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從高爐瓦斯泥中濕法回收鋅的新工藝(Ⅰ)：廢酸浸出及中和除鐵

文檔作者：劉淑芬，楊聲海，陳永明，明磊文檔來源：中南大學(xué)		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年06月06日
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第31卷第2期(總第122期)
2012年4月
濕法冶金
Hydrometallurgy of China
V01．31 No．2(Sum．122)
Apr．2012
從高爐瓦斯泥中濕法回收鋅的新工藝(I)：
廢酸浸出及中和除鐵
劉淑芬，楊聲海，陳永明，明磊
(中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院，湖南長沙410083)
摘要：針對攀鋼高爐瓦斯泥含鋅高、不能直接返回?zé)Y(jié)配料的問題，提出了以該廠自有的鈦白廢酸作浸出劑，
采用低酸浸出一中和除鐵一萃取～電積工藝從瓦斯泥中回收金屬鋅。研究了鋅的浸出及浸出液除鐵過程。
結(jié)果表明：在廢酸用量855 L／t瓦斯泥，常溫、液固體積質(zhì)量比4：1、反應(yīng)時間2 h條件下，鋅平均浸出率為
97．94％，鐵平均浸出率在6．52％以下。對此浸出液進(jìn)行中和氧化沉鐵。在雙氧水用量為理論用量的1．3倍、
反應(yīng)溫度為50℃條件下，鐵、砷、銻共沉淀而被除去，鋅損失率在2．90％左右。
關(guān)鍵詞：高爐瓦斯泥；鈦白廢酸；鋅；浸出I沉鐵
中圖分類號：X756；TF813 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1009—2617(2012)02—0110—05
高爐瓦斯泥是煉鐵過程中隨高爐煤氣(瓦斯)
帶出的原料粉塵及高溫劇烈反應(yīng)而產(chǎn)生的微粒經(jīng)
濕法除塵而得到的產(chǎn)物L(fēng)l】。目前，針對高爐瓦斯
泥的研究較多，鋅的回收工藝也有多種，主要有物
理法和化學(xué)法。物理法主要包括磁選法和分級
法，其分離效率低，通常不單獨使用，只作為濕法浸
出或火法冶金的預(yù)處理工藝。濕法的根據(jù)是高爐
瓦斯泥中的鋅大部分以氧化鋅形式存在，易溶于酸
和堿，從而可通過酸法【2。3]和堿法[44]回收鋅。
針對攀鋼高爐瓦斯泥含鋅高的特點，以及攀
鋼鈦白粉廠采用硫酸法生產(chǎn)鈦白，每年產(chǎn)生大量
高濃度廢酸的現(xiàn)狀，提出了以鈦白廢酸作浸出劑，
先低酸浸出高爐瓦斯泥中的鋅，再經(jīng)過中和氧化
沉鐵，溶劑萃取分離富集鋅，反萃取后液除油、電
積得到高純度電鋅。
1 試驗原料
試驗所用原料為攀鋼煉鐵燃?xì)廛囬g收集的瓦
斯泥(高鋅輕灰)，主要成分見表1，其中鋅主要以
氧化鋅形式存在，鐵以Fe203和Fe。0。為主[6]。
試驗所用浸出劑為攀鋼硫酸法生產(chǎn)鈦白過程中產(chǎn)
生的鈦白廢酸，其主要成分見表2。
表1 瓦斯泥中主要元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)％
2 試驗原理及工藝流程
2．1 試驗原理
2．1．1 瓦斯泥的廢酸浸出
高爐瓦斯泥中的鋅主要以氧化鋅形式存在，
易溶于酸性介質(zhì)，其他雜質(zhì)如銅、鎳、鎘、鈷、砷和
銻等也進(jìn)入浸出液。廢酸浸出高爐瓦斯泥的反應(yīng)
如下：
Zn04-H2S04一ZnS04 4-H20， (1)
Fe0+H2S04一FeS04+H20， (2)
F。203+3H2S04一Fe2(S04)3+3H20，(3)
M0+H2S04-一-MSO{+H20。(4)
