钢铁厂含锌烟尘湿法处理富集氧化锌精矿的方法技术

本发明专利技术涉及钢铁厂固废资源的综合利用领域，尤其涉及湿法处理钢铁厂含锌烟尘的方法。以氨基乙酸根离子为配体的配合剂水溶液，在弱碱性条件下，对钢铁厂含锌烟尘进行浸出，浸出过程中，铁、碳、钙、镁以及硅不溶解而留在浸出渣中，烟尘中铅和镉随锌一起进入浸出液，浸出渣经水洗后返回钢铁系统配料烧结；所得浸出液用CaO或Ca(OH)2进行调碱沉锌，使锌以氧化锌形式沉淀，铅和镉与锌共沉淀富集于氧化锌精矿中；沉锌后液用CO2气体进行调酸沉钙，用以脱除沉锌过程中引入的钙离子，并实现配合剂再生，再生后的配合剂溶液可返回浸出过程直接利用，沉钙过程可产出活性CaCO3副产品。

【技术实现步骤摘要】
钢铁厂含锌烟尘湿法处理富集氧化锌精矿的方法
本专利技术涉及钢铁厂固废资源的综合利用领域，尤其涉及湿法处理钢铁厂含锌烟尘的方法。
技术介绍
我国钢铁行业产能巨大，据国家统计局数据显示，2014年我国粗钢年产量为8.23亿吨，意味着2014年全年产生的含锌烟尘至少为823万吨；由于所处理的原料不同，烟尘中锌含量也有较大差别，一般未经循环富集的一次烟尘含锌在10%以下，有些甚至低于2%，而经过多次循环富集的烟尘含锌多在15%以上；仅按锌品位1%计算，仅2014年，我国就有8.23万吨锌分散在钢铁厂含锌烟尘中，无法有效回收和利用，造成极大的资源浪费；烟尘中除含一定量的有价金属锌外，还含有大量的铁和碳，另外还含有少量的铅、镉等有毒重金属元素，存在一定的环境隐患；随着有色金属矿产资源的枯竭，以及人们环保意识的增强，各国都在积极探索钢铁厂含锌烟尘的处理方案。目前，湿法处理钢铁厂含锌烟尘的方法主要有以下三种：酸浸：在酸性体系中浸出钢铁厂含锌烟尘，浸出剂主要为硫酸，浸出过程中，烟尘中大量的铁与锌一起溶出，造成浸出剂硫酸的大量消耗，且酸浸工艺处理钢铁厂含锌烟尘必然会有一个复杂的从浸出液中沉铁的过程，因此，不太适合高含铁的锌烟尘处理；另外，为了能使烟尘中铁酸锌溶解，酸浸工艺往往需要采取强化浸出（高温、高酸浸出），因而对设备的防腐要求较高（可参见CN103911518A号中国专利文献）。氨浸：在碱性体系中（10＜pH＜14）浸出钢铁厂含锌烟尘，浸出剂主要为氨水和铵盐，利用配体NH3与Zn2+形成配离子使烟尘中ZnO溶解进入溶液，过程中钙、镁、铁、硅不会被大量溶解，试剂耗量少，具有选择性浸锌的特点；但浸出过程中有氨气挥发，对人体、环境危害较大；另外，氨浸工艺所用配体NH3对Zn2+配合能力较弱，对烟尘中铁酸锌（ZnFe2O4）的溶解能力不足，不具有深度脱除钢铁厂含锌烟尘中锌的能力，难以实现铁和锌的深度分离（可参见佟志芳等.氨浸出含锌烟尘制取活性氧化锌[J].化工环保,2009,29(6):534-537）。碱浸：在强碱性体系中（pH＞14）浸出钢铁厂含锌烟尘，浸出剂为氢氧化钠（NaOH），利用配体OH-与Zn2+形成配离子使烟尘中ZnO溶解进入溶液，过程中铁不溶，也具有选择性浸锌的特点；但碱浸工艺操作条件为强碱性体系，对设备的防腐要求较高；另外，碱浸工艺所用配体OH-对Zn2+配合能力较弱，对烟尘中铁酸锌的溶解能力不足，同样难以实现铁和锌的深度分离（可参见CN200910119189号中国专利文献）。
技术实现思路
为克服现有湿法处理钢铁厂含锌烟尘方法的不足，本专利技术的目的是提供一种能有效脱除钢铁厂含锌烟尘中锌、铅和镉有毒重金属元素，富集氧化锌精矿的方法，且操作流程简单，体系温和，对设备防腐要求低，对人体和环境毒副作用小的清洁的湿法冶金工艺。为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案是：以氨基乙酸根离子（H2NCH2COO-简写为Gly-）为配体的配合剂水溶液，在弱碱性条件下（7＜pH＜10），对钢铁厂含锌烟尘进行浸出，浸出过程中，铁、碳、钙、镁以及硅不溶解而留在浸出渣中，烟尘中铅和镉随锌一起进入浸出液，浸出渣经水洗后返回钢铁系统配料烧结；所得浸出液用CaO或Ca(OH)2进行调碱沉锌，使锌以氧化锌形式沉淀，铅和镉与锌共沉淀富集于氧化锌精矿中；沉锌后液用CO2气体进行调酸沉钙，用以脱除沉锌过程中引入的钙离子，并实现配合剂再生，再生后的配合剂溶液可返回浸出过程直接利用，沉钙过程可产出活性CaCO3副产品。