[发明专利]一种回收高炉瓦斯灰中锌的方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金领域中的湿法冶金过程，特别是一种回收高炉瓦斯灰中锌的方法。

技术背景

高炉瓦斯灰是钢铁厂在高炉炼铁过程中回收烟尘时得到的一种含锌二次资源，其主要含有Zn、Fe、Pb、Ca和Si等元素。根据高炉原料成分的不同，瓦斯灰中锌的含量为0.5～10％。由于我国钢铁产量巨大，而每生产1吨钢便会产生10～15kg左右的瓦斯灰，因此瓦斯灰的产量也十分巨大，必须加以处理。

为了回收利用其中的铁，传统处理高炉瓦斯灰的方法是将瓦斯灰作为烧结原料重新返回高炉生产系统。然而在此闭路循环系统中，锌会逐渐积累，其低熔点的性质会对高炉生产产生一系列不利的影响，如破坏高炉炉衬、堵塞高炉烟气上升管道以及造成瓦斯灰自燃等。因此，实现瓦斯灰中锌的回收是十分必要的。

传统回收金属锌的方法主要分为火法冶炼和湿法冶炼两大类。其中占据主导地位的火法冶炼方法为瓦尔兹法，该方法是通过加入焦炭等作为燃料和还原剂使瓦斯灰中的锌以单质形式挥发出来，而瓦斯灰中的铁则保留在熔炼渣中，实现了锌与铁的分离。火法处理高炉瓦斯灰尽管可以获得较高的锌回收率，但是该方法不仅会消耗大量的能量，而且也会造成环境污染等一系列问题，与当前国家节能减排和加强环境保护的政策相悖(刘建辉，王祖荣.威尔兹工艺无害化处理及综合利用含锌物料的生产实践.湖南有色金属，2008,24(6):16～18)。

一些学者也研究了使用湿法处理瓦斯灰，即采用稀硫酸(黄平等.用硫酸从高炉瓦斯灰(泥)中浸出锌、铟试验研究.湿法冶金,2014,33(5):365～367)、氢氧化钠(毛磊，杨宝滋.从瓦斯灰中碱浸锌及其动力学研究.湿法冶金,2014,33(6):429～432)作为浸出剂浸出瓦斯灰中的锌，进而使用溶剂萃取法或离子交换法从浸出液中回收锌。湿法的优点是污染小、消耗的能量少。然而，当使用硫酸浸出时，不仅会浸出锌，同时也会使瓦斯灰中大量的铁进入浸出液中，导致后续浸出液的净化难度加大。而当使用氢氧化钠作为浸出剂时，浸出液中锌会以锌酸钠的形式存在，导致后续工序中锌的电解困难。

因此，找到一种绿色且高效的从瓦斯灰中回收锌的方法十分迫切。

发明内容

为了克服现有高炉瓦斯灰处理方法的不足，本发明提供一种能高效地回收高炉瓦斯灰中锌的方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：利用锌和铁与有机配体之间的配位能力的明显差异实现瓦斯灰中金属锌与铁的分离，进而从浸出液中回收锌。首先，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，使大部分锌进入溶液中，并抑制铁的溶解，从而实现瓦斯灰中锌与铁的分离；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；蒸氨后液通过加入适量的稀硫酸调节溶液pH，使浸出液中的亚氨基二乙酸重结晶析出，过滤所得析出后液则为硫酸锌溶液，可与传统的溶剂萃取-电积回收锌工序进行衔接。

具体的工艺过程和工艺参数如下：

1.协同配位浸出

首先向纯水中加入0.1～0.3mol/L的亚氨基二乙酸和0.5～1mol/L的硫酸铵，将浸出液温度升至20℃～60℃，搅拌使亚氨基二乙酸和硫酸铵溶解。再加入一定量的氨水，使混合配位浸出液中氨和硫酸铵的摩尔比为2：1，并控制总氨浓度为2～4mol/L。按混合配位浸出液和高炉瓦斯灰液固比为10～20：1，单位为mL/g，加入高炉瓦斯灰，控制浸出时间100～140min、反应温度20～60℃和搅拌速度为200～600r/min。浸出结束后，过滤，得到含锌浸出液和浸出渣。浸出渣烘干后可返回作为烧结原料，含锌浸出液则进行下一步处理。

浸出过程的主要化学反应式如下：

ZnO+Ida^2-+iNH₃+H₂O＝[Zn(Ida)(NH₃)_i]+2OH^-(1)

Zn₂SiO₄+2[Ida]^2-+2iNH₃+2H₂O＝2[Zn(Ida)(NH₃)_i]+SiO₂↓+4OH^-(2)

2.氨的回收