林文軍

(株洲冶煉集團(tuán)股份有限公司,湖南株洲 412004)

從多膛爐氧化鋅煙灰中綜合回收有價(jià)金屬的試驗(yàn)研究

林文軍

(株洲冶煉集團(tuán)股份有限公司,湖南株洲 412004)

以株冶多膛爐處理時(shí)產(chǎn)出的高氟氯氧化鋅煙灰為研究對象,開展了特殊處理及洗滌、洗液沉鉈、洗渣中浸酸浸、凈化等一系列試驗(yàn)。試驗(yàn)表明:采用該工藝綜合回收該原料中的有價(jià)金屬是完全可行的,不僅F、Cl的難題得到解決,有價(jià)金屬Zn、Pb、Cd、In、Tl也能得到有效回收。結(jié)果表明,該工藝值得推廣,具有很好的應(yīng)用前景。

多膛爐氧化鋅;煙灰;綜合回收;有價(jià)金屬

株冶集團(tuán)揮發(fā)窯工段產(chǎn)出的氧化鋅由于含雜質(zhì)氟、氯和鉈高,需經(jīng)多膛爐脫F、Cl、Tl處理后方可利用。而在多膛爐處理時(shí)產(chǎn)出的一種煙塵——多膛爐氧化鋅煙灰(簡稱多膛爐煙灰),每年約產(chǎn)生這樣的煙灰約1 200 t,由于其成分復(fù)雜,既含有Zn、Pb、Cd、In、Tl等多種可回收的有價(jià)金屬,又有高含量的F、Cl等有害雜質(zhì),且所含 Tl又有劇毒,處理起來極其困難。因此,一直以來只能以低價(jià)外銷給別的廠家生產(chǎn)硫酸鋅用,經(jīng)濟(jì)上極不劃算。對此,技術(shù)中心科研人員進(jìn)行了項(xiàng)目攻關(guān),經(jīng)過詳細(xì)分析原料成分和雜質(zhì)的特點(diǎn),找到了一種綜合回收率高、工藝簡單實(shí)用的處理多膛爐煙灰的方法,不僅雜質(zhì)F、Cl得到了很好的脫除,同時(shí)Zn、Pb、Cd、In和Tl也得到了很好的回收。為從高氟氯氧化鋅原料中綜合回收有價(jià)金屬提供了很好的參考價(jià)值。

1 原料成分分析

多膛爐氧化鋅煙灰綜合樣化學(xué)成分列于表1。

表1 多膛爐氧化鋅煙灰綜合樣化學(xué)成分表 %

從表1可以看出,多膛爐氧化鋅煙灰中的F、Cl含量均較高,如果不進(jìn)行脫氟氯處理,在多膛爐氧化鋅煙灰浸出過程中F、Cl大部分轉(zhuǎn)入硫酸鋅溶液,進(jìn)入鋅系統(tǒng),對鋅的電積造成較大的危害。

2 原理及工藝流程

礦粉浸出渣經(jīng)揮發(fā)窯揮發(fā)產(chǎn)出氧化鋅,渣中的Zn、Pb、Cd、In和Tl等有價(jià)金屬被富集在氧化鋅中,同時(shí)也富集了渣中的F、Cl。氧化鋅經(jīng)多膛爐脫氟、氯處理時(shí),93%以上的氟和90%以上的氯被脫除進(jìn)入多膛爐煙灰中,同時(shí)大部分Tl也進(jìn)入煙灰。其中F、Cl主要以ZnF2、PbF2和ZnCl2、PbCl2的形式存在于煙灰中,而 Tl主要以 Tl2O、Tl2O3或 TlCl、Tl2SO4的形態(tài)存在。

直接采用硫酸浸出來回收Zn、Pb、Cd、In和 Tl雖然可行,但F、Cl要從浸出液中除去不僅非常困難,并且成本也相當(dāng)高,在這里很難行通。同時(shí),若直接采用堿浸,雖然大部分的Tl能被浸出來,但F、Cl的浸出效果較差,最后得到的浸出液還需進(jìn)行脫除F、Cl,又回到了直接采用硫酸浸出處理的步驟。

本工藝先采用特殊處理,然后處理后的物料經(jīng)兩次洗滌,這樣物料中95%以上的F、Cl和70%以上的Tl被浸出來轉(zhuǎn)入洗滌液,F、Cl不僅得到很好的脫除,同時(shí)還可以從洗滌液中繼續(xù)回收 Tl。而堿浸渣經(jīng)中浸、酸浸、置換和凈化等工序回收其中的Zn和Cd,得到的酸浸渣供回收銦后送鉛廠回收鉛使用,從而使F、Cl的脫除以及有價(jià)金屬Zn、Pb、Cd、In和Tl的綜合回收整個(gè)流程得以走通。具體工藝流程如圖1所示。

