CN108315559B

CN108315559B - 一种钢铁厂含锌尘泥分离锌的方法

Info

Publication number: CN108315559B
Application number: CN201810063513.5A
Authority: CN
Inventors: 李兴彬; 魏昶; 邓志敢; 罗兴国; 庄子宇; 李旻廷; 李存兄
Original assignee: Kunming University of Science and Technology
Current assignee: Kunming University of Science and Technology
Priority date: 2018-01-23
Filing date: 2018-01-23
Publication date: 2019-09-27
Anticipated expiration: 2038-01-23
Also published as: CN108315559A

Abstract

本发明涉及一种钢铁厂含锌尘泥分离锌的方法，属于固体废弃物处置领域。将碳酸铵和碳酸氢配置混合溶液，向钢铁厂含锌尘泥中加入混合溶液，通入压缩空气使反应压力为0.12MPa~2.0MPa，在温度为30℃~120℃的条件下浸出60min~240min，液固分离后得到锌浸出液和含铁、碳、钙的浸出渣。本发明采用碳酸铵和碳酸氢铵组成的混合溶液为浸出剂，然后通入压缩空气维持一定压力，将物料中的锌转变为易溶解化合物溶解进入溶液，而铁、碳、钙等元素不被溶解；同时，在加压条件下利用空气中的氧作为氧化剂加速锌的溶出，实现锌与钢铁厂含锌尘泥中的铁、碳、钙等元素的分离。

Description

一种钢铁厂含锌尘泥分离锌的方法

技术领域

本发明涉及一种钢铁厂含锌尘泥分离锌的方法，属于环境保护技术领域。

背景技术

锌是钢铁厂高炉炉料中的一种微量有害元素，通常以氧化物或硫化物形式入炉。锌的化合物在高炉内易被还原，在大于1000℃高温下被一氧化碳还原为锌蒸汽。锌蒸汽随着高炉煤气上升。其中部分锌蒸汽在高炉上部低温区氧化后沉积，与炉料一起下降，如此周而复始形成炉内锌的循环积累，称之为锌在高炉内的“小循环”。但大部分锌蒸汽随煤气进入煤气除尘系统，其中的大部分锌进入湿法除尘的污泥中或干法除尘的粉尘中，如果这些含锌尘泥直接回收再利用，使锌重新进入高炉，就形成了高炉炼铁系统锌的“大循环”。当原料中锌含量达到一定水平时，会引起高炉炉身结厚、高炉顺行困难、煤气利用率降低等一系列问题，深深困扰着高炉操作。

钢铁厂含锌尘泥种类较多，主要分布在烧结、高炉、转炉、电炉等工序。国内钢铁厂典型含锌尘泥物料名称及相应锌含量如下表所示。

随着我国钢铁工业的发展，钢铁企业产出的粉尘越来越多，如果不进行有效处理，直接堆存不仅占用大量土地，还带来严重的环境污染。围绕钢铁厂含锌尘泥的资源化处理，目前形成的技术主要有物理分选法、回转窑法、转底炉法等。

物理分选法的工艺主要为磁性分离和机械分离。磁性分离是利用锌富集在磁性较弱的粒子中的特点，利用磁选方法富集锌元素。机械分离是利用锌一般富集在较小颗粒中的特点，采用离心的方式富集锌元素。专利申请201010545274.0公开的“一种炼钢高炉瓦斯灰或高炉瓦斯泥的回收利用方法”是将瓦斯灰制浆后进行弱磁选、重选、强磁选、粗选、精选、扫选，得到铁精矿、碳精矿和尾渣，尾渣作为胶结填充料产品使用。该方法可以得到较高品位的铁精矿和碳精矿，实现铁和碳的回收与循环利用，但进入尾渣的锌、铁和碳得不到回收，降低了资源综合利用率。专利申请201110232076.3公开的“从高炉瓦斯灰或高炉瓦斯泥中回收铁和碳元素的工艺”，具体方法为“浮、重—磁选联合工艺流程，得到碳精矿、铁精矿和尾矿。此外，诸如专利申请201410244303.8、201410462835.9等专利公开的方法均使用物理分选的方法进行铁和碳的分离。该技术具有工艺简单、易行的特点，其主要缺点是锌的富集率较低，富锌产品中锌含量低，价值较小。

回转窑法是将钢铁厂粉尘经过预处理后，然后同还原剂混合送入回转窑内加热至1000℃~1300℃，使物料中的铁和锌等的氧化物被还原，锌被还原为锌蒸汽进入烟气中，然后经过收尘得到氧化锌粉。专利申请200710066603.5公开了“从高炉瓦斯灰或高炉瓦斯泥中提取金属铟、锌、铋的方法”，具体方案为将瓦斯灰添与焦粉以及添加剂混合，在回转窑中于1200℃条件下进行还原挥发，实现锌与铁、钙、镁等金属的分离。专利申请201210369145.X公开的“利用回转窑回收锌的方法及其装置”，是将高炉灰、电炉灰、瓦斯泥与无烟煤混合配料，在800℃～1050℃下高温燃烧使锌气化进入烟气，达到分离回收锌的目的。此外，专利申请201510591614.6公开的“从高炉瓦斯泥中提取锌的方法”，是将瓦斯泥烘干得到瓦斯灰，再将瓦斯灰置于竖炉，通入氮气保护，在1050℃～1200℃的高温条件下进行还原反应，得到含锌气体，再冷凝得到粗锌产品。诸多类似的处理方法，如专利201110444928.5，201410609181.8等等都属于高温还原挥发处理方法。该工艺处理量大，技术成熟，但其缺点是需要在1000～1300℃的高温条件下进行反应，存在能耗高、成本高、生产效率低、操作复杂等问题。

