CN110423889A - 一种热镀锌线碱洗污泥无害化处置及资源化利用方法 - Google Patents

一种热镀锌线碱洗污泥无害化处置及资源化利用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镀锌线碱洗污泥无害化处置及资源化利用方法，属于热镀锌过程固体废弃物资源再利用技术领域。本发明的具体步骤为：将收集的热镀锌线碱洗污泥与还原剂按计算配料后于800～1100℃温度条件下选择性还原，获得富锌挥发分与富铁不挥发分；富锌挥发分在浓硫酸中浸出后电解、清洗获得金属锌；富铁不挥发分经粉碎、磁选后获得超细铁和剩余尾渣颗粒；剩余尾渣颗粒建材化处理获得水泥熟料。采用本发明的处理方法能够保证热镀锌线碱洗污泥在不产生二次污染的无害化处置的同时，充分将有价值资源回收和利用，此外，以热镀锌线碱洗污泥中的有机物替代部分还原剂，降低生产成本和间接促进环保。

Description

一种热镀锌线碱洗污泥无害化处置及资源化利用方法
技术领域
本发明属于热镀锌过程固体废弃物资源再利用技术领域，更具体地说，涉及一种热镀锌线碱洗污泥无害化处置及资源化利用方法。
背景技术
随着国家对环保要求日益提高，工业“三废”的处置要求越来越严格。然而，其中固体废弃物的处置遇到了较大困难。热镀锌是一种有效的金属防腐方式，主要用于各行业的金属结构设施上，近三十年来得以大规模发展。在冷轧带钢热镀锌之前，由于带钢表面可能附有轧制油、机油、粉末和灰尘等污物，如不经过表面预清洗，退火后这些污物将转换为碳化物，既有损外观，如产生表面层不均，也是后步工序产生事故的原因，如使耐腐性变坏。因此，在冷轧带钢热镀锌之前就需要对带钢表面进行清洗。
在对冷轧带钢的清洗过程中产生的污染性工业固体废弃物，被称为碱洗污泥。通常而言，热镀锌线碱洗污泥中干基含油率一般为8％～25％，除此之外烧后铁、Al2O3、SiO2和CaO含量都较高，并伴随有锌、镁等金属元素的氧化物。但目前，现有技术中通常不对这些碱洗污泥进行有效回收处理，只是单纯地将其直接堆放，或者作为填海的材料。一方面，从环境保护的角度而言，碱洗污泥在堆放的过程中除了占用大量的土地外，还由于这些污泥含水量比较高，其一些化学成分随水入渗土地，易造成土地的组成、结构与其物化性质的恶化，更为严重的是这种碱性含重金属废弃物产生的污水渗入地下易造成地下水污染，使其地下水形成重金属污染。另一方面，从资源有效再利用的观点来看，碱洗污泥中含有的Fe、Zn、无机氧化物等有价值物质的随意堆放也易造成资源的浪费。
因此，鉴于热镀锌行业碱洗污泥产量大的特点，寻找一种工艺简单、成本低、产品附加值高、碱洗污泥资源化程度高且无害化的新技术，对推动热镀锌行业的产业升级、节能减排乃至全球经济的发展都具有十分重要的意义。
经检索，中国专利申请号为201711363949.8的申请案公开了一种含铁含锌的污泥提取锌制备氧化锌的方法，该申请案包括以下步骤：向含铁含锌的污泥中加入盐酸，搅拌，将含铁含锌的溶液在12℃-35℃加入碱性物质调节PH值为4-7，同时通入氧化性气体，进行低温氧化，氧化时间为6-7h。氧化亚铁完全氧化后，过滤，得到溶液，在12℃-35℃加入碱性物质调节PH值为9-12，得到白色沉淀，过滤，在100℃-200℃进行烘干，得到氧化锌。采用该申请案的技术方案可以有效实现含铁含锌污泥中铁和锌的回收利用，减少热镀锌行业碱洗污泥的堆放，但其主要是对污泥中的铁和锌进行回收，对含铁含锌污泥的资源化利用率相对较低。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有热镀锌行业碱洗污泥通常直接堆放或进行填海处理，从而造成较大资源浪费的不足，提供了一种热镀锌线碱洗污泥无害化处置及资源化利用方法。采用本发明的处理方法能够保证热镀锌线碱洗污泥在不产生二次污染的无害化处置的同时，能将有价值资源以附加值最大化的形式进行分离、回收和利用，同时以热镀锌线碱洗污泥中存在的有机物替代部分还原剂，还降低了生产成本，并间接促进了环保。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种热镀锌线碱洗污泥无害化处置及资源化利用方法，包括以下步骤：