式(4)中的M代表其他的2價金屬。
收稿日期：2011-08-01
作者簡介：劉淑芬(1987--)，女，江西宜春人．碩士研究生，主要研究方向為有色金屬濕法冶金。
通信作者：楊聲海(1969一)，男。湖南武岡人，博士，教授，主要研究方向為濕法暗金，精細(xì)冶金。E—mail：75894838@163．coIll。
萬方數(shù)據(jù)
第3l卷第2期劉淑芬等：從高爐瓦斯泥中濕法回收鋅的新T藝．1 ·111·
2．1．2 中和氧化沉鐵
浸出液中含有大量鐵，對后續(xù)溶劑萃取過程
不利。中和氧化沉鐵是將浸出液中的亞鐵氧化為
三價鐵使形成膠體沉淀分離，同時砷、銻、硅、鋁等
與鐵反應(yīng)被氫氧化鐵膠體吸附而被除去L7{]。具
體反應(yīng)如下：
2Fe2++H202+2H+—==2Fe3++2H20，(5)
Fe”+Asoi一一FeAsO‘， (6)
Fe3++Sboi一一FeSb04。(7)
2．2 綜合回收鋅工藝流程
針對攀鋼瓦斯泥含鋅高、自有鈦白廢酸濃度
高的特點，從瓦斯泥中回收鋅的工藝流程如圖1
所示。工藝基本沒有廢液排放，3個主要環(huán)路為
浸出與萃取之間的水溶液環(huán)路{溶劑萃取與反萃
取之間的環(huán)路；反萃取與電積之間的環(huán)路。
些
圖1 從瓦斯泥中回收鋅的工藝流程
3 試驗結(jié)果與討論
3．1 浸出
進(jìn)行單因素條件試驗，綜合考察廢酸用量、浸
出溫度、液固體積質(zhì)量比、反應(yīng)時間等因素對瓦斯
泥浸出的影響。
3．1．1 廢酸用量對瓦斯泥浸出的影響
控制溫度20℃，攪拌速度350 r／min，反應(yīng)時
間2 h，液固體積質(zhì)量比4：1，廢酸用量對鋅、鐵
浸出的影響試驗結(jié)果如圖2、3所示。
圈2 酸度對鋅、鐵浸出率的影響
圖3 酸度對浸出液中鐵質(zhì)■濃度的影響
土
星
丑
辮
從圖2、3看出：鋅浸出率隨酸度增加變化不
大；鐵浸出率隨酸度增加持續(xù)增大。隨著廢酸用量
增加，引入的二價鐵離子增加，給后續(xù)除鐵帶來負(fù)
擔(dān)。綜合考慮，選擇酸度為65 g／L(855 L／t瓦斯
泥)，此時浸出液pH=1．95，且過濾性能良好。
3．1．2 溫度對瓦斯泥浸出的影響
控制攪拌速度350 r／min，浸出劑酸度65 g／L，
液固體積質(zhì)量比4：1，浸出時間2 h，浸出溫度對
瓦斯泥浸出的影響試驗結(jié)果如圖4所示。
辭
鼉
丑
燃
圈4 浸出溫度對鋅、鐵浸出辜的影響
萬方數(shù)據(jù)
·112- 濕法冶金2012年4月
從圖4看出，浸出溫度對鋅、鐵浸出率影響不
大。但隨溫度升高，浸出液揮發(fā)嚴(yán)重，綜合考慮，
確定浸出在常溫下進(jìn)行。
3．1．3 液固體積質(zhì)量比對瓦斯泥浸出的影響
控制酸礦質(zhì)量比為0．26，常溫下浸出2 h，攪
拌速度為350 r／rain，液固體積質(zhì)量比對瓦斯泥浸
出的影響試驗結(jié)果如圖5、6所示。
霉
*
魯
酗
圖5 液固體積質(zhì)量比對鋅、鐵浸出率的影響
，
一
●
3
、a
壬
蜒鉬
崩
圈6 液固體積質(zhì)量比對浸出液中鋅、鐵質(zhì)量濃度的影響
可以看出：鋅浸出率在99％以上，而鐵浸出
率基本都在6％左右，液固體積質(zhì)量比的影響不
大，所以選擇液固體積質(zhì)量比以4：1為最佳條
件。考慮循環(huán)試驗時萃余液殘留部分鋅，為使循
環(huán)過程維持穩(wěn)定，循環(huán)試驗時液固體積質(zhì)量比選
擇為5：1。
3．1．4 浸出時間對瓦斯泥浸出的影響
在浸出劑酸度65 g／L、液固體積質(zhì)量比4；1、
常溫、攪拌速度350 r／re_in條件下，考察反應(yīng)時間對
瓦斯泥浸出的影響，試驗結(jié)果如圖7所示?？梢钥?
