专利名称：：锌浸出残渣中有价金属的分离的制作方法
技术领域：
：本发明涉及在载铁的锌浸出残渣中、特别是在中性和弱酸浸出残渣中分离金属。
背景技术：
：闪锌矿是不纯的ZnS矿，是生产Zn的主要原料。通常的工业实施包括氧化煅烧步骤，产生ZnO与杂质的硫酸盐或氧化物一起的ZnO。在后续步骤中，通过在中性条件或弱酸性条件下浸出，将煅烧的闪锌矿中的ZnO引入到溶液中，从而产生Zn贫化的残渣，在本说明书中分别称为中性浸出残渣和弱酸浸出残渣。这些残渣通常含有210重量％S、多达30重量％的Zn、35重量％Fe、7重量％Pb和7重量％Si02。但是，在煅烧期间，部分Zn与闪锌矿中存在的典型杂质Fe反应，并形成相对不溶性铁酸锌。因此，除硫酸铅、硫酸钙和其它杂质外，浸出残渣含有相当大分数的铁酸盐形式的Zn。根据本实施，从铁酸盐回收Zn需要使用50200g/lH2S04的高酸浓度进行特定的湿法冶金残渣处理。该酸性处理的缺点是，除Zn外，溶解几乎所有的Fe还有其它杂质如As、Cu、Cd、Ni、Co、Tl、Sb。由于甚至低浓度的这些元素也干扰Zn的后续电解提炼，所以必须将它们从硫酸锌溶液中去除。尽管Cu、Cd、Co、Ni和Tl可通过加入Zn粉沉淀，但是Fe通常通过水解作为赤铁矿、黄钾铁矾或针铁矿废弃。由于冲失重金属的危险，所以这些载Fe的残渣必须在良好受控的填埋场处理掉。但是，这些残渣填埋受到严重的环境压力，使该方法的可持续性可被质疑。上述处理的另一个缺点是载Fe的残渣中的金属如In、Ge、Ag和Zn的损失。负载铁酸盐的残渣的备选处理使用Waelz回转窑应用在一些工厂中，产生炉渣和含有Zn和Pb的烟尘。该过程描述在IronandsteelEngineervol.73,No.4，第87-90页的G.Strohmeier禾口J.Bonestell的"SteelworksresiduesandtheWaelzkilntreatmentofelectricarcfurnacedust"中。在Waelz回转窑中，锌以铁酸盐和硫酸盐形式进入，在用燃烧焦炭产生的CO还原之后汽化。在窑的铁还原成金属的反应区中，常常发生过度加热问题。在这些情况下，窑中的装料熔化并形成炉结，这主要是由于形成熔点约为118(TC的共晶体2FeO.Si02-FeO。FeO的溶解进一步降低了熔点，并通过与在较早阶段中由硫酸锌还原的硫化锌组合，形成固体硬壳。在约115(TC下作为熔融金属相形成的、由碳化铁组成的大球的形成，进一步阻碍了炉旋转。这再次导致在该炉的较早阶段中由还原的铁酸锌形成的ZnO和氧化铁的还原降低。过度加热加速了窑中衬砖的损耗。为了限制过加热的危险，通过将CaO/Si02比设定为0.81.8的值，必须密切监测用料中的CaO/Si02比。尽管已经描述了许多Zn烟化方法，但是，近年来的文献集中在含Zn的Fe次级残渣如EAF粉尘的处理上。在这方面，Waelz回转窑非常适合，但是它的生产率仍然受到对过度加热的敏感性的阻碍。在WO2005-005674中公开了一种从负载锌的残渣分离和回收非铁金属的方法。该方法包括如下步骤使残渣经历直接还原步骤，提取负载Zn和Pb的烟尘，和使得到的负载金属Fe的相经历氧化熔炼步骤。直接还原在多膛炉中进行，于U0(TC下于还原区操作。使用这样的还原炉的一个缺点是还原动力学受温度限制。但是，在多膛炉中不能达到IIOO'C以上的温度。JP2004-107748描述了一种在转底炉中高达1250。C的还原温度下，处理锌浸出残渣的方法。燃烧器空气比设定在限定的范围内。在US5,906,671中，Zn工厂浸出残渣与氧化铝和二氧化硅的碱土和碱金属复合物以及还原剂一起聚集之后，在旋转窑中高达1150'C的温度下处理。在US5,667,553中，以与EAF粉尘相同的方式，在还原炉中热处理锌电解提炼的中性浸出残渣副产物。
发明内容本发明的目的是提供一种载Fe的锌浸出残渣中含有的金属的分离方法，该方法不具有上述缺点。该方法包括如下步骤制备除Zn浸出残渣外还含有至少5重量％碳和210重量％S的聚集体；在固定床中于1250'C以上的温度下烟化所述聚集体，从而产生还原的载Fe相和载Zn的烟尘；和提取所述的载Zn的烟尘。在制备聚集体之前，应优选将Zn浸出残渣干燥至小于12重量％H20或甚至小于5重量％H20的水份含量。优选聚集体中碳含量小于15重量％，同样，CaO当量小于10重量％或甚至小于15重量％。以质量球团强度表示，球团的强度应优选为至少5kg或甚至10kg。这种方式避免了粉尘携带和在高加工温度下更好地防止了装料的熔融。烟化应在含有一氧化碳的气氛中在至少1300'C的温度下有利地进行。该方法理想地适合处理中性或弱酸性Zn浸出残渣。本发明的方法可以在转底炉中进行；可以任选接着进行还原的载Fe相的熔化并氧化处理。因此，可能需要将载S的组分加到残渣中，以便使它的总S含量达到需要的范围。在这种情况中石膏是典型的添加剂。在这种情况中也可预计使用富S的碳源。