专利名称：含钴渣的处理方法
技术领域：
本发明属于化工与冶金领域，涉及到渣的处理方法，尤其是含钴渣的处理方法。
背景技术：
渣是冶金和化工工业中的主要固体排放物，它至少造成三个方面的问题(1)占用土地。据估计，我国仅铜镍冶炼厂每年要产生近300万吨炉渣，还有陈年堆存积累的炉渣在1500万吨以上。供其堆存的渣场需占用大量土地。(2)污染环境。炉渣中含有重金属和其他有毒元素，在堆存过程中受各种气候条件的侵蚀，会逐渐溶解进入环境，不断污染水体和土壤。(3)浪费资源。渣中常含有各种金属元素，尤其冶金渣数量巨大，是金属冶炼损失的主要形式。一些价值较高的战略金属如钴等，在火法冶炼时相当大的部分会进入渣相，例如进入闪速炉渣或转炉渣。如不处理回收，则最终都随弃渣损失。因此，渣的处理和利用，既有明显的经济意义，又有重要的环境意义。
现在工业上采用的或开发中的含钴渣的处理方法主要有两类(Norbert L.Piret，JOM，Vol.54，No 10，1998，p.42)一类是用各种火法冶金方法，包括直接返回熔炼或另用各种冶金炉在硫化剂和还原剂存在下单独进行渣的熔炼，使渣中金属转化为元素状态或其硫化物，形成锍而与渣分离。这类方法一是存在二氧化硫污染问题，而且那些性质与铁相近的元素如钴等容易再次进入渣中而回收率不高，同时将得到的锍浸出提取金属时还需再加还原剂。第二类是将炉渣硫酸化焙烧，通常用黄铁矿、各种硫酸盐乃至硫酸等作为硫的来源，将其中的重金属转化为硫酸盐然后用热水或弱酸浸出。这类方法同样存在二氧化硫污染问题，而且还需焙烧炉等设备的投资。浮选法也可用于处理冶金炉渣，但它只适于回收在渣中呈硫化物存在的元素如铜和锌等，而不能回收容易进入铁酸盐或硅铁酸盐的元素如钴和镍等元素。此外，也曾试验过用稀硫酸直接常压浸出(Anand S.et al.，Trans.IIM，33，1980，p.77)，但需要的浸出时间长，金属回收率不高，而且由于有硅胶生成，浸出矿浆难以过滤。在高压釜中用稀硫酸氧压浸出(Anand S.et al.，Hydrometallurgy，10，1982，p.305)虽然对浸出率有所改善，但高压釜的使用要求相应的设备投资，操作难度也高，此外，用高压釜来处理含钴品位低的渣也不经济。
发明内容
本发明的目的在于为了克服上述渣处理方法中存在的二氧化硫污染、金属回收率低和形成硅胶而难于过滤等问题，提供一种能充分回收渣中的钴、铜、锌和铁等有价组分的有效、经济且对环境友好的渣处理方法。
本发明提供的渣的处理方法，该方法包括将渣和水混合均匀制成浆料，然后将浓硫酸加入到浆料中并混合至均匀，所得到的硫酸-水-渣混合物放置进行熟化。
采用本发明的方法处理渣，渣通常先磨成粉体，粒度最好小于0.15mm，使渣便于处理和利于渣与反应物充分接触。
在本发明方法中，首先将渣和水混合均匀制成浆料，其中水与渣中铁含量的质量比为(0.2-10)∶1；然后将浓硫酸，最好是采用未稀释过的浓硫酸，加入到上述制成的浆料中并拌和均匀，硫酸的用量为渣中每含一吨铁加硫酸0.5-5吨。
在此拌酸阶段，硫酸-水的混合物与渣迅速发生剧烈反应，使渣中主要矿物尤其是铁矿物和硅酸盐分解，矿物晶格中的钴、镍、锌等组分转化成水溶性硫酸盐。同时放出大量的热提供反应需要的温度和蒸发出多余的水分，并使二氧化硅部分脱水。
将上述得到的硫酸-水-渣的混合物保持在大约50℃至250℃之间0.5h至8h，使渣中的矿物分解更充分，以提高金属的浸出率，同时使二氧化硅进一步脱水，有利于浸出后的固液分离。
采用本发明方法处理渣最后所得到的物料，可以进一步用水或稀酸溶液浸出其中的铜、钴、锌、铁等，浸出的液固比、温度和时间随被处理的渣的成份和性质的不同可在很大范围内变动，液固比一般可在1-10，浸出温度在20-100℃，浸出时间从10min至5h。浸出后所得到的浸出液可以用任何已知的固液分离方法使之与不溶的浸出渣分离，可供选择的固液分离方法包括沉降、浓密和过滤，其中以硅化合物为主的浸出渣可以用作建筑材料，也可安全排放；浸出液中的铜、钴、镍、锌、铁等可以用任何已知的技术回收。
