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，时代里氏硬度计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。

技术实现要素：

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，数字式测振仪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%，超声波测厚仪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。

技术特征：

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。

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。

4.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。

技术总结
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。

技术研发人员：李兴彬;魏昶;邓志敢;罗兴国;庄子宇;李旻廷;李存兄
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：2018.01.23
技术公布日：2018.07.24