出：浸出開始階段，鋅浸出率稍有下降，但浸出1．5
h以后變化不大。這可能是浸出開始階段硫酸濃
度較高，鋅浸出較完全，但是鐵質(zhì)量濃度相對增大，
對鋅的吸附增強(qiáng)，使鋅浸出率有下降趨勢；隨反應(yīng)
的進(jìn)行，鋅繼續(xù)浸出而鐵基本不被浸出，所以鋅浸
出率又有所回升且穩(wěn)定?？紤]擴(kuò)大試驗中其他因
素的影響，確定最佳浸出時問為2 h。
圈7 浸出時間對鋅、鐵浸出率的影響
3．1．5 綜合試驗
依據(jù)以上試驗選取的最佳浸出條件：酸度65
g／L，常溫，液固體積質(zhì)量比4；1，反應(yīng)時間2 h，
進(jìn)行4次綜合條件試驗，每次體積為2．0 L，得到
鋅平均浸出率為97．94％，而鐵平均浸出率為
6．52％，渣中鋅平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．39％。
3．2 中和氧化沉鐵
在最優(yōu)條件下進(jìn)行綜合試驗，所得浸出液平
均組成為：Zn 33．88 g／L，F(xiàn)e 8．4 g／L，F(xiàn)e抖5．4
g／L。此時浸出液鋅質(zhì)量濃度較低不能直接用于
電解，需要進(jìn)一步富集。本工藝在后續(xù)采用P204
萃取鋅。由于P204對鐵的萃取優(yōu)于對鋅的萃取，
而在反萃取過程中鐵很難被反萃取(需要用5～6
mol／L的HClL朝)，故需在萃取之前進(jìn)行除鐵。
從酸性溶液中除鐵的方法主要有：中和氧化法、
黃鉀鐵礬法、赤鐵礦法以及針鐵礦法等凹]。試驗得
到的浸出液中鐵質(zhì)量濃度在8 g／L左右(其中Fe2十
質(zhì)量濃度5∥L左右)，可以采取中和氧化法除鐵。
3．2．1 氧化劑用■對鐵去除率的影響
取酸性浸出液800 mL，用石灰石調(diào)節(jié)pH在
3．5～4．5范圍內(nèi)，控制攪拌速度為250 r／rain，常
溫下反應(yīng)0．5 h，分別移取不同量的雙氧水插入
溶液底部，考察雙氧水用量對中和氧化沉鐵的影
響，試驗結(jié)果如圖8所示。可以看出，雙氧水用量
為理論用量的1．3倍時，鐵去除率接近100％。
一
*
弗
籩
圖S 雙氧水用■對除鐵率的影響
朽∞：2如於∞”m
5
萬方數(shù)據(jù)
第31卷第2期劉淑芬等：從高爐瓦斯泥中濕法回收鋅的新工藝．1 ·113·
3．2．2 溫度對鐵去除率的影響
除鐵過程中易生成氫氧化鐵膠體，使過濾速度
減慢；同時易吸附一部分鋅。造成鋅損失超過10％。
取200 mL除鐵后液于2 L燒杯中，用蠕動泵
緩慢加入酸浸液1．5 L，控制加入速度為37．5
mL／min，緩慢加入1．3倍雙氧水，用石灰石維持溶
液pH在3．5～4．5之間，反應(yīng)0．5 h，加入適量絮
凝劑，過濾，測定濾液中鋅的質(zhì)量濃度?？疾鞙囟葘?