步骤一、碱洗污泥的选择性还原
在还原剂的作用下，对热镀锌线碱洗污泥进行选择性还原处理，收集还原过程中的挥发烟尘，获得富锌挥发分与富铁不挥发分；
步骤二、富锌挥发分中金属锌的提取
将富锌挥发分在浓硫酸中进行浸出、过滤和分离，获得富锌浸出液；然后将富锌浸出液进行电解、清洗，即获得金属锌；
步骤三、富铁不挥发分中超细铁的提取
将获得的富铁不挥发分经粉碎后进行磁选分离，获得超细铁粉和剩余尾渣颗粒；
步骤四、剩余尾渣颗粒建材化处理
将获得的剩余尾渣颗粒进行高温煅烧即获得水泥熟料。
更进一步的，所述步骤一中的还原剂为CO气体、H2气体中的一种或一种以上与CO2气体的混合气体。
更进一步的，所述还原剂的添加量M还原剂根据下式进行计算：
M还原剂＝0.04～0.53MFe2O3+0.02～0.34MZnO-0.11～0.45M有机物
其中：M还原剂—还原剂质量；MFe2O3—热镀锌线碱洗污泥中Fe2O3的质量；MZnO—热镀锌线碱洗污泥中ZnO的质量；M有机物—热镀锌线碱洗污泥中有机物的质量。具体计算时，Fe2O3和ZnO及有机物前面的系数可以取上述范围内的任意值，但原则上当Fe2O3和ZnO的和值越大时，Fe2O3和ZnO前面的系数越大，而有机物前面的系数越小。
更进一步的，控制步骤一中的还原温度为800～1100℃，还原时间为0.5～1.5h。
更进一步的，所述步骤二中浓硫酸的PH值为1.5～3，浓硫酸与富锌挥发分的固液比为4～10:1。
更进一步的，所述步骤二中的浸出温度为40～80℃，浸出时间为0.5～1.5h。
更进一步的，所述步骤二中在40～80℃下进行恒压电解，电压范围为0.3V～3.8V。
更进一步的，所述步骤三中磁选方式为弱磁场磁选，磁场强度为100～200kA/m。
更进一步的，所述步骤四中高温煅烧的温度为800～1000℃，煅烧时间为0.5～3h。
更进一步的，所述热镀锌线碱洗污泥中Fe2O3的质量百分含量大于30％(碱洗污泥焙烧后所含Fe2O3含量)，ZnO的质量百分含量大于3％，有机物的质量百分含量大于10％。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种热镀锌线碱洗污泥无害化处置及资源化利用方法，通过采用选择性还原、金属锌提取、超细铁提取、尾渣颗粒建材化处理的处理工艺流程，将热镀锌线碱洗污泥中铁、锌、无机氧化物等有价值物质进行各自分离，解决了现有技术中热镀锌线碱洗污泥固体废弃物处置困难的问题，促进了环境保护，并且将锌元素以金属锌、铁元素以超细铁、无机氧化物以水泥熟料的方式充分实现了附加值最大化的资源充分回收和再利用的效果。
(2)本发明的一种热镀锌线碱洗污泥无害化处置及资源化利用方法，采用热分解的方式处理热镀锌线碱洗污泥中包含的有机物，起到提供热量和还原剂的作用，从而可以有效减少额外补充的气体还原剂的消耗量，减少了热镀锌线碱洗污泥的处理成本，同时还无需对热镀锌线碱洗污泥中的有机物专门进行额外处理，改善了热镀锌线碱洗污泥的处理效果。
(3)本发明的一种热镀锌线碱洗污泥无害化处置及资源化利用方法，通过对各工艺参数，尤其是选择性还原时的还原温度、还原时间，金属锌提取时的浸出温度、浸出环境、电解电压，以及超细铁磁选时的磁场强度进行优化控制，从而可以保证各元素的充分回收，并能够提高回收所得金属锌和超细铁的品位，减少杂质含量。
(4)本发明的一种热镀锌线碱洗污泥无害化处置及资源化利用方法，该处理工艺简单，提高了生产效率，且不产生对环境的二次污染，生产成本较低，适于推广使用。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
