CN107460328A - 一种从炼钢粉尘回收的粗氧化锌中提炼铅和锌的方法 - Google Patents

一种从炼钢粉尘回收的粗氧化锌中提炼铅和锌的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种从炼钢粉尘回收的粗氧化锌中提炼铅和锌的方法，属于金属回收技术领域。该方法包括以下步骤：1)将粗氧化锌制作为球形微粒，并将其加入到氧化熔炼炉内加热氧化提炼；2)锌和铅元素以气态形式挥发出炉体，遇氧后以变为粉尘，用容器收集含锌和铅的粉尘；3)将上述粉尘投入到盐酸溶液中搅拌溶解，锌成分以锌离子溶液的形态存在，铅成分以氯化铅固体形态存在；4)在锌离子溶液中添加碳酸钠溶液生成碳酸锌，氯化铅添加碳酸钠溶液生成碳酸铅；5)水洗干燥。本发明工艺简单，操作方便，最终制作出的PbCO3和ZnCO3纯度能达到98％以上，PbO和ZnO纯度达到99％以上，单质Zn和Pb达到99.9％以上。

Description

一种从炼钢粉尘回收的粗氧化锌中提炼铅和锌的方法
技术领域
本发明属于金属回收技术领域，涉及一种从炼钢粉尘回收的粗氧化锌中提炼铅和锌的方法。
背景技术
电炉炼钢粉尘中是发生的飞散粉尘或气体状态通过冷却过程后，收集的微粒相态的粉尘含有大量有价金属。通常在用废铁作为主原料，生产钢铁的电炉炼钢方法中，在熔融工艺产生的电炉炼钢粉尘中投入的废铁量对比大约1～2％，这样的电气炉制钢粉尘中含有很多有价金属，如铅，锌，铁等。根据电炉炼钢公司和炼钢原料废铁的品质不同，粉尘中铅含有1～7％，锌含有15～35wt％，铁含有10～35％。
为了降低成本和保存资源，还有环境保护的层面上来说，全世界都有用废铁来替代铁矿石来生产钢铁的倾向。所以指定废物的电炉炼钢粉尘的产生量也增加，同时也带来了环境污染的社会问题。据此，在国家经济角度上要求资源减少浪费和充分回收再利用。所以本发明，在资源有效利用层面和环境保护层面来说，都是很用的。
如上所述，为了资源再回收，在电炉炼钢粉尘中，用固体还原挥发炉来回收粗氧化锌的技术从很久前就开始研究和被普遍使用。但是从电炉炼钢粉尘回收的氧化锌，是粗氧化锌的形态，浓度停留在是70～80％左右，作为干式和湿式锌提炼的原料来使用。提炼过程中由于氯化物和碱性化合物等的杂质过多，必须追加除去杂质工艺。而且把粗氧化锌的变成高纯度含锌化合物，同时对粗氧化锌中的铅成分进行有效分离并回收利用，这种工艺适用的范围广，经济效益高。更具体说，为了提炼工艺技术开发，在很多细节技术因素中，对于尾气的有效处理办法的开发是很有必要的。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可以将炼钢粉尘回收的粗氧化锌中含有的锌和铅进行分离，并且有效回收的方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种从炼钢粉尘回收的粗氧化锌中提炼铅和锌的方法，包括以下工艺流程：
1)将粗氧化锌制作为球形微粒，并将其加入到氧化熔炼炉内加热氧化提炼；
2)锌和铅元素以气态形式挥发出炉体，遇氧后以变为粉尘，用容器收集含锌和铅的粉尘；
3)铅锌分离阶段，将上述粉尘投入到盐酸溶液中搅拌溶解，锌成分以锌离子溶液的形态存在，铅成分以氯化铅固体形态存在；
4)在锌离子溶液中添加碳酸钠溶液生成碳酸锌，氯化铅添加碳酸钠溶液生成碳酸铅；
5)对碳酸锌和碳酸铅进行水洗干燥。
进一步的，还包括步骤6)，对碳酸锌和碳酸铅分别加热，得到高纯度的氧化锌和氧化铅，加热温度为200～300℃。
