为80℃条件下将步骤（1）得到的除铁后液中按照块状含锌高炉瓦斯泥与ZnF2质量比为30：2.5加入ZnF2粉，搅拌反应沉淀1.5h，过滤得到钙镁渣和硫酸锌溶液；
（3）将步骤（2）得到的硫酸锌溶液蒸发浓缩至过饱和度为1.56g/ml，然后置于冰水中冷却结晶12h得到七水硫酸锌，在经过脱水、风干便制得高纯七水硫酸锌，脱水过程中得到的母液返回到蒸发浓缩过程。
上述步骤（1）中产生的滤渣因含有焦炭，铁有价元素，返回到钢铁厂烧结工序作为烧结配料使用；步骤（1）中产生铁渣用于回收铁；步骤（2）中产生的钙镁渣送建材厂生产建筑材料。
经上述工艺流程金属锌的直收率为90.3%，产品高纯七水硫酸锌的纯度>99wt%。
实施例3
如图1所示，该含锌高炉瓦斯泥制备高纯七水硫酸锌的方法，其包括以下具体步骤：
（1）首先将块状含锌高炉瓦斯泥（成分分析如表3所示）破碎、干燥、磨细，得粒径0.074mm~0.1mm粉状含锌高炉瓦斯泥物料，然后加入到硫酸溶液中进行酸浸（在60℃、搅拌速度为200r/min条件下将粉状含锌高炉瓦斯泥物料按固液比1：4g/ml加入到1.38mol/L硫酸溶液中浸出15min，浸出结束后静置沉降20min，然后固液分离得滤渣与滤液），浸出矿浆固液分离后得滤渣和和滤液，在滤液中加入双氧水溶液和石灰石氧化中和沉铁（在室温下，按照块状含锌高炉瓦斯泥质量与双氧水溶液体积比例为30：2.5g/ml将浓度为30wt%双氧水溶液加入到滤液中混合均匀氧化25min，然后加入石灰石调节pH为5.2~5.4得到除铁后液和铁渣），过滤后得含铁渣和除铁后液，含铁渣用于回收铁；
表2 某钢铁厂Ⅲ高炉瓦斯泥成分分析
（2）在温度为80℃条件下将步骤（1）得到的除铁后液中按照块状含锌高炉瓦斯泥与ZnF2质量比为30：1.5加入ZnF2粉，搅拌反应沉淀2h，过滤得到钙镁渣和硫酸锌溶液；
（3）将步骤（2）得到的硫酸锌溶液蒸发浓缩至过饱和度为1.56g/ml，然后置于冰水中冷却结晶11h得到七水硫酸锌，在经过脱水、风干便制得高纯七水硫酸锌，脱水过程中得到的母液返回到蒸发浓缩过程。
上述步骤（1）中产生的滤渣因含有焦炭，铁有价元素，返回到钢铁厂烧结工序作为烧结配料使用；步骤（1）中产生铁渣用于回收铁；步骤（2）中产生的钙镁渣送建材厂生产建筑材料。
经上述工艺流程金属锌的直收率为90.3%，产品高纯七水硫酸锌的纯度>99wt%。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (6)

1.一种含锌高炉瓦斯泥制备高纯七水硫酸锌的方法，其特征在于包括以下具体步骤：
（1）首先将块状含锌高炉瓦斯泥破碎、干燥、磨细，得粉状含锌高炉瓦斯泥物料，然后加入到硫酸溶液中进行酸浸，浸出矿浆固液分离后得滤渣和滤液，在滤液中加入双氧水溶液和石灰石氧化中和沉铁，过滤后得含铁渣和除铁后液，含铁渣用于回收铁；
（2）在温度为80℃条件下将步骤（1）得到的除铁后液中按照块状含锌高炉瓦斯泥与ZnF2质量比为30：1.5~3.0加入ZnF2粉，搅拌反应沉淀1~2h，过滤得到钙镁渣和硫酸锌溶液；
（3）将步骤（2）得到的硫酸锌溶液依次经蒸发浓缩、冷却结晶、脱水、风干得到高纯七水硫酸锌，脱水过程中得到的母液返回到蒸发浓缩过程。
2.根据权利要求1所述的含锌高炉瓦斯泥制备高纯七水硫酸锌的方法，其特征在于：所述步骤（1）中块状含锌高炉瓦斯泥破碎、干燥、磨细后得到粒径0.074mm~0.1mm粉状高炉瓦斯泥物料。
3.根据权利要求1所述的含锌高炉瓦斯泥制备高纯七水硫酸锌的方法，其特征在于：所述步骤（1）中酸浸过程具体为：在60℃条件下将粉状含锌高炉瓦斯泥物料按固液比1：（3~5）g/mL 加入到1mol/L~1.5mol/L硫酸溶液中浸出10~20min，浸出结束后静置沉降10~20min，然后固液分离得滤渣与滤液。
4.根据权利要求1所述的含锌高炉瓦斯泥制备高纯七水硫酸锌的方法，其特征在于：所述步骤（1）中氧化中和沉铁具体为：在室温下，按照块状含锌高炉瓦斯泥质量与双氧水溶液体积比例为30：2~3g/mL 将浓度为30wt%双氧水溶液加入到滤液中混合均匀，然后加入石灰石调节pH为5.2~5.4得到除铁后液和铁渣。
5.根据权利要求1所述的含锌高炉瓦斯泥制备高纯七水硫酸锌的方法，其特征在于：所述步骤（2）得到的硫酸锌溶液蒸发浓缩至过饱和度为1.56g/ml，然后置于冰水中冷却结晶10~12h得到七水硫酸锌，在经过脱水、风干便制得高纯七水硫酸锌。
6.根据权利要求1所述的含锌高炉瓦斯泥制备高纯七水硫酸锌的方法，其特征在于：所述步骤（1）中产生的滤渣因含有焦炭，铁有价元素，返回到钢铁厂烧结工序作为烧结配料使用；步骤（1）中产生铁渣用于回收铁；步骤（2）中产生的钙镁渣送建材厂生产建筑材料。
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