CN107326187A - 一种从电弧炉烟尘中选择性回收锌和铁的方法 - Google Patents

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Abstract

一种从电弧炉烟尘中选择性回收锌和铁的方法，本发明采用两段浸出法，第一段为中性浸出，将电弧炉烟尘与稀硫酸混合后加入到耐酸反应釜中，使电弧炉烟尘中的氧化锌优先溶解进入溶液中，铁酸锌保留在中性浸出渣中；第二段为碱性体系中水热还原浸出，将中性浸出渣加入搪瓷反应釜内，以Fe粉为还原剂，使中性浸出渣中的锌进入浸出液中，铁则以磁性铁氧化物的形式产出。本发明采用中性浸出来溶解电弧炉烟尘中的氧化锌，浸出时间短、浸出率高，优先实现了电弧炉烟尘中氧化锌中锌的回收；水热还原浸出过程能够将中性浸出渣中的三氧化二铁、铁酸锌物相转化为磁性铁氧化物，锌在此过程中得到高效浸出，不但实现了锌与铁的有效分离，同时有利于后续铁的磁选回收。

Description

一种从电弧炉烟尘中选择性回收锌和铁的方法
技术领域
本发明涉及一种从电弧炉烟尘中选择性回收锌和铁的方法，属于湿法冶金技术领域。
背景技术
电弧炉烟尘(EAF dust),即电弧炉废料炼钢过程中回收得到的烟尘，其主要成分为铁和锌，以及少量铅、氯、镉、铬等元素。在电弧炉烟尘中，锌主要以氧化锌和铁酸锌的矿物形态存在；铁主要呈氧化铁和铁酸锌矿物形态。由于电弧炉烟灰含有铅、铬等可溶性有毒物质，在欧美、日本等国家和地区都将之列为有毒废物，必须进行严格控制。近些年来，随着原生金属矿产资源日益枯竭，电弧炉烟尘已成为回收锌、铁的重要二次资源。
目前，国内外许多学者进行了从电弧炉烟尘中选择性回收锌和铁的研究，根据铁锌分离工艺的不同，可将这些工艺分为：高温还原挥发法、强化浸出法、高温矿相转化法等。高温还原挥发法是在高温及还原气氛下，将电弧炉烟尘中的铁酸锌分解为金属锌蒸气及铁氧化物，锌蒸气经氧化后以氧化锌的形式加以回收，从而实现铁锌的分离。根据还原挥发设备的不同，又可分为回转窑挥发法、漩涡炉熔炼法、烟化炉连续吹炼法、Ausmelt炉挥发法等。该类工艺在工业化应用中较为普遍，发展也较快，其共同特点是产生的渣量少、铁渣污染性小，但存在的主要缺点为能耗高、且需要新增低浓度SO2烟气处理系统。
强化浸出法是指利用高温高压、机械活化等强化浸出手段促进电弧炉烟尘中铁酸锌的溶解，使锌、铁同时进入溶液，然后采用一定的沉铁技术使铁沉淀产出，从而实现锌与铁的分离(彭容秋.锌冶金.中南大学出版社.2005，pp:43～53)。这类工艺存在工艺流程复杂、沉铁渣量大、渣中有价金属含量高、铁渣难以利用等缺点，已逐渐成为锌清洁冶炼的瓶颈。此外，专利CN 104762481 A介绍了一种利用淀粉在水热条件下还原铁酸锌，然后在强碱性溶液中浸出锌的方法，该方法虽然很好地分离了锌和铁，但仍存在锌浸出率不高、浸出液过滤困难，而且氢氧化钠消耗量大的缺点。
高温矿相转化法是指在焙烧时引入特殊的添加剂来诱导物料的矿物学特征变化，并通过控制焙烧物料的成分、焙烧温度、焙烧气氛及时间等因素，来实现铁酸锌的定向转化，再结合常规的浸出技术来实现铁酸锌中铁锌的分离。国内外的研究者分别研究了以Na2CO3、NaOH、硫磺、CaO、FeCl3、硫酸盐等为添加剂与铁酸锌在高温下焙烧，然后在碱性或氨盐体系中浸出焙烧渣。这些方法在专利CN 104087754 A、CN 103789556 A等已有介绍。尽管此类方法有效地提高了锌的浸出率，但也存在着能耗高、铁锌分离不彻底和环境污染等问题。
发明内容
为了克服电弧炉烟尘传统处理工艺的不足，本发明提供一种能选择性回收电弧炉烟尘中锌和铁的湿法冶金方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：采用两段浸出法，第一段为中性浸出，将电弧炉烟尘与稀硫酸按照一定的液固比混合后加入到耐酸反应釜中，使电弧炉烟尘中的氧化锌优先溶解进入溶液中，铁酸锌保留在中性浸出渣中；第二段为铁粉水热还原浸出，将中性浸出渣加入搪瓷反应釜内，以Fe粉为还原剂，并控制一定的碱度、温度和时间，使中性浸出渣中的锌进入浸出液中，而铁则以磁性铁氧化物的形式产出，实现锌和铁的有效分离。
具体工艺过程与技术参数如下：
1.中性浸出
首先配制硫酸浓度为0.1～0.5mol/L的溶液，然后按照液固比(液体体积L与固体质量Kg之比)5～10:1加入电弧炉烟尘，控制搅拌速度为500～800r/min，随后将反应釜温度升至40～80℃进行中性浸出。反应30～60min后，关掉搅拌和加热，待溶液冷却到室温后过滤，得到中性浸出液和中性浸出渣。中性浸出液送去回收锌，中性浸出渣则进行水热还原浸出。
2.水热还原浸出