专利申请号为2016111131829、名称为一种回收钢铁厂含锌尘泥中锌的方法，首先将瓦斯灰在亚氨基二乙酸-硫酸铵-氨水组成的浸出体系中进行配位浸出，实现瓦斯灰中锌分离；对于含锌浸出液，进行蒸氨和氨气的吸收，所得氨水返回浸出过程重复利用；蒸氨后液通过加入稀硫酸调节溶液pH，使浸出液中的亚氨基二乙酸重结晶析出，过滤所得析出后液为硫酸锌溶液。对于钢铁厂含锌尘泥的湿法处理过程中，可以采用氨水或其中一种为氨水作为浸出剂，但是氨水或由氨水组成的浸出剂依然存在浸出过程中氨挥发严重，操作环境恶劣，同时氨挥发导致氨损失量大，运行成本高等缺点，导致很多企业不愿意使用氨水浸出技术。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种钢铁厂含锌尘泥分离锌的方法。本发明采用碳酸铵和碳酸氢铵组成的混合溶液为浸出剂，然后通入压缩空气维持一定压力，将物料中的锌转变为易溶解化合物溶解进入溶液，而铁、碳、钙等元素不被溶解；同时，在加压条件下利用空气中的氧作为氧化剂加速锌的溶出，实现锌与钢铁厂含锌尘泥中的铁、碳、钙等元素的分离。本发明通过以下技术方案实现。

一种钢铁厂含锌尘泥分离锌的方法，其步骤包括：将碳酸铵和碳酸氢配置混合溶液，向钢铁厂含锌尘泥中加入混合溶液，通入压缩空气使反应压力为0.12 MPa ~2.0MPa，在温度为30℃~120℃的条件下浸出60min~240min，液固分离后得到锌浸出液和含铁、碳、钙的浸出渣。

所述混合溶液中碳酸铵和碳酸氢铵摩尔比为1~4:1，总氨浓度为4~10mol/L。

所述钢铁厂含锌尘泥与混合溶液固液比为1:4~20g/mL。

所述钢铁厂含锌尘泥是指锌含量大于2wt%的钢铁厂高炉干法除尘灰、瓦斯灰、瓦斯泥、电炉粉尘或者烧结机头灰。

具体步骤如下：

步骤1、配制碳酸铵和碳酸氢铵混合溶液，控制混合溶液中碳酸铵和碳酸氢铵摩尔比为1~4:1，总氨浓度为4~10mol/L

步骤2、将钢铁厂含锌尘泥按照固液比为1:4~20g/mL加入步骤1中的碳酸铵和碳酸氢铵混合溶液，混合均匀加入到高压反应釜中，向高压反应釜内通入压缩空气维持釜内压力为0.12~2.0MPa，加热升温，控制反应温度为30℃~120℃，浸出反应时间为60min~240min，液固分离后得到锌浸出液和含铁、碳、钙的浸出渣。

上述步骤1中钢铁厂含锌尘泥中锌的物相包括金属锌、ZnO、ZnS、ZnFe₂O₄和Zn₂SiO₄。

上述锌浸出液可采用传统萃取方法回收锌。

本发明的有益效果是：

（1）本发明采用碳酸铵和碳酸氢铵组成的混合溶液为浸出剂，然后通入压缩空气维持一定压力，将物料中的锌转变为易溶解化合物溶解进入溶液，而铁、碳、钙等元素不被溶解；实现了锌与铁、碳、钙等元素的高效分离。同时，在加压条件下利用空气中的氧作为氧化剂加速锌的溶出，实现锌与钢铁厂含锌尘泥中的铁、碳、钙等元素的分离。

（2）本发明在小于120℃的条件下回收钢铁厂含锌尘泥中的锌，与传统高温火法还原挥发法相比不需要在1000℃～1300℃的高温下进行反应。本发明反应条件温和，操作简单，能耗低，成本低。本发明分离锌后，得到的浸出渣中锌含量大幅降低，富含铁、碳、钙等元素的浸出渣可以返回烧结工序循环使用，资源综合利用率高，同时有效降低了高炉锌负荷，避免了锌的循环富集，减少了高炉炼铁过程锌的危害。

（3）相对于氨水或含有氨水组分浸出剂，碳酸铵和碳酸氢铵混合溶液浸出剂具有锌浸出率高，过程中没有氨的挥发，操作环境好，运行成本低等优点。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，对本发明作进一步说明。