进一步的，还包括步骤7)，氧化锌和氧化铅分别加焦炭,且分别在无氧还原设备中进行加热，使单质锌和单质铅挥发，并用无氧冷却设备进行回收得到单质锌和单质铅，加热温度为1100～1200℃。
进一步的，所述粗氧化锌是由炼钢粉尘或者含锌、铅的其他工业废弃物在1050～1250℃下进行还原焙烧所得。
进一步的，所述球形微粒的粒径为1～5mm，氧化熔炼炉处的加热温度为1000～1200℃。
进一步的，所述盐酸溶液的PH值为2～3，浓度为30％～40％，盐酸与粉尘的反应温度为50～70℃。
进一步的，所述碳酸钠溶液PH值为8～10，浓度为20～30％，反应温度为20～30℃。
本发明的有益效果在于：本发明通过使用盐酸的湿式法，将粉尘中锌成分和铅成分有效分离，之后在利用Na2CO3溶液来实现PbCl2和Zn离子溶液的脱硫和碳酸化过程，制造出高纯度的PbCO3和ZnCO3，本发明工艺简单，操作方便，制作出的PbCO3和ZnCO3纯度能达到99％以上。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
图1为本发明的工艺流程图，本发明是在粗氧化锌氧化提炼作业过程产生的废气中收集包含Pb、Zn的粉尘；通过湿法，把上述已经收集的粉尘内的Pb、Zn分离并回收的阶段；还有，包括上述分类回收的Pb和Zn的碳酸化反应进行过程。所述碳化反应是以使用碳酸钠(Na2CO3)溶液为特点。包括以下工艺流程：
1)将粗氧化锌制作为球形微粒，并将其加入到氧化熔炼炉内加热氧化提炼；
2)锌和铅元素以气态形式挥发出炉体，遇氧后以变为粉尘，用容器收集含锌和铅的粉尘；
3)铅锌分离阶段，将上述粉尘投入到盐酸溶液中搅拌溶解，锌成分以锌离子溶液的形态存在，铅成分以氯化铅固体形态存在；
4)在锌离子溶液中添加碳酸钠溶液生成碳酸锌，氯化铅添加碳酸钠溶液生成碳酸铅；
5)对碳酸锌和碳酸铅进行水洗干燥。
还包括步骤6)，对碳酸锌和碳酸铅分别加热，得到高纯度的氧化锌和氧化铅，加热温度为200～300℃。
还包括步骤7)，氧化锌和氧化铅分别加焦炭,且分别在无氧还原设备中进行加热，使单质锌和单质铅挥发，并用无氧冷却设备进行回收得到单质锌和单质铅，加热温度为1100～1200℃。
所述球形微粒的粒径为1～5mm，氧化熔炼炉处的加热温度为1000～1200℃。
所述盐酸溶液的PH值为2～3，浓度为30％～40％，盐酸与粉尘的反应温度为50～70℃。
所述碳酸钠溶液PH值为8～10，浓度为20～30％，反应温度为20～30℃。
本发明的粗氧化锌是由炼钢粉尘经由1050～1250℃的还原被烧所得。除了炼钢粉尘外，还可能是由电镀厂、机械厂、矿物加工厂的生产的含锌、铅的工业废弃物经由高温还原焙烧得到的粗氧化锌。本发明初期是使用废铁还原挥发炉使得的粗氧化锌挥发，然后收集得到含量是60～80％的粗氧化锌粉尘，然后就是利用湿法进行高纯度的铅锌提炼。
为了分离回收上述收集的粉尘内的铅Pb、锌Zn，一般办法可以分为，通过固体还原挥发的干式法，和利用各化合物的溶解度差异的湿式法。
通常铅锌提炼是通过固体还原挥发的干式法，选择性的回收铅Pb或者锌Zn的情况，但是存在的问题就是两种元素互相依赖存在，只利用干式法不能得到分离两者，所以本发明有通过湿式法来分离回收上述收集的粉尘内铅Pb和Zn的特点。
利用溶解度差异的湿式法是根据使用溶解的酸溶液不同分为:盐酸(HCl)和硫酸(H2SO4)两种方式。若使用硫酸(H2SO4)溶解，中间反应过程会产生叫做无水硫酸钠(Na2SO4)的杂质沉淀在溶液中，所以在本发明提出，作为上述湿式法的使用溶液选择盐酸HCl更适合。