具体工艺过程及参数如下：1浸出钢铁厂含锌烟尘中锌主要以氧化锌（ZnO）形式存在，少量以铁酸锌（ZnFe2O4）形式存在，锌在浸出过程中主要反应如下：（1）；（2）。锌浸出的同时，铅和镉的氧化物溶解进入浸出液：（3）；（4）。浸出条件：配合剂水溶液中氨基乙酸根离子总浓度为0.5~2.5mol·L-1，浸出时液固比（体积mL/重量g）为3:1~10:1，浸出pH值7＜pH＜10，浸出温度25~85℃，浸出时间2~6h；浸出完成后固液分离，浸出渣水洗后返回钢铁系统配料烧结，洗水收集待用，浸出液进入下一步调碱沉锌。用于浸出的配合剂水溶液中配体氨基乙酸根离子，以氨基乙酸加入时，用氢氧化钠调整体系pH值7＜pH＜10；以氨基乙酸钠加入时，用氨基乙酸调整体系pH值7＜pH＜10，此时，配合剂水溶液中氨基乙酸根离子总浓度为氨基乙酸和氨基乙酸钠中氨基乙酸根离子浓度之和，配合剂水溶液中配体氨基乙酸根离子总浓度为0.5~2.5mol·L-1。调碱沉锌向浸出液中加入CaO或Ca(OH)2调节体系pH值，使锌以氧化锌形式沉淀，锌沉淀的同时，铅和镉随锌共沉淀富集于氧化锌精矿中，相关反应如下：（5）；（6）；（7）。反应完成后，固液分离，沉锌后液送下一步处理使得配合剂再生，渣水洗干燥后即为氧化锌精矿。调碱沉锌条件：沉锌终点pH值10～12，温度15～95℃，搅拌速度300～700r·min-1，陈化反应时间1~4h。沉锌用CaO或Ca(OH)2可采用调浆或固体粉末形态直接加入，以固体粉末形态加入时，固体颗粒粒径（粒度）≤150μm。调酸沉钙向沉锌后液中通入CO2气体调节体系pH值，此时，因沉锌过程而引入体系的钙离子（主要以CaGly+配离子形式存在于沉锌后液中）将形成碳酸钙（CaCO3）沉淀析出，同时，释放出游离Gly-配体，使得配合剂水溶液中Gly-配体活性得以恢复，且体系pH值恢复至适宜浸出的弱碱性条件，相关反应如下：（8）。由于在配合物体系中析出CaCO3沉淀，所得CaCO3分散性好，粒度细，且可通过控制反应温度得到不同粒径的活性CaCO3副产品。调酸沉钙条件：搅拌速度100~450r·min-1，温度10~85℃，CO2气体以流量0.2~6.0L·min-1通入溶液底部，当体系pH值降至7＜pH＜10时，停止通入CO2气体，维持搅拌和温度，继续反应0.5~5h，反应结束后固液分离，所得CaCO3水洗干燥后即为成品，所得沉钙后液即为再生后的配合剂溶液，洗水直接并入沉钙后液中，沉钙后液返回浸出过程直接利用。调酸沉钙过程所用CO2气体纯度（含量）＞20%（CO2气体体积含量）。本专利技术与现有湿法工艺相比有如下优点：1.体系温和，对设备防腐要求低，对人体和环境毒副作用小；2.能处理高含铁的含锌烟尘，实现铁和锌的深度分离；3.能有效脱除钢铁厂含锌烟尘中有毒重金属元素Zn、Pb和Cd；4.所用配合剂水溶液在处理过程中可实现再生，循环利用，处理成本低；5.所得氧化锌精矿锌品位高，无硫的二次污染问题；6.所得活性CaCO3副产品用途广泛，附加值高。本专利技术适用于处理含铁10~45%，含锌4~12%的高含铁的低锌品位的钢铁厂含锌烟尘（成分范围以重量百分比计）。附图说明图1：本专利技术工艺流程示意图。具体实施方式实施例1：某钢铁厂烟尘，其主要成分（wt%）：Zn6.35、Fe31.63、CaO5.12、MgO3.84、Cd1.20和Pb0.95；试剂：食品级氨基乙酸，含量≥99%；工业级氨基乙酸钠，含量≥98%；分析纯氧化钙（CaO），含量≥98%；工业二氧化碳气体，含量≥99%。（1）浸出：75℃时，用氨基乙酸钠和氨基乙酸配制成pH值为8.5，氨基乙酸根总浓度为1.2mol·L本文档来自技高网...