由于各生产厂家工艺不同以及冷轧带钢的成分不同，所得碱洗污泥的成分差异相对较大，现有热镀锌线碱洗污泥主要含有油脂(即有机物，主要由抗氧剂、油性添加剂、极压添加剂、防锈剂和消泡剂等组分组成)、超细铁(Fe)、氧化铁皮(由FeO和Fe2O3组成)、氧化锌及SiO2、Al2O3、CaO、MgO等无机氧化物。具体的，现有热镀锌线碱洗污泥的干基含油率(经自然放置风干后的含油率)一般为8％～25％，其TFe含量在20％～50％之间波动，SiO2含量在15％～20％之间波动，Al2O3含量在5％～20％之间波动，ZnO含量在1％～7％之间波动。
目前，现有技术中通常直接对碱洗污泥进行堆放处理，环境污染严重，且易造成较大的资源浪费。也有部分研究者研究对热镀锌线碱洗污泥中的金属元素进行有效回收，但其资源回收率相对较低，仍存在一定的资源浪费。同时，现有技术中对热镀锌线碱洗污泥中的金属元素进行之前，通常还需要先对其中的油脂进行萃取处理，操作相对复杂。
针对以上不足，本发明通过将热镀锌线碱洗污泥与还原性气体一起在特定温度下进行选择性还原处理，从而获得富锌挥发分与富铁不挥发分；然后将富锌挥发分进行硫酸浸出和电解处理，即生产得到金属锌，实现了热镀锌线碱洗污泥的有效回收；将富铁不挥发分进行磁选分离可以获得超细铁粉，而将磁选分离获得的剩余尾渣颗粒进行高温煅烧即可获得水泥熟料(热镀锌线碱洗污泥中的Al2O3、SiO2、CaO和MgO最终进入水泥熟料)。采用本发明的方法可以对热镀锌线碱洗污泥中的锌、铁及有机成分和无机氧化物依次进行分离回收，回收率较高，实现了附加值最大化的资源充分回收和再利用。同时，在选择性还原过程中，热镀锌线碱洗污泥中的有机物充分热分解，从而一方面为反应提供了热量，有利于减少能源消耗，另一方面可以作为还原反应的还原剂，因此可以有效减少还原反应中外来还原剂的添加，同时也避免了需要对碱洗污泥中的油脂进行预先萃取处理的问题。
此外，本发明各工艺参数的选择，如选择性还原的温度、时间以及所用硫酸溶液的PH和浸出温度、浸出时间等一方面会影响热镀锌线碱洗污泥中各有价金属的回收率，同时还会影响回收所得产品的品位和纯度，发明人通过大量实验对上述工艺参数进行优化设计，从而既可以保证各有价金属的回收率，使其充分回收，同时又可以减少杂质含量，有利于提高回收产品的纯度和品位。还需要说明的是，本申请中尤其以选择性还原温度的选择至关重要，其不仅影响热镀锌线碱洗污泥中锌的回收率及品位，同时还会对碱洗污泥中有机物的分解产生较大影响，通过控制还原温度为800～1100℃，既可以有效提高碱洗污泥中有机物的分解速率，同时还可以有效保证其能够分解产生CO和H2，并提高CO和H2的产生量。
为进一步了解本发明的内容，现结合具体实施例对本发明作详细描述。
实施例1
本实施例的热镀锌线碱洗污泥经马弗炉中400℃非氧化环境下焙烧2小时后的主要组分组成为：Fe2O3含量为35.58％(碱洗污泥中的铁主要以超细铁形式存在，经焙烧后转化为氧化铁皮)，Al2O3含量为19.49％，SiO2含量为17.81％，CaO含量为12.52％，ZnO含量为6.95％，MgO含量为2.26％。如图1所示，本实施例的热镀锌线碱洗污泥无害化处置及资源化利用方法，包括以下步骤：
步骤一、碱洗污泥的选择性还原
以CO气体、H2气体中的一种或一种以上与CO2气体的混合气体作为还原剂，对热镀锌线碱洗污泥进行选择性还原处理，还原温度为800℃，还原时间为1h，收集还原过程中的挥发烟尘，获得富锌挥发分与富铁不挥发分；所述还原剂的添加量M还原剂根据下式进行计算：
M还原剂＝0.04～0.53MFe2O3+0.02～0.34MZnO-0.11～0.45M有机物
其中：M还原剂—还原剂质量；MFe2O3—热镀锌线碱洗污泥中Fe2O3的质量；MZnO—热镀锌线碱洗污泥中ZnO的质量；M有机物—热镀锌线碱洗污泥中有机物的质量，其中MFe2O3和MZnO均指碱洗污泥经焙烧处理后的各物质含量。
步骤二、富锌挥发分中金属锌的提取
将富锌挥发分在浓硫酸中进行浸出、过滤和分离，获得富锌浸出液，其中浓硫酸的PH值为1.5，浓硫酸与富锌挥发分的固液比为6:1，浸出温度为80℃，浸出时间为0.5h；然后将富锌浸出液于80℃下进行恒压电解，电压范围为0.3V，随后进行清洗，即获得金属锌。