圖1 多膛爐氧化鋅煙灰中綜合回收工藝流程

3 試驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果

以株冶多膛爐氧化鋅煙灰為研究對象,煙灰經(jīng)特殊處理后再進(jìn)行兩段洗滌。

3.1 特殊處理及洗滌

3.1.1 特殊處理后一段洗滌

洗滌條件為:1、2、3號(hào)原料100 g,4、5號(hào)原料200 g,液固比5～6∶1,時(shí)間1～1.5 h,溫度80～85℃,終點(diǎn)pH值9～10,試驗(yàn)結(jié)果列于表2。

從表2特殊處理后一次洗滌試驗(yàn)結(jié)果可以看出,雜質(zhì)F、Cl的脫除率均比較高,有70%以上有價(jià)金屬Tl被浸出轉(zhuǎn)入洗滌液中,而有價(jià)金屬Zn等基本沒有被洗下來,很好地達(dá)到了洗滌目的。

表2 特殊處理后一次洗滌試驗(yàn)結(jié)果

3.1.2 二段洗滌

即把第一次洗滌渣進(jìn)行第二次洗滌,洗滌條件為:液固比5～6∶1,時(shí)間1～1.5 h,溫度80～85℃,終點(diǎn)pH值9～10,試驗(yàn)結(jié)果列于表3。

表3 兩次洗滌試驗(yàn)結(jié)果

從表3二次洗滌試驗(yàn)結(jié)果可以看出,原料經(jīng)特殊處理、一次和二次洗滌后,洗滌渣中F、Cl的含量均較低,F、Cl的脫除率分別達(dá)94%和97%以上,也有70%以上的 Tl轉(zhuǎn)入洗滌液中,為后續(xù)綜合回收Zn、Pb、Cd、In和 Tl等有價(jià)金屬提供了保障,同時(shí)也達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

3.2 洗滌液沉Tl試驗(yàn)

將上述洗滌液混合在一起,然后分別加入適量的硫化鈉不斷攪拌反應(yīng)20～30 min,試驗(yàn)結(jié)果列于表4。

表4 洗滌液沉Tl試驗(yàn)結(jié)果

從表4沉Tl試驗(yàn)結(jié)果可以看出,隨著硫化鈉量加入的不同,沉鉈率也不同,最好的沉鉈率達(dá)99.70%以上,同時(shí)洗滌液沉鉈后液含鉈也低至0.001 0 g/L。沉鉈得到的硫化鉈可以外賣,也可以經(jīng)浸出、凈化和置換等步驟得到金屬鉈。

3.3 洗滌渣浸出試驗(yàn)

3.3.1 洗滌渣中浸試驗(yàn)

試驗(yàn)條件:溫度:75～82℃,時(shí)間1～1.5 h,液∶固=(4～5)∶1,在中浸過程中同時(shí)把Fe、As、Sb除在 渣中,以便產(chǎn)出合格的中上清,試驗(yàn)結(jié)果列于表5。

從表5可以看出,氧化鋅煙灰經(jīng)洗滌脫氟、脫氯后,再中浸得到的中浸液含氟僅200 mg/L、含氯僅300 mg/L,這與原料中高氟、高氯直接浸出相比,浸出液中的氟、氯降低了20倍以上,同時(shí),所得中浸液的氟氯含量比目前株冶中上清的還要低。

3.3.2 中浸渣酸浸試驗(yàn)

試驗(yàn)條件:溫度:80～85℃,時(shí)間1.5～2.0 h,液∶固=(3.5～4)∶1,試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 中浸渣酸浸試驗(yàn)結(jié)果 %

從表6中浸渣酸浸試驗(yàn)結(jié)果可以看出,經(jīng)兩段浸出處理后,鋅的浸出率達(dá)96%以上,鉛、銦均得到了富集。酸浸渣中含銦比原來富集了3～4倍,酸浸渣中含鉛高達(dá)48%以上,酸浸渣經(jīng)回收銦后得到的高鉛渣送鉛廠回收鉛用。

3.4 凈化試驗(yàn)結(jié)果

3.4.1 低溫凈化試驗(yàn)

試驗(yàn)條件:溫度:60～70℃,時(shí)間40～50 min,鋅粉用量為鎘含量的1.5～2倍,試驗(yàn)結(jié)果列于表7。

表7 低溫凈化試驗(yàn)結(jié)果 g/L

從表7低溫凈化試驗(yàn)結(jié)果可以看出,經(jīng)低溫凈化后,凈化液中的雜質(zhì)鐵、銅、砷含量均已達(dá)標(biāo),得到的凈化渣含鎘高,然后凈化渣經(jīng)浸出、置換等步驟可得到含鎘88%以上的海綿鎘。