此时，作为分类回收的条件,pH＝2～3保持在这个范围较好，为了反应活性化，温度保持50～70℃较好。更具操作是把包括Pb和Zn的粉尘，以1～5当量的比例投入盐酸溶液(30～40％)中后，搅拌溶解的同时，发生下述反应(1)，收集粉尘中锌成分变成氯化锌(ZnCl2)；像下述反应式述(2)一样，收集粉尘中铅成分变成氯化铅(PbCl2)。
此时，锌以二价离子Zn2+形式存在于溶液中，相对溶解度低的氯化铅将会以固体沉淀的从溶液方式分离。
ZnO(s)+2HCl＝ZnCl2(l)+H2O‐‐‐‐‐‐‐‐(1)
PbO(s)+2HCl＝PbCl2(s)+H2O‐‐‐‐‐‐‐‐(2)
将PbCl2固体和ZnCl2液体分别进行碳酸化反应，即加入碳酸钠(Na2CO3)溶液。碳酸钠通常为粉末状，先将粉末碳酸钠溶于水形成碳酸钠溶液既可。碳酸化过程是在溶液中进行的：PbCl2固体先倒入Na2CO3溶液(20～30％)中；另一边，ZnCl2液体里直接加入Na2CO3粉末。液体酸碱度维持pH＝8～10，为了反应活性化保持溶液温度最好维持在常温20～30℃(前后文一致)即可。现有技术中惯常使用的温度为60～80℃，相比起来本发明更加节能。
搅拌混合溶液，化学反应发生，反应式(3)和(4)可以看到，原来固体相态的PbCl2和Zn溶液的脱盐和碳酸化反应，制造得到固态沉淀的PbCO3和ZnCO3，实现了真正的铅锌分离和高纯度化提炼。而且各自剩余溶液中大部分变成氯化钠(NaCl)溶液，以后可以作为工业用盐使用。
ZnCl2(l)+Na2CO3＝ZnCO3(s)+NaCl‐‐‐‐‐‐‐‐(3)
PbCl2(s)+Na2CO3＝PbCO3(s)+NaCl‐‐‐‐‐‐‐‐(4)
还可以将ZnCO3和PbCO3加热得到ZnO和PbO，见方程式(5)和(6)。
ZnCO3＝ZnO+CO2‐‐‐‐‐‐‐‐(5)
PbCO3＝PbO+CO2‐‐‐‐‐‐‐‐(6)
ZnO和PbO在真空环境中高温加热，与碳还原剂反应可得到单质Zn和单质Pb，见方程式(7)和(8)。
C+2ZnO＝2Zn+CO2↑‐‐‐‐‐‐‐‐(7)
C+2PbO＝2Pb+CO2↑‐‐‐‐‐‐‐‐(8)
实施例1
将从电炉炼钢粉尘实际回收的粗氧化锌制品作为使用的出发原料，将上述粗氧化锌制造为做1～5mm球形的微粒。
而且，把球形微粒的粗氧化锌，加入氧化熔炼炉内，经过1200℃条件里实行氧化提炼工艺，此时，在产生的尾气中收集粉尘状态的含铅锌粉尘，该粉尘化学成分检测结果见表1。
下一步，上述收集的粉尘内的Pb和Zn，通过用盐酸(HCl)的湿式法，进行分离。
更具体说，考虑收集的粉尘内ZnO含量，把pH调节到2.0，此时，为了反应活性化，温度固定在60℃。还有，向包括Pb和Zn的收集粉尘状态的粉尘中，投入30％的盐酸溶液后搅拌溶解，Zn收集粉尘中锌以Zn2+的状态被电离，锌以滤液的状态被回收；Pb成分以氯化铅(PbCl2)固态被回收。
表1可知，收集粉尘的情况里Zn和Pb浓度高，但是氯化钠(PbCl2)的固体里几乎不存在锌了，所以，通过用盐酸的湿式法，可以有效的分离回收Pb和Zn。
下一步,为了前面分类回收的氯化铅的固体物和锌滤液，通过脱盐和碳酸化过程制造碳酸铅(PbCO3)和碳酸锌(ZnCO3)。需要指出的是，这里对固体形态的氯化铅(PbCl2)再溶解后，添加一定量25％的Na2CO3溶液，然后通过调节使pH大概在9.0左右制造碳酸铅(PbCO3)。