实施例1

该钢铁厂含锌尘泥分离锌的方法，具体步骤如下：

步骤1、配制4000mL碳酸铵和碳酸氢铵混合溶液，控制混合溶液中碳酸铵和碳酸氢铵摩尔比为1:1，总氨浓度为4mol/L

步骤2、将高炉瓦斯灰（高炉瓦斯灰中锌的物相包括金属锌、ZnO、ZnS、ZnFe₂O₄和Zn₂SiO₄，主要化学成分的质量百分比为：Zn3.5%，Fe38.2%，C17.3%，CaO2.1%，SiO₂3.5%）按照固液比为1:4g/mL加入步骤1中的碳酸铵和碳酸氢铵混合溶液，混合均匀加入到高压反应釜中，向高压反应釜内通入压缩空气维持釜内压力为2.0MPa，加热升温，控制反应温度为120℃，浸出反应时间为60min，液固分离后得到锌浸出液和含铁、碳、钙的浸出渣。

经上述步骤处理得到的含铁、碳、钙的浸出渣中包括以下质量百分比的主要组分：Zn0.3%，Fe42.1%，C18.5%，CaO2.3%，SiO₂3.7%；锌浸出液中锌的浓度为8.5g/L，锌的浸出率为92.3%。

实施例2

该钢铁厂含锌尘泥分离锌的方法，具体步骤如下：

步骤1、配制8000mL碳酸铵和碳酸氢铵混合溶液，控制混合溶液中碳酸铵和碳酸氢铵摩尔比为2:1，总氨浓度为6mol/L

步骤2、将高炉瓦斯泥（高炉瓦斯泥中锌的物相包括金属锌、ZnO、ZnS、ZnFe₂O₄和Zn₂SiO₄，主要化学成分的质量百分比为：Zn10.2%，Fe36.5%，C19.1%，CaO1.9%，SiO₂2.7%）按照固液比为1:8g/mL加入步骤1中的碳酸铵和碳酸氢铵混合溶液，混合均匀加入到高压反应釜中，向高压反应釜内通入压缩空气维持釜内压力为0.5MPa，加热升温，控制反应温度为80℃，浸出反应时间为180min，液固分离后得到锌浸出液和含铁、碳、钙的浸出渣。

经上述步骤处理得到的含铁、碳、钙的浸出渣中包括以下质量百分比的主要组分：Zn0.8%，Fe45.8%，C23.9%，CaO2.3%，SiO₂3.4%；锌浸出液中锌的浓度为12.7g/L，锌的浸出率为93.9%。

实施例3

该钢铁厂含锌尘泥分离锌的方法，具体步骤如下：

步骤1、配制15000mL碳酸铵和碳酸氢铵混合溶液，控制混合溶液中碳酸铵和碳酸氢铵摩尔比为4:1，总氨浓度为10mol/L

步骤2、将高炉干法除尘灰（高炉干法除尘灰中锌的物相包括金属锌、ZnO、ZnS、ZnFe₂O₄和Zn₂SiO₄，主要化学成分的质量百分比为：Zn12.5%，Fe30.2%，C18.5%，CaO 4.3%，SiO₂7.5%）按照固液比为1:20g/mL加入步骤1中的碳酸铵和碳酸氢铵混合溶液，混合均匀加入到高压反应釜中，向高压反应釜内通入压缩空气维持釜内压力为0.12MPa，加热升温，控制反应温度为30℃，浸出反应时间为240min，液固分离后得到锌浸出液和含铁、碳、钙的浸出渣。

经上述步骤处理得到的含铁、碳、钙的浸出渣中包括以下质量百分比的主要组分：Zn1.1%，Fe27.1%，C23.1%，CaO5.3%，SiO₂9.3%；锌浸出液中锌的浓度为7.7g/L，锌的浸出率为93.0%。

以上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

1.一种钢铁厂含锌尘泥分离锌的方法，其特征在于步骤包括：将碳酸铵和碳酸氢铵配置混合溶液，向钢铁厂含锌尘泥中加入混合溶液，通入压缩空气使反应压力为0.12MPa~2.0MPa，在温度为30℃~120℃的条件下浸出60min~240min，液固分离后得到锌浸出液和含铁、碳、钙的浸出渣；

所述钢铁厂含锌尘泥是指锌含量大于2wt%的钢铁厂高炉干法除尘灰、瓦斯灰、瓦斯泥、电炉粉尘或者烧结机头灰，物相包括金属锌、ZnO、ZnS、ZnFe₂O₄和Zn₂SiO₄。

2.根据权利要求1所述的钢铁厂含锌尘泥分离锌的方法，其特征在于：所述混合溶液中碳酸铵和碳酸氢铵摩尔比为1~4:1，总氨浓度为4~10mol/L。

3.根据权利要求1所述的钢铁厂含锌尘泥分离锌的方法，其特征在于：所述钢铁厂含锌尘泥与混合溶液固液比为1:4~20g/mL。