除鐵過程中鋅損失的影響。試驗結(jié)果如圖9所示。
圖9 溫廈對鋅損失翠的影響
從圖9看出；隨溫度升高，鋅損失率逐漸降
低；到溫度為60℃時，鋅損失率降到0．73％。綜
合考慮能耗及后續(xù)溶劑萃取對溫度的要求，選擇
最佳沉鐵溫度為50℃左右，此時鋅損失率僅為
2．90％。
4 結(jié)論
用鈦白廢酸浸出瓦斯泥，酸度維持在65 g／L
(855 L廢酸／t瓦斯泥)。常溫下控制液固體積質(zhì)
量比為4：1，反應(yīng)時間2 h，可以使瓦斯泥中
97．94％的鋅得到浸出，而鐵平均浸出率為6．52％
浸出液中鐵質(zhì)量濃度為8 g／L左右，其中Fe抖質(zhì)
量濃度約5 g／L，浸出渣中鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0．39％
左右，浸出效果較好。浸出液中的鐵可以采用中
和氧化法去除。以雙氧水為氧化劑，雙氧水用量
為理論用最的1．3倍，在50℃左右氧化除鐵，結(jié)
果鋅損失率在2．90％左右，而鐵基本上被去除。
該工藝可以實現(xiàn)以廢治廢、綜合回收鋅，同時解決
了鈦白廢酸處理難的問題，具有較高的經(jīng)濟(jì)價值
和環(huán)境效益。
參考文獻(xiàn)：
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A New Process for Recovering of Zinc From Blast Furnace Sludge(I)：
Leaching Using Waste Acid and Removal of Iron by Neutralization
LIU Shu-fen，YANG Sheng—hai，CHEN Yong—ruing，MING Lei
(School of Metallurgical Science and Engineering，Central South University，
Changsha 410083。China)
Abstract：Blast furnace sludge of Pangang Group Company contains a lot of zinc and carl not be
returned directly tO sinter as arl ingredient．A new process including low—acid leaching with waste acid
from titanium dioxide plant，iron precipitation，solvent extraction and electrowinning stages tO recover
嘲
嘲
嘲
嘲
舊
忉
嘲
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4
2
O
S
6
4
2
O
t＼礙水輾啦
萬方數(shù)據(jù)
·114· 濕法冶金2012年4月
zinc is proposed．This article presented the stages of leaching and iron precipitation．Under the
optimum leaching conditions，the waste acid amount of 855 L／t，liquid—solid ratio of 4 l 1，room
temperature，reaction time of 2 h，the average lcaching percentage of zinc is 97．94％and the iron
leaching percentage is 6。52％．The optimal process
conditions of iron precipitation are the irlass ratio of
1．3 for hydrogen peroxide tO Fe”．reaction temperature of 50℃．Under the optimal process
conditions of iron precipitation，the loss percentage of zinc is about 2．90％．
Key WOldS：blast furnace sludge；titanium white waste acid；leaching；deironing；zinc；recovery