而且，在Zn滤液中，添加一定量25％Na2CO3溶液，通过脱盐化和碳酸化反应，制造碳酸锌(ZnCO3)。碳酸钠溶液的实际用量要超过化学反应需要3倍以上，因为反应发生在溶液，只收集溶液里面沉淀物(碳酸锌或碳酸铅)。收集完成，根据收集量，计算消耗碳酸钠的量，继续往溶液里补充碳酸钠粉末，使整体溶液一直循环使用。结果表明，得到的碳酸锌和碳酸铅都是高纯度的，其中在碳酸铅和碳酸锌里面含有部分钠盐和钾盐，通过水洗也可以全部去除。在实际应用中还可以根据需求将碳酸锌进一步加工为氧化锌、单质锌；碳酸钱也可以进一步加工为氧化铅、单质铅。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种从炼钢粉尘回收的粗氧化锌中提炼铅和锌的方法，其特征在于，包括以下工艺流程：
1)将粗氧化锌制作为球形微粒，并将其加入到氧化熔炼炉内加热氧化提炼；
2)锌和铅元素以气态形式挥发出炉体，遇氧后以变为粉尘，用容器收集含锌和铅的粉尘；
3)铅锌分离阶段，将上述粉尘投入到盐酸溶液中搅拌溶解，锌成分以锌离子溶液的形态存在，铅成分以氯化铅固体形态存在；
4)在锌离子溶液中添加碳酸钠溶液生成碳酸锌，氯化铅添加碳酸钠溶液生成碳酸铅；
5)对碳酸锌和碳酸铅进行水洗干燥。
2.根据权利要求1所述的一种从炼钢粉尘回收的粗氧化锌中提炼铅和锌的方法，其特征在于：还包括步骤6)，对碳酸锌和碳酸铅分别加热，得到高纯度的氧化锌和氧化铅，加热温度为200～300℃。
3.根据权利要求2所述的一种从炼钢粉尘回收的粗氧化锌中提炼铅和锌的方法，其特征在于：还包括步骤7)，氧化锌和氧化铅分别加焦炭,且分别在无氧还原设备中进行加热，使单质锌和单质铅挥发，并用无氧冷却设备进行回收得到单质锌和单质铅，加热温度为1100～1200℃。
4.根据权利要求3所述的一种从炼钢粉尘回收的粗氧化锌中提炼铅和锌的方法，其特征在于：所述粗氧化锌是由炼钢粉尘或者含锌、铅的其他工业废弃物在1050～1250℃下进行还原焙烧所得。
5.根据权利要求4所述的一种从炼钢粉尘回收的粗氧化锌中提炼铅和锌的方法，其特征在于：所述球形微粒的粒径为1～5mm，氧化熔炼炉处的加热温度为1000～1200℃。
6.根据权利要求4所述的一种从炼钢粉尘回收的粗氧化锌中提炼铅和锌的方法，其特征在于：所述盐酸溶液的PH值为2～3，浓度为30％～40％，盐酸与粉尘的反应温度为50～70℃。
7.根据权利要求4所述的一种从炼钢粉尘回收的粗氧化锌中提炼铅和锌的方法，其特征在于：所述碳酸钠溶液PH值为8～10，浓度为20～30％，反应温度为20～30℃。
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Assignee: Chongqing hundred size pole Technology Co., Ltd.

Assignor: Chongqing University of Science & Technology|Yin Zaihong

Contract record no.: 2018990000354

Denomination of invention: Method for refining lead and zinc from coarse zinc oxide recycled from steelmaking dust

License type: Exclusive License

Record date: 20181226

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