在搪瓷反应釜中配制浓度为100～180g/L的氢氧化钠溶液，然后按照液固比(液体体积L与固体质量Kg之比)5～20:1将中性浸出渣加入搪瓷反应釜，并加入还原铁粉，还原铁粉的加入质量为电弧炉烟尘中铁质量的0.5～1倍，调节搪瓷反应釜搅拌速度为600～1000r/min，随后将反应釜升温至180～260℃下进行水热还原浸出。反应4～6h后，开始冷却降温，当温度降至室温时开釜过滤，得到含锌浸出液和还原产物。含锌浸出液送去电积回收锌，还原产物则进行磁选回收铁。
本发明适合于处理含锌和铁的电弧炉烟尘，其成份范围为(％)：Zn 5.0～40.0，Fe20.0～50.0，Pb 1.0～3.0，Cr 0.5～3.0，Cl 0.05～1.0。
本发明与传统的电弧炉烟尘处理流程比较，有以下优点：1.采用中性浸出来溶解电弧炉烟尘中的氧化锌，具有浸出时间短、浸出率高的优点，优先实现了电弧炉烟尘中氧化锌中锌的回收，减少了水热还原浸出过程中氢氧化钠的消耗；2.中性浸出过程可以使电弧炉烟尘中大部分的氯、铬等杂质元素进入中性浸出液中，减少这些杂质元素对水热还原过程的影响；3.水热还原浸出过程能够将中性浸出渣中的三氧化二铁、铁酸锌物相转化为磁性铁氧化物，锌在此过程中得到高效浸出，不但实现了锌与铁的有效分离，同时有利于后续铁的磁选回收；4、碱性水热还原体系相较于酸性体系，对设备腐蚀性大大降低，同时水热反应温度控制在180～260℃之间，相对于火法处理工艺，能耗大大降低；5、所采用的还原剂为铁粉，价格低廉，相较于水热体系采用淀粉等有机物作为还原剂，所得溶液过滤速度较快，且还原产物为磁性氧化铁，固体废渣较少；6、本发明工艺流程简单、劳动强度低、环境友好。
附图说明
图1：本发明工艺流程示意图。
具体实施方式
实施例1
电弧炉烟尘主要成分以质量百分比计为(％)：Zn 20.68，Fe 35.24，Pb 1.72，Cr2.14,Cl 0.52。氢氧化钠为分析纯试剂，其中NaOH含量≥99.0％；还原铁粉为分析纯试剂，其中Fe含量≥98％；硫酸为分析纯试剂，其中H2SO4含量≥98.0％。
在搪瓷反应釜中配制800mL浓度为0.2～0.4mol/L的硫酸溶液，然后称取100g电弧炉烟尘加入所配溶液中，调节搅拌速度为600r/min，然后缓慢升温至60℃，在该温度下反应1h后，待温度降至室温时，从反应釜中放出浆料并过滤，滤渣用200mL水洗涤。浸出渣烘干后重83.0g，其中主要成分以重量百分比计为(％)：Zn 10.96，Fe 42.24；浸出液和洗水980mL，其成份(g/L)为：Zn 12.64，Fe 1.08，Cr 2.18，Cl 0.53。
称取工业级氢氧化钠128g用800mL水配成溶液后加入搪瓷反应釜中，然后将中性浸出渣加入所配溶液中，加入25g还原铁粉，密闭好搪瓷反应釜，调节搅拌速度为800r/min，然后缓慢升温至220℃，在该温度下反应4h后，往反应釜中通入冷却水，温度降至60℃时，从反应釜中放出浆料并过滤，过滤速度为0.012m/s，滤渣用200mL水洗涤。浸出渣烘干后重98.21g，其中主要成分以重量百分比计为(％)：Zn 1.04，Fe 59.92；浸出液和洗水980mL，其成份(g/L)为：Zn 7.42，Pb 1.60，Fe 0.72。由此可计算得锌的浸出率为95.1％，铁的浸出率低于5％，实现了锌和铁的有效分离。
实施例2
电弧炉烟尘主要成分以质量百分比计为(％)：Zn 7.4，Fe 44，Pb 0.2，Cr 0.5,Cl0.07。氢氧化钠为分析纯级，其中NaOH含量≥99.0％；还原铁粉为分析纯试剂，其中Fe含量≥98％；硫酸为分析纯试剂，其中H2SO4含量≥98.0％。
在搪瓷反应釜中配制800mL浓度为0.1～0.2mol/L的硫酸溶液，用800mL水配成溶液后加入到搪瓷反应釜中，然后继续称取100g电弧炉烟尘加入所配溶液中，调节搅拌速度为600r/min，然后缓慢升温至60℃，在该温度下反应1h后，往反应釜冷却水管中通入冷却水，温度降至室温时，从反应釜中放出浆料并过滤，滤渣用200mL水洗涤。浸出渣烘干后重97.02g，其中主要成分以重量百分比计为(％)：Zn 5.91，Fe 45.35；浸出液和洗水950mL，其成份(g/L)为：Zn 1.75，Cr 0.47，Cl 0.07。
称取工业级氢氧化钠160g用800mL水配成溶液后加入搪瓷反应釜中，然后将中性浸出渣加入所配溶液中，加入22.3g还原铁粉，密闭好搪瓷反应釜，调节搅拌速度为800r/min，然后缓慢升温至220℃，在该温度下反应4h后，往反应釜中通入冷却水，温度降至60℃时，从反应釜中放出浆料并过滤，过滤速度为0.01m/s，滤渣用200mL水洗涤。浸出渣烘干后100.41g，其中主要成分以重量百分比计为(％)：Zn 0.49，Fe 65.38；浸出液和洗水966mL，其成份(g/L)为：Zn 5.43，Pb 0.20，Fe 1.36。由此可计算得锌的浸出率为93.35％，铁的浸出率低于3％，实现了锌和铁的有效分离。