{·}{·H·H哇_{·H·H·H·H·H·H·H·H·H·H·H·}{·H·}{·H·H·}÷H·H·}÷H-H．H·}÷H-H·H．H·H·H．}÷H·H·}+H·}+H·}+H·H·H·H-}
《有色金屬行業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》發(fā)布
工業(yè)和信息化部印發(fā)有色行業(yè)“十二五”規(guī)劃，嚴(yán)控過剩電解鋁產(chǎn)能，逐步推進(jìn)部分城市有色企業(yè)轉(zhuǎn)
型或環(huán)保搬遷。
工信部2012年1月31日發(fā)布的《有色金屬工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》提出，“十二五”期間，有色金屬
工業(yè)增加值年均增速達(dá)到10％，單位工業(yè)增加值能耗降低18％，單位工業(yè)增加值二氧化碳排放量降低
18％。
工信部有關(guān)負(fù)責(zé)人指出，“十一五”期同，我國有色金屬工業(yè)在優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局上取得了一定進(jìn)步。部
分冶煉產(chǎn)能已開始逐步向資源能源豐富的地區(qū)轉(zhuǎn)移，2010年西部地區(qū)電解鋁產(chǎn)量占全國比重達(dá)到
51％，鋅產(chǎn)量占56％，鍰產(chǎn)量占50％，分別比2005年上升5個百分點、2個百分點、32個百分點。但隨
著生產(chǎn)要素的變化，部分產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)布局亟待優(yōu)化。電解鋁、鎂冶煉等產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，2010年開工率分別
只有70％、60％。
因此，《規(guī)劃》明確“十二五”期間有色金屬行業(yè)布局調(diào)整要統(tǒng)籌規(guī)劃，堅持上大與壓小相結(jié)合，淘汰
落后與新上項目相結(jié)合的原則；嚴(yán)格控制資源、能源、環(huán)境容量不具備條件地區(qū)的有色金屬冶煉產(chǎn)能；在
控制總量的前提下，積極引導(dǎo)能源短缺地區(qū)電解鋁及鍰冶煉產(chǎn)能向能源資源豐富的西部地區(qū)有序轉(zhuǎn)移；
逐步推進(jìn)部分城市有色企業(yè)轉(zhuǎn)型或環(huán)保搬遷。
節(jié)能減排是有色金屬工業(yè)“十二五”裳閱的另一重點任務(wù)。有關(guān)負(fù)責(zé)人指出，2010年，有色金屬行
業(yè)能耗占全國能源消耗的2．8％，但工業(yè)增加值只占全國的1．99％。其中，電解鋁行業(yè)的電力消費占有
色金屬工業(yè)電力消費總量的80％，占全國電力消費的5％。
《規(guī)劃》提出，“十二五”有色金屬行業(yè)節(jié)能減排的具體任務(wù)是采用先進(jìn)適用技術(shù)，對現(xiàn)有生產(chǎn)能力進(jìn)
行技術(shù)改造，提高產(chǎn)業(yè)技術(shù)裝備水平，淘汰落后，增加品種，改善質(zhì)量，降低物耗、水耗和能耗等?！兑?guī)劃》
提出，到2015年，力爭完成1 500萬t及以上電解鋁技術(shù)改造，電解鋁直流電耗降到12 500 kWh／t以
下，年節(jié)約電力100億kWh。銅冶煉、電解鋁、鉛冶煉、鈦冶煉等主要行業(yè)技術(shù)指標(biāo)居世界領(lǐng)先。
此外，為將電解鋁控制總量放在突出位置，更有針對性和可操作性地指導(dǎo)鋁行業(yè)發(fā)展，工信部特編制了
一部專項規(guī)劃——《鋁工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)戔lJ》?！兑?guī)劃》明確提出，“十二五”期問，我國電解鋁工業(yè)發(fā)展
定位于滿足國內(nèi)市場需要，實施總量控制，不鼓勵初級產(chǎn)品出口；要大力發(fā)展精深加工產(chǎn)品；大力推進(jìn)鋁
工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，到2015年，再生鋁達(dá)到580萬t／a。
[引自人民網(wǎng)，2012一01—313

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