3.4.2 高溫凈化試驗(yàn)

試驗(yàn)條件:溫度:80～82℃,時(shí)間2 h,鋅粉用量為3～4 g/L,試驗(yàn)結(jié)果列于表8。

表8 高溫凈化試驗(yàn)結(jié)果 g/L

從表8高溫凈化試驗(yàn)結(jié)果可以看出,低溫凈化液經(jīng)高溫凈化后,得到含雜質(zhì)低的高質(zhì)量的新液,供鋅電積用。

3.5 結(jié)果與討論

針對株冶多膛爐氧化鋅煙灰含(%)Zn 35.87、F 2.65、Cl 5.81、In 0.046 8、Tl 0.28、Cd 3.13、Cu 0.12、Fe 1.47、Pb 15.35、Co 0.005、Ni 0.002、As 0.041、Sb 0.075的原料進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果與討論如下:

1.以上原料經(jīng)特殊處理和兩段洗滌,氟氯的脫除率分別在94%和97%以上,同時(shí)有70%以上的鉈被浸出轉(zhuǎn)入洗液中,為后續(xù)綜合回收有價(jià)金屬提供了保證。

2.洗滌液中的鉈經(jīng)沉淀得到硫化鉈,可外賣也可回收得到金屬鉈。

3.洗滌渣經(jīng)中浸、酸浸、低高溫凈化得到高質(zhì)量的新液供鋅電積用,鋅的浸出率高達(dá)96%以上,回收率在90%以上。

4.低溫凈化渣經(jīng)浸出、置換等步驟可得到含鎘88%以上的海綿鎘。

5.在脫除氟氯和回收鋅、鉈和鎘的過程中銦和鉛得到富集轉(zhuǎn)入酸浸渣中,酸浸渣按常規(guī)方法回收銦后,得到的高鉛渣送鉛廠回收鉛用,酸浸液返中浸。

4 結(jié)論與建議

1.多膛爐氧化鋅煙灰綜合回收工藝在試驗(yàn)室已完全走通,同時(shí),利用該技術(shù)成果應(yīng)用于江蘇、韶關(guān)等地的濕法煉鋅廠,脫氟氯效果明顯,電解得到的析出鋅均達(dá)到0#鋅的標(biāo)準(zhǔn)。

2.該工藝不僅將多膛爐氧化鋅煙灰中的鋅、鎘和鉛等常規(guī)金屬加以回收,同時(shí)也能將稀有金屬鉈和銦回收,具有較大的經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí)對環(huán)境不會(huì)造成影響。

3.在資源日趨緊張的情況下,該工藝為綜合回收有價(jià)金屬提供了很好的參考,同時(shí)該工藝的特殊處理等步驟是新創(chuàng)工藝。

4.該工藝不僅適用于處理株冶的多膛爐氧化鋅煙灰,也適用于處理氟、氯偏高的一切含鋅物料和非含鋅物料的氟氯脫除。

[1] 廖貽鵬,林文軍,劉一寧.從進(jìn)口、轉(zhuǎn)爐氧化鋅及銅煙灰中回收鋅的試驗(yàn)研究[J].湖南有色金屬,2008,(6):13-15.

[2] 張發(fā)明,奚長生,梁凱.冶鋅工業(yè)廢渣次氧化鋅的綜合利用[J].湖南有色金屬,2006,(3):19-25.

[3] 謝美求.從還原揮發(fā)氧化鋅煙塵中提鋅、銦工藝研究[J].礦冶工程,2008,(2):63-66.

Experimental Study on the Comprehensive Recovery of Valuable Metals from Zinc Oxide Ash of the Multi-Chamber Furnace

LIN Wen-jun
(Zhuzhou S melter Group Co.,Ltd,Zhuzhou412004,China)

Taking the high CFC zinc oxide soot produced by mult-chamber furnace as the study object,a series of tests of special treatment,washing,precipitate thallium,neutral leaching,acid leaching and purification were carried out.Experiments showed that the use of this technology for the comprehensive recovery of valuable metals from the raw materials was entirely feasible,not only the problem of F and Cl was resolved,but also the valuable metals of Zn,Pb,Cd,In and Tl could be effectively recovered.Results showed the process could be promoted,and had a good application prospect.

multi-chamber furnace zinc oxide;ash;comprehensive recovery;valuable metals

TF813

A

1003-5540(2010)05-0019-03

林文軍(1978-),男,工程師,碩士,主要從事有色金屬選冶工藝、新產(chǎn)品開發(fā)和資源綜合利用工作。

2010-07-10