本发明方法尤其适用于含钴渣的处理，因为在向浆料中加入浓硫酸和放置进行熟化过程中，硫酸-水-炉渣混合物发生反应，其中的钴、镍、铜、锌、铁等金属转化为水溶性形式，可通过水溶液浸出而与未反应的残渣分离。
本发明提供的渣的处理方法为能充分回收渣中的钴、铜、镍、锌和铁等有价组分的有效、经济且对环境友好的含钴渣处理方法，用价廉而供应充足的化学品在简易设备中及简单操作条件下将渣中的有价组分转化为易溶于水的形式，再用水浸出并用各种已知的技术回收。整个过程不使用造价高的设备，不产生妨碍过滤的胶态硅，产生的浸渣主要由二氧化硅组成，可以用作建筑材料。
具体实施例方式
下面的实施例只是用来具体地说明本发明，本发明并不局限于这些实施例。
实施例1一种含钴冶金炉渣，其化学组成(重量百分比)如表1。
表1元素 Co Cu Fe Zn SiO2Al2O3MgOS CaO含量％0.44 2.33 51.04 4.03 24.86 1.53 0.62 0.54 0.10将炉渣磨至全部通过200目标准筛，取20g磨细的炉渣置于150mL烧杯中，加入25mL水，充分搅拌混合，然后边搅拌边迅速加入15mL市售93％硫酸。此时立即发生剧烈反应，并伴随大量放热，温度瞬间升高至沸。将此硫酸-水-渣混合物保持温度在75℃以上6h，然后加水至液固比5∶1浸出。浸出温度85℃，浸出时间3h。浸出后的浆料过滤，滤液和滤渣分别分析其化学组成，并据此分析结果计算浸出率如下Co 93.62％，Cu 87.23％，Zn 85.66％，Fe 76.28％。
实施例2一种镍转炉渣，其化学组成如表2。
表2(重量百分比)元素CoNiFe CuSiO2Al2O3MgOS CaO含量％ 0.89 2.05 46.33 0.40 31.02 0.90 2.21 0.28 0.37将炉渣磨至-200目≥60％，取1000g磨细的炉渣置于10000mL烧杯中，加入1000mL水，充分搅拌混合，然后边搅拌边加入600mL市售95％硫酸。将此硫酸-水-渣混合物保持温度在150℃以上2h，然后加水至液固比4∶1浸出。浸出温度85℃，浸出时间1h。浸出率分别为Co 94.43％，Ni 89.36％，Cu 82.56％，Fe 77.68％。
权利要求
1.一种渣的处理方法，其特征是该方法包括将渣和水混合均匀制成浆料，然后将浓硫酸加入到浆料中并混合至均匀，所得到的硫酸-水-渣混合物放置进行熟化。
2.如权利要求1所述的处理方法，其特征是所述水和渣的用量为，水与渣中铁含量的质量比为(0.2-10)∶1。
3.如权利要求1所述的处理方法，其特征是所述浓硫酸的用量为，硫酸与渣中铁含量的质量比为(0.5-5)∶1。
4.如权利要求1所述的处理方法，其特征是所述硫酸-水-渣混合物放置进行熟化的温度为50℃至250℃之间。
5.如权利要求1所述的处理方法，其特征是所述硫酸-水-渣混合物放置进行熟化的时间为0.5h至8h。
6.如权利要求1所述的处理方法，其特征是所述渣为含钴的渣。
7.如权利要求1或6所述的处理方法，其特征是所述渣是粒度不大于0.15mm的渣。
全文摘要
本发明属于化工与冶金领域，涉及到渣的处理方法，尤其是含钴渣的处理方法。本发明的方法包括将渣和水混合均匀制成浆料，然后将浓硫酸加入到浆料中并混合至均匀，所得到的硫酸－水－渣混合物放置进行熟化。本发明的方法为能充分回收渣中的钴、铜、镍、锌和铁等有价组分的有效、经济且对环境友好的含钴渣处理方法，用价廉而供应充足的化学品在简易设备中及简单操作条件下将渣中的有价组分转化为易溶于水的形式，再用水浸出并用各种已知的技术回收；整个过程不使用造价高的设备，不产生妨碍过滤的胶态硅，产生的浸渣主要由二氧化硅组成，可以用作建筑材料。
文档编号C22B3/08GK1510151SQ0215874
公开日2004年7月7日 申请日期2002年12月26日 优先权日2002年12月26日
发明者彤 邓, 邓彤, 凌云汉 申请人:中国科学院过程工程研究所