步骤三、富铁不挥发分中超细铁的提取
将获得的富铁不挥发分经粉碎后进行弱磁场磁选分离，磁场强度为180kA/m，获得超细铁粉和剩余尾渣颗粒。
步骤四、剩余尾渣颗粒建材化处理
将获得的剩余尾渣颗粒于820℃下进行高温煅烧，煅烧时间为1h，即获得水泥熟料。
实施例2
本实施例的热镀锌线碱洗污泥无害化处置及资源化利用方法，包括以下步骤：
步骤一、碱洗污泥的选择性还原
以CO气体、H2气体中的一种或一种以上与CO2气体的混合气体作为还原剂，对热镀锌线碱洗污泥进行选择性还原处理，还原温度为1100℃，还原时间为0.5h，收集还原过程中的挥发烟尘，获得富锌挥发分与富铁不挥发分；所述还原剂的添加量M还原剂根据下式进行计算：
M还原剂＝0.04～0.53MFe2O3+0.02～0.34MZnO-0.11～0.45M有机物
其中：M还原剂—还原剂质量；MFe2O3—热镀锌线碱洗污泥中Fe2O3的质量；MZnO—热镀锌线碱洗污泥中ZnO的质量；M有机物—热镀锌线碱洗污泥中有机物的质量。
步骤二、富锌挥发分中金属锌的提取
将富锌挥发分在浓硫酸中进行浸出、过滤和分离，获得富锌浸出液，其中浓硫酸的PH值为2，浓硫酸与富锌挥发分的固液比为10:1，浸出温度为40℃，浸出时间为1.5h；然后将富锌浸出液于40℃下进行恒压电解，电压范围为3.8V，随后进行清洗，即获得金属锌。
步骤三、富铁不挥发分中超细铁的提取
将获得的富铁不挥发分经粉碎后进行弱磁场磁选分离，磁场强度为150kA/m，获得超细铁粉和剩余尾渣颗粒。
步骤四、剩余尾渣颗粒建材化处理
将获得的剩余尾渣颗粒于920℃下进行高温煅烧，煅烧时间为1.4h，即获得水泥熟料。
实施例3
本实施例的热镀锌线碱洗污泥无害化处置及资源化利用方法，包括以下步骤：
步骤一、碱洗污泥的选择性还原
以CO气体、H2气体中的一种或一种以上与CO2气体的混合气体作为还原剂，对热镀锌线碱洗污泥进行选择性还原处理，还原温度为900℃，还原时间为1.5h，收集还原过程中的挥发烟尘，获得富锌挥发分与富铁不挥发分；所述还原剂的添加量M还原剂根据下式进行计算：
M还原剂＝0.04～0.53MFe2O3+0.02～0.34MZnO-0.11～0.45M有机物
其中：M还原剂—还原剂质量；MFe2O3—热镀锌线碱洗污泥中Fe2O3的质量；MZnO—热镀锌线碱洗污泥中ZnO的质量；M有机物—热镀锌线碱洗污泥中有机物的质量。
步骤二、富锌挥发分中金属锌的提取
将富锌挥发分在浓硫酸中进行浸出、过滤和分离，获得富锌浸出液，其中浓硫酸的PH值为3，浓硫酸与富锌挥发分的固液比为4:1，浸出温度为55℃，浸出时间为1h；然后将富锌浸出液于55℃下进行恒压电解，电压范围为1.5V，随后进行清洗，即获得金属锌。
步骤三、富铁不挥发分中超细铁的提取
将获得的富铁不挥发分经粉碎后进行弱磁场磁选分离，磁场强度为200kA/m，获得超细铁粉和剩余尾渣颗粒。
步骤四、剩余尾渣颗粒建材化处理
将获得的剩余尾渣颗粒于800℃下进行高温煅烧，煅烧时间为3h，即获得水泥熟料。
实施例4
本实施例的热镀锌线碱洗污泥无害化处置及资源化利用方法，包括以下步骤：
步骤一、碱洗污泥的选择性还原
以CO气体、H2气体中的一种或一种以上与CO2气体的混合气体作为还原剂，对热镀锌线碱洗污泥进行选择性还原处理，还原温度为980℃，还原时间为0.8h，收集还原过程中的挥发烟尘，获得富锌挥发分与富铁不挥发分；所述还原剂的添加量M还原剂根据下式进行计算：
M还原剂＝0.04～0.53MFe2O3+0.02～0.34MZnO-0.11～0.45M有机物
其中：M还原剂—还原剂质量；MFe2O3—热镀锌线碱洗污泥中Fe2O3的质量；MZnO—热镀锌线碱洗污泥中ZnO的质量；M有机物—热镀锌线碱洗污泥中有机物的质量。
步骤二、富锌挥发分中金属锌的提取
