一種高爐瓦斯灰的浸出方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高爐瓦斯灰的浸出方法，屬于高爐瓦斯灰處理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在循環(huán)經(jīng)濟(jì)條件下，對于鋼鐵冶煉廢棄物綜合利用的研究應(yīng)運(yùn)而生，其中鋼鐵生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含鋅粉塵約占鋼鐵產(chǎn)量的8?12%，其生產(chǎn)量及堆存量巨大，且成分中含有大量的鐵、鉛、鋅等微量元素，面對金屬資源短缺以及處理含鋅塵泥面臨的環(huán)境污染問題，有效回收利用非傳統(tǒng)資源已引起各國冶金企業(yè)和研究者的關(guān)注。鋼鐵廠含鋅粉塵根據(jù)含鋅量的高低可分為高鋅粉塵(Zn >20%)、中高鋅粉塵(Zn8%?20%)、中鋅粉塵(Zn4%?8%)、中低鋅粉塵(Znl%?4%)和低鋅粉塵(Ζη<1%)。按生產(chǎn)工序鋼鐵廠含鋅粉塵亦可分為:高爐粉塵(瓦斯灰和瓦斯泥)，煉鐵原料中95%?98%的鋅以揮發(fā)物的形式進(jìn)入粉塵，粉塵的鋅含量是原料中的20?30倍;轉(zhuǎn)爐粉塵，粉塵中鐵含量較高；電爐(ΕΑΠ粉塵，電爐煉鋼大多來自鍍鋅廢鋼，因此電爐粉塵含鋅較高;其它粉塵，如燒結(jié)粉塵。
[0003]高爐瓦斯灰(泥)的產(chǎn)生過程比較復(fù)雜，其粒度細(xì)微，由于高爐煉鐵過程中使用的鐵礦石、焦碳、石灰石、白云石以及螢石等原料經(jīng)過高爐內(nèi)部不同溫度區(qū)域十分復(fù)雜的氧化-還原等物理化學(xué)變化，其收集的粉塵中含有多種元素的自由態(tài)和復(fù)合物，其中以Fe203、Zn0、Al203、Si02、Ca0、Mg0和PbO成分居多，另外還有以上元素為主的硫化物、硫酸鹽、碳酸鹽等形式存在的物質(zhì)，成分比較復(fù)雜，其中有些成分會(huì)隨原料、工藝、設(shè)備的不同，而使含量有很大的變化，但主要成分保持不變。采用掃描電鏡(SEM，Hitachi S-3000)及能譜分析(EDX)對高爐煉鐵粉塵的Zn賦存形態(tài)進(jìn)行深入分析，認(rèn)為Zn可能以Zn0、ZnFe204、ZnSi04、ZnS04、ZnCl2等形式存在。分析結(jié)果還指出粉塵中磁鐵礦為主要礦物，其次為赤鐵礦和脈石(長石、石英、白云石、炭黑等)。礦物顆粒粒度很小，磁鐵礦、赤鐵礦等鐵礦物與脈石相互嵌布、粘結(jié)，單體解離度較高，其中瓦斯灰中的礦物粒度一般在40μπι?120μπι之間，炭黑粒度在5μπι—下，脈石表面常有細(xì)小顆粒的鐵礦物嵌布及炭粉連接，鐵礦物的單體解離度約為88%。
[0004]目前鋼鐵廠含鋅粉塵處理工藝較多，但都存在未解決的問題。其中回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)法是含鋅廢料處理最傳統(tǒng)的方法。
[0005]專利CN104532007A公開的“一種燒結(jié)機(jī)頭電場除塵灰與高爐瓦斯灰綜合利用的方法”，)該方法將混合料用回轉(zhuǎn)窯焙燒進(jìn)行還原揮發(fā)，還原后的含鐵物料再回收返回鐵礦石燒結(jié)使用，混合料中的鋅、鉀、鉛以氣態(tài)氧化物的形態(tài)富集，由回轉(zhuǎn)窯除塵系統(tǒng)收集，回轉(zhuǎn)窯最高溫度為1150 °C，回轉(zhuǎn)窯焙燒時(shí)間為8小時(shí)。
[0006]諸多類似的處理方法(如專利201410330341.5、201210369145.Χ、201110444928.5等)均屬火法處理回收鋅，其入爐料發(fā)熱值都要求高、國內(nèi)目前大部分企業(yè)入爐料發(fā)熱值較高，作業(yè)率低，窯襯壽命短、綜合耗能高、處理量小，投資大，焦炭消耗率大，尾渣含鋅、炭高等能耗高，特別是對處置利用低品位物料時(shí)在經(jīng)濟(jì)上可行性差等缺點(diǎn)。
[0007]另外在濕法方面亦有諸多處理氧化鋅礦以及高爐瓦斯灰的方法。
