[发明专利]用来处理含有氧化锌和锌铁尖晶石的电炉和其它炉的粉尘和残渣的工艺

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求于2005年5月10日提交的序号为60/679,255的临时专利申请的优先权，临时专利申请的全部内容通过参考而被纳入本申请中。

发明领域

本发明的方法与用来处理含有氧化锌和锌铁尖晶石的电炉和其它炉粉尘和残渣的工艺相关。本发明介绍了一种用于从电弧炉粉尘和锌铁尖晶石中回收锌和其它贵重金属的工艺。

发明背景

电弧炉(以下称作EAF)粉尘中包含很多元素，如锌，铁，铅，铝，铬，镉，锰，钠，钾，镁和钙。粉尘中的锌是以氧化锌和锌铁尖晶石的形式出现。EAF粉尘被认为是一种有害废物，这是因为其中存在大量应滤去的锌，铅，镉，铬混合物。这种有害物分类是指EAF粉尘不能够不加处理就被弃置。根据美国环境保护局的标准，从废钢铁加工中产生的EAF粉尘被归类为K061“有害级别”。打捞船只，建筑钢铁，镀锌钢和主要的汽车废料是被送入到熔炼炉的主要原料。美国和其它国家都存在很严重的未处理的EAF粉尘问题。美国有大量EAF粉尘目前存放在现有的冶炼厂，每年存放大约500,000到750,000吨的粉尘。火法冶金处理器每年只能处理大约250,000到300,000吨粉尘，这就使粉尘囤积量以每年250,000到500,000吨的速度增长。

可用到发电厂的各种选择包括处理，再循环和/或贵重金属的回收。目前一种主要的处理途径是稳定化和掩埋。然而，稳定化和掩埋失去了回收锌和其它金属的潜力。其它两项选择是：a)采用火法冶金技术，减少高温下煤、沼气或氢气的粉尘，把可冷凝的锌蒸汽与不挥发的炉渣分开，b)通过湿法冶金工艺来除去锌。

能经过火法冶金和湿法冶金技术来再循环电弧炉粉尘一直是很多研究的课题。火法冶金工艺需要还原剂和高温，而且经常产生低商业价值的粗氧化锌。另一方面，湿法冶金工艺则可以产生高质量的金属锌或氧化锌，但它们中的大部分不能在锌铁尖晶石阶段完全浸出锌。

处理EAF粉尘的湿法冶金方法可以分类为酸性和碱性浸出系统。多个发明人所研究的酸浸出系统是硫酸和盐酸系统。发明人研究了这两种酸在单独使用和加入添加剂后的情况。使用硫酸的大多数工艺需要高温和高压环境，目的是避免形成黄钾铁矾。在大多数湿法冶金发明中，常压浸出锌铁尖晶石原料很困难，因此，有好几项使用昂贵的加压浸出技术的研究都获得了专利。

加拿大的一项专利2076025公开了从含有锌铁尖晶石的锌工厂的残渣中回收贵重金属。该工艺包含在70-100℃下用废H₂SO₄部分溶解的锌、铜、铁和一些杂质。然后把浸出灰浆与精炼锌混合，进行氧化浸出，接着在一个热硫酸系统中进行还原浸出。所产生的滤渣然后进行浮选，用来回收未溶解的精炼锌。浮选尾料通过使用二氧化硫气体来进行加压浸出。所述工艺包含了几次浸出、浮选和加压浸出步骤，因此比较昂贵。加拿大专利2240450公开了使用过硫酸进行锌铁尖晶石浸出的工艺。加拿大专利1217638和2104736公开了用硫酸进行两阶段浸出的工艺。在第二阶段添加了钠、钾或铵离子，用来形成黄钾铁矾。在第二阶段添加的硫酸量要稍微超过存在的铁素体材料的数量。美国专利5286465公开了使用热浓缩硫酸浸出的工艺。

加拿大专利1212841公开了一种从锌铁尖晶石残渣中提取锌的工艺，该工艺在一个高压系统中使用硫酸来进行加压浸出。在加拿大专利1176853中，锌铁尖晶石与硫化锌(zinc sulphide)矿石结合在一起，然后在高温下加压处理，从铁素体(ferrite)及硫化矿石中溶解锌。在另一项加拿大专利1112880中，浸出在140至250℃的高温和3-40个大气压下进行稀硫酸浸出。这些高温和高压工艺一般比常压浸出工艺更昂贵。美国专利4,610,721公开了在第一阶段用常压来浸出钢铁厂粉尘，在此阶段中，一定数量的钢铁厂粉尘与一定数量的硫酸锌溶液混合在一起，从中浸出锌。溶液的pH值被控制在2.5至3.5之间。在浓缩之后，再添加额外的硫酸或废的电解液，然后进行压力浸出。

以下讨论了使用盐酸溶液以及含有盐酸(HCL)的混合酸溶液的工艺。加拿大专利2156295和美国专利5336297公开了一种用来处理电弧炉粉尘的工艺。该工艺包含常压氯化铁浸出，接着是在高压器中进行高温和高压处理，用来把针铁矿转换为容易滤过的赤铁矿。在美国专利5709730中，浸出溶液是由氯化钙和盐酸(HCL)制成，浸出是在有氧环境中在高温和高压下、pH值控制在2.6以下的状态下进行。通过添加石灰来沉淀，然后回收混合氧化物。