【技术保护点】
钢铁厂含锌烟尘湿法处理富集氧化锌精矿的方法，其特征在于：以氨基乙酸根离子为配体的配合剂水溶液，在弱碱性条件下，对钢铁厂含锌烟尘进行浸出，浸出过程中，铁、碳、钙、镁以及硅不溶解而留在浸出渣中，烟尘中铅和镉随锌一起进入浸出液，浸出渣经水洗后返回钢铁系统配料烧结；所得浸出液用CaO或Ca(OH)2 进行调碱沉锌，使锌以氧化锌形式沉淀，铅和镉与锌共沉淀富集于氧化锌精矿中；沉锌后液用CO2气体进行调酸沉钙，用以脱除沉锌过程中引入的钙离子，并实现配合剂再生，再生后的配合剂溶液可返回浸出过程直接利用，沉钙过程可产出活性CaCO3副产品。

【技术特征摘要】
1.钢铁厂含锌烟尘湿法处理富集氧化锌精矿的方法，其特征在于：以氨基乙酸根离子为配体的配合剂水溶液，在弱碱性条件下，对钢铁厂含锌烟尘进行浸出，浸出过程中，铁、碳、钙、镁以及硅不溶解而留在浸出渣中，烟尘中铅和镉随锌一起进入浸出液，浸出渣经水洗后返回钢铁系统配料烧结；所得浸出液用CaO或Ca(OH)2进行调碱沉锌，使锌以氧化锌形式沉淀，铅和镉与锌共沉淀富集于氧化锌精矿中；沉锌后液用CO2气体进行调酸沉钙，用以脱除沉锌过程中引入的钙离子，并实现配合剂再生，再生后的配合剂溶液可返回浸出过程直接利用，沉钙过程可产出活性CaCO3副产品；所述调酸沉钙指：向沉锌后液中通入CO2气体调节体系pH值，因沉锌过程而引入体系的钙离子将形成碳酸钙沉淀析出，同时，释放出游离Gly-配体，使得配合剂水溶液中Gly-配体活性得以恢复，且体系pH值恢复至适宜浸出的弱碱性条件；调酸沉钙条件为：搅拌速度100～450r·min-1，温度10～85℃，CO2气体以流量0.2～6.0L·min-1通入溶液底部，当体系pH值降至7＜pH＜10时，停止通入CO2气体，维持搅拌和温度，继续反应0.5～5h，反应结束后固液分离，所得CaCO3水洗干燥后即为成品，所得沉钙后液即为再生后的配合剂溶液，洗水直接并入沉钙后液中，沉钙后液返回浸出过程直接利用；以CO2气体体积含量计算，调酸沉钙过程所用CO2气体纯度＞20％。2.如权利要求1所述的钢铁厂含锌烟尘湿法处理富集氧化锌精矿的方法，其特征在于：所述弱碱性条件指pH值7＜pH＜10。3.如权利要求1所述的钢铁...

【专利技术属性】
技术研发人员：窦爱春，苏明如，刘云建，黄海芳，王宏明，郭长庆，吴晓东，李亚波，李忠华，霍向东，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32