[0008]黃平等人在“用硫酸從高爐瓦斯灰(泥)中浸出鋅、銦試驗(yàn)研究”一文中研究了用硫酸從高爐瓦斯泥中浸出銦、鋅。該文采用強(qiáng)酸、高溫浸出鋅(原料含鋅7.47%)，且浸出過程要控制不同pH在4.8?5.0范圍，F(xiàn)e3+和In3+—道沉淀，而Zn2+、Fe2+及部分Cu2+留在溶液中，實(shí)驗(yàn)中，先用鐵棒將Fe3+還原成Fe2+，再調(diào)pH水解得到沉銦渣;沉銦后的濾液加入高錳酸鉀氧化沉淀鐵，再以鋅粉置換去除Cu2+、Cd2+、Ni2+等雜質(zhì)，獲得含鋅溶液。該工藝存在工序復(fù)雜且雜質(zhì)離子難以除盡，酸性體系下鋅鐵較難分離，且浸出溫度較高，不經(jīng)濟(jì)等缺點(diǎn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:用硫酸從高爐瓦斯泥中浸出鋅、銦是可行的；在浸出時(shí)間90min、溫度90°C、液固體積質(zhì)量比5:1、硫酸濃度4.5mol/L條件下，鋅浸出率最高達(dá)87.03%。
[0009]強(qiáng)酸浸出含鋅鋼鐵煙塵具有鋅浸出率高，渣含鋅低且可直接返回?zé)掕F系統(tǒng)回收鐵、碳等有價(jià)金屬，但強(qiáng)酸浸出增加了高爐粉塵中鐵的溶出，使浸出液含鐵較高，必須在后續(xù)增加除鐵工序，同時(shí)強(qiáng)酸浸出對設(shè)備耐腐蝕能力要求較高。弱酸浸出避免了大量鐵的溶出且對設(shè)備的腐蝕性較弱，但是弱酸浸出鋅的浸出率較低，渣含鋅依然很高，不能直接返回配料處理，只能以含鋅較高的副產(chǎn)品的形式回收鋅，價(jià)值較低，需要進(jìn)一步處理。
[0010]諸榮孫等人在“高爐瓦斯灰氨浸脫鋅”一文中研究用采用的是NH3-NH4Cl體系浸出高爐瓦斯灰脫鋅工藝過程。最佳浸出工藝條件為:室溫、浸出時(shí)間3h、攪拌速度600r/min、液固比為4:1、氨水與氯化錢濃度均為2.5mol/L。在此條件下，浸出液鋅濃度為23.36g/L，鋅浸出率高達(dá)89%。浸出渣含鋅量1.168%，經(jīng)水洗后可直接作為高爐燒結(jié)原料。
[0011]氯銨法對于高爐瓦斯灰鋅的浸出有一定的效果，但氯銨體系腐蝕性強(qiáng)，達(dá)到89%的鋅回收率需浸出3h，浸出時(shí)間較長。
[0012 ]因此，如何避免酸法鋅、鐵難以分離，且鈣、鎂、硅等堿性脈石雜質(zhì)進(jìn)入浸出液造成后序除雜工序困難的難題，同時(shí)究解決冶金渣塵不同鋅礦相礦物(氧化礦、硅鋅礦、硫化礦)中金屬鋅同步、快速、高效溶出的難題，形成冶金塵渣含鋅的不同礦相礦物非傳統(tǒng)資源的同步綠色提取利用鋅的新方法，是當(dāng)下急需解決的問題，同時(shí)尋找合適的氨法復(fù)合配位浸出體系以及開發(fā)一種強(qiáng)化非傳統(tǒng)鋅資源浸出鋅的方法，具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及不足，本發(fā)明提供一種高效氨法浸出高爐瓦斯灰的預(yù)處理方法。該方法在微波焙燒預(yù)處理的基礎(chǔ)上，利用冶金塵渣在配位浸出過程多配體對有價(jià)金屬鋅的選擇性高、多配體能夠提高與金屬鋅離子的配位能力、超聲波等多因素能夠強(qiáng)化陰離子的轉(zhuǎn)化的優(yōu)越性，共同促進(jìn)礦物晶體結(jié)構(gòu)破壞與金屬鋅溶出。同時(shí)該方法避免了酸法鋅、鐵難以分離，且鈣、鎂、硅等堿性脈石雜質(zhì)進(jìn)入浸出液造成后序除雜工序困難的難題，同時(shí)究解決冶金渣塵不同鋅礦相礦物(氧化礦、硅鋅礦、硫化礦)中金屬鋅同步、快速、高效溶出的難題，形成冶金塵渣含鋅的不同礦相礦物非傳統(tǒng)資源的同步綠色提取利用鋅的新方法，從而推進(jìn)有色金屬鋅的原材料產(chǎn)業(yè)綠色化升級。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0014]—種高爐瓦斯灰的浸出方法，其具體步驟如下:
(I)微波焙燒預(yù)處理:首先向高爐瓦斯灰加入高爐瓦斯灰質(zhì)量5?25%的CaO混合均勻后得到混合物料，然后將混合物料在微波焙燒溫度為300?500°C條件下焙燒0.5?1.5h，得到焙砂；
焙燒預(yù)處理的目的是實(shí)現(xiàn)難浸出礦相(ZnFe2O4和Zn2S14)向易浸出ZnO礦相的轉(zhuǎn)變，在氧化氣氛下生成的氧化鋅將保留在固體產(chǎn)物中，易于通過配位提取回收，氧化反應(yīng)一般能耗較低，因此，宜在氧化條件下進(jìn)行礦相轉(zhuǎn)變，將復(fù)雜的鐵酸鋅、硅酸鋅轉(zhuǎn)化為氧化鋅。主要發(fā)生如下反應(yīng):
ZnFe204+Ca0=Zn0+2CaFe204ZnSi204+2Ca0 =2ZnO+CaS1s；
(2)浸出:將步驟(I)得到的焙砂研磨至粒度為40?160目，在超聲波功率為600?1200W的超聲場作用下，采用總氨濃度為3~6mol/L的氨溶液作為浸出劑，在25?45°C下進(jìn)行攪拌浸出
0.5?1.0h，然后進(jìn)行固液分離，固體渣經(jīng)5被%氨水溶液多次洗滌處理，得到含鋅浸出液和浸出