将富锌挥发分在浓硫酸中进行浸出、过滤和分离，获得富锌浸出液，其中浓硫酸的PH值为2，浓硫酸与富锌挥发分的固液比为8:1，浸出温度为68℃，浸出时间为1.2h；然后将富锌浸出液于70℃下进行恒压电解，电压范围为3V，随后进行清洗，即获得金属锌。
步骤三、富铁不挥发分中超细铁的提取
将获得的富铁不挥发分经粉碎后进行弱磁场磁选分离，磁场强度为100kA/m，获得超细铁粉和剩余尾渣颗粒。
步骤四、剩余尾渣颗粒建材化处理
将获得的剩余尾渣颗粒于1000℃下进行高温煅烧，煅烧时间为0.5h，即获得水泥熟料。

Claims (10)

1.一种热镀锌线碱洗污泥无害化处置及资源化利用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、碱洗污泥的选择性还原
在还原剂的作用下，对热镀锌线碱洗污泥进行选择性还原处理，收集还原过程中的挥发烟尘，获得富锌挥发分与富铁不挥发分；
步骤二、富锌挥发分中金属锌的提取
将富锌挥发分在浓硫酸中进行浸出、过滤和分离，获得富锌浸出液；然后将富锌浸出液进行电解、清洗，即获得金属锌；
步骤三、富铁不挥发分中超细铁的提取
将获得的富铁不挥发分经粉碎后进行磁选分离，获得超细铁粉和剩余尾渣颗粒；
步骤四、剩余尾渣颗粒建材化处理
将获得的剩余尾渣颗粒进行高温煅烧即获得水泥熟料。
2.根据权利要求1所述的一种热镀锌线碱洗污泥无害化处置及资源化利用方法，其特征在于：所述步骤一中的还原剂为CO气体、H2气体中的一种或一种以上与CO2气体的混合气体。
3.根据权利要求2所述的一种热镀锌线碱洗污泥无害化处置及资源化利用方法，其特征在于，所述还原剂的添加量M还原剂根据下式进行计算：
M还原剂＝0.04～0.53MFe2O3+0.02～0.34MZnO-0.11～0.45M有机物
其中：M还原剂—还原剂质量；MFe2O3—热镀锌线碱洗污泥中Fe2O3的质量；MZnO—热镀锌线碱洗污泥中ZnO的质量；M有机物—热镀锌线碱洗污泥中有机物的质量。
4.根据权利要求1所述的一种热镀锌线碱洗污泥无害化处置及资源化利用方法，其特征在于：控制步骤一中的还原温度为800～1100℃，还原时间为0.5～1.5h。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种热镀锌线碱洗污泥无害化处置及资源化利用方法，其特征在于：所述步骤二中浓硫酸的PH值为1.5～3，浓硫酸与富锌挥发分的固液比为4～10:1。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的一种热镀锌线碱洗污泥无害化处置及资源化利用方法，其特征在于：所述步骤二中的浸出温度为40～80℃，浸出时间为0.5～1.5h。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的一种热镀锌线碱洗污泥无害化处置及资源化利用方法，其特征在于：所述步骤二中在40～80℃下进行恒压电解，电压范围为0.3V～3.8V。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的一种热镀锌线碱洗污泥无害化处置及资源化利用方法，其特征在于：所述步骤三中磁选方式为弱磁场磁选，磁场强度为100～200kA/m。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的一种热镀锌线碱洗污泥无害化处置及资源化利用方法，其特征在于：所述步骤四中高温煅烧的温度为800～1000℃，煅烧时间为0.5～3h。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的一种热镀锌线碱洗污泥无害化处置及资源化利用方法，其特征在于：所述热镀锌线碱洗污泥中Fe2O3的质量百分含量大于30％，ZnO的质量百分含量大于3％，有机物的质量百分含量大于10％。
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