如下面的实施例所显示的，用料的高S含量可以允许相对高的操作温度而不产生熔融相。因此，在炉子的排放口没有形成炉结的危险。高温确保了快速还原和烟化动力学，这允许使用紧凑型技术如固定床炉。这种类型的炉子更加保持了聚集体的完整性，大幅避免了粉尘的产生和限制了烟尘的随后污染。实施例1下列实施例说明了在煅烧并随后浸出的闪锌矿中含有的不同的非铁金属的分离。将主要由铁酸锌(ZnO.Fe203)、硫酸铅(PbS04)、硫酸钙(CaS04)、硫酸锌(ZnS04)和像CaO、Si02、MgO、A1203、Cu20、SnO的杂质组成的约1000g弱酸浸出(WAL)残渣干燥至低于5重量％H20的水份含量，与15重量％的CaO或等当量的石膏和25重量％纯度〉85%C的PET焦炭混合。该混合物通过在2个水力辊之间在20kN/cm2的压力挤压下将它压縮成煤饼，产生光亮的硬煤饼，具有20kg的质量球团强度。在感应炉中进行烟化步骤，以模拟在转底炉中发生的过程。使用具有最大功率15kW和2000Hz频率的InduthermMU-3000炉。炉内直径为180mm，携带煤饼的石墨坩锅具有140mm的内径。以坩锅表面覆盖单层材料的方式，将约400g煤饼放在清洁的石墨坩锅底部。然后将坩锅放在感应炉中，在煤饼之间安装不触及坩锅底的检测热电偶。用耐火板覆盖坩锅。在坩锅上方二次燃烧烟化的金属，以烟灰的形式捕获在过滤器中。如用安装在煤饼之间的Pt/PtRh10热电偶所测定，反应器和材料被加热到1300°C。直至600°C，加热在2001/h气体流速的保护N2气氛下进行。从60CTC到1300°C，以2001/h流速将CO注入柑锅中。在达到130(TC后30分钟之后取出样品。这些样品在液体N2中淬灭，停止所有反应并冷冻该矿物。在表1中给出用料和产物的组成。产物的元素分布显示在表2中。表l:用料和产物的组成<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>从煤饼烟化出，而Fe、Cu、As和F浓縮在还原的残渣中。从随后用湿法冶金方法处理烟尘的角度看，对As和F的良好选择性特别有意义。实施例2该实施例说明了煤饼中S的关键作用，因为它在不损失选择性下，避免了材料在煅烧过程期间的软化和熔化。使用包含具有5重量％Si02的铁酸锌的合成的无S锌浸出残渣和下列成分制备两种混合物15重量。/。CaO和25重量。/。磨细的焦炭(混合物l);36.7重量％石膏和25重量％磨细的焦炭(混合物2)。将两种混合物压制成煤饼，根据实施例1的程序烟化。对应混合物1的煤饼仅含有约0.3重量％S，出现熔化，表示形成了像2FeO.Si02的低熔化相。但是，对应混合物2的煤饼，含有约6.5重量。/。S，受惠于存在足够量的S而没有表现出任何这样相的形成。权利要求1.一种在载Fe的锌浸出残渣中分离有价金属的方法，包括如下步骤制备除Zn浸出残渣外还含有至少5重量％碳和2～10重量％S的聚集体；在固定床中1250℃以上的温度下烟化所述聚集体，从而产生还原的载Fe相和载Zn的烟尘；和提取所述载Zn的烟尘。2.如权利要求l所述的方法，进一步包括步骤在制备聚集体的步骤之前，将Zn浸出残渣干燥至小于12重量％H20并优选小于5重量％1120的水份含量。3.如权利要求1或2所述的方法，特征在于所述聚集体包含小于15重量％的碳。4.如权利要求13中任一项所述的方法，特征在于所述聚集体进一步包含Ca化合物，从而所述化合物在所述聚集体中提供至少10重量％和优选至少15重量％的CaO当量。5.如权利要求14中任一项所述的方法，特征在于所述聚集体是具有至少5kg质量球团强度的球团，并优选具有至少IOkg质量球团强度的煤饼。6.如权利要求15中任一项所述的方法，特征在于所述烟化温度为至少130(TC。7.如权利要求16中任一项所述的方法，特征在于所述烟化在含有一氧化碳的气氛中进行。8.如权利要求17中任一项所述的方法，特征在于所述Zn浸出残渣是中性或弱酸性Zn浸出残渣。9.如权利要求18中任一项所述的方法，特征在于所述烟化步骤在转底炉中进行。10.如权利要求19中任一项所述的方法，进一步包括使还原的载Fe相经历氧化熔炼步骤的步骤。全文摘要本发明涉及载铁的锌浸出残渣中、特别是中性和弱酸浸出残渣中金属的分离。所述方法包括如下步骤制备除Zn浸出残渣外还含有至少5重量％碳和2～10重量％S的聚集体；在固定床中1250℃以上的温度下烟化所述聚集体，从而产生还原的载Fe相和载Zn的烟尘；和提取所述载Zn的烟尘。用料的高S含量允许相对高的操作温度而不产生熔化相。这确保了快速还原和烟化动力学，并允许使用紧凑型技术，如固定床炉。文档编号C22B7/00GK101341265SQ200680020900公开日2009年1月7日申请日期2006年5月11日优先权日2005年6月13日发明者乔纳森·阿尔茨,查尔斯·格南,毛里茨·范坎帕申请人:尤米科尔公司