Claims (2)

1.一种从电弧炉烟尘中选择性回收锌和铁的方法，其特征在于：采用两段浸出法，第一段为中性浸出，将电弧炉烟尘与稀硫酸混合后加入到耐酸反应釜中，使电弧炉烟尘中的氧化锌优先溶解进入溶液中，铁酸锌保留在中性浸出渣中；第二段为铁粉水热还原浸出，将中性浸出渣加入搪瓷反应釜内，以Fe粉为还原剂，使中性浸出渣中的锌进入浸出液中，而铁则以磁性铁氧化物的形式产出，实现锌和铁的有效分离；具体工艺过程与技术参数如下：
A.中性浸出
首先配制硫酸浓度为0.1～0.5mol/L的溶液，然后按照液固比(液体体积L与固体质量Kg之比)5～10:1加入电弧炉烟尘，控制搅拌速度为500～800r/min，随后将反应釜温度升至40～80℃进行中性浸出，反应30～60min后，关掉搅拌和加热，待溶液冷却到室温后过滤，得到中性浸出液和中性浸出渣，中性浸出液送去回收锌，中性浸出渣则进行水热还原浸出；
B.水热还原浸出
在搪瓷反应釜中配制浓度为100～180g/L的氢氧化钠溶液，然后按照液固比(液体体积L与固体质量Kg之比)5～20:1将中性浸出渣加入搪瓷反应釜，并加入还原铁粉，还原铁粉的加入质量为电弧炉烟尘中铁质量的0.5～1倍，调节搪瓷反应釜搅拌速度为600～1000r/min，随后将反应釜升温至180～260℃下进行水热还原浸出；反应4～6h后，冷却降温，当温度降至室温时过滤，得到含锌浸出液和还原产物，含锌浸出液送去电积回收锌，还原产物则进行磁选回收铁。
2.如权利要求1所述的从电弧炉烟尘中选择性回收锌和铁的方法，其特征在于：所述的电弧炉烟尘的质量百分成份为：Zn 5.0～40.0，Fe 20.0～50.0，Pb 1.0～3.0，Cr 0.5～3.0，Cl 0.05～1.0。
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