一种超声波-微波联合氨法浸出高炉瓦斯灰的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种超声波-微波联合氨法浸出高炉瓦斯灰的方法和装置，属于非常规冶金技术领域。
【背景技术】
[0002]我国虽然蕴藏有一定的锌矿产资源，但由于部分矿石性质复杂，交通不便或开采困难，因此经济可利用的储量并不丰富，远不能满足经济发展需求。近年来随着改革开放的不断深入，国民经济稳步增长，国家对基础设施的投资也在不断加大。原材料消费水平日益提高，带动了我国锌工业快速发展，产业规模不断扩大，我国已经成为世界主要锌生产国和消费国。锌冶炼企业产能的不断扩张，导致对锌精矿的需求量猛增。国内锌精矿资源储量急剧下降，我国东部地区锌矿产资源已接近枯竭，东北华北地区的一些矿山陆续关闭，华南地区储量明显减少。
[0003]由于国内锌精矿资源已经不能满足冶炼需要，锌精矿进口量不断增加。据统计2000年一2009年我国锌冶炼能力年均递增12.3%，2009年为595万吨，而锌精矿产能年均递增11.5%，2009年为386万吨。目前，我国锌精矿对外依存度已超过50%，原料对外依存度不断上升，导致我国锌工业的整体竞争力出现下降趋势，在全球竞争中处于被动地位，这种趋势不会在短时间内得到有效解决。因此国内很多厂家加强了对氧化锌烟尘等锌二次资源的综合利用，以缓解面临的原料紧缺难题。
[0004]高炉瓦斯灰是随高炉煤气一起排出的粉尘，其总量约是铁产量的1%?3%，一个重型钢铁厂，每年排放出的瓦斯灰烟尘有近万吨之多，由于这些烟尘成分比较复杂，粒径又比较细，大多数厂家都是用文氏管水冲入泥浆池，经过沉淀，再将沉淀挖出在厂外购地掩埋，为此，厂方每年都需花费大量的人力和财力去处理这类烟尘。另外，钢铁厂炼钢转炉(或电炉)每天也要向外排出大量的烟尘，在这些烟尘中含有可浸出的锡、镍、铅、锌、铜等重金属元素，对周围环境有一定程度的污染，因此，厂方也要对这类烟尘进行处理，由于这类烟尘成份更为复杂，质地更细，给处理工作带来了一定的困难。经研宄发现，钢铁厂在炼钢、炼铁过程中所产生的烟尘都含有很高比例的锌，因此出现了处理含锌矿物或各种工业副产品的含锌物料的诸多方法。
[0005]目前钢铁厂含锌粉尘处理工艺较多，但都存在未解决的问题。其中回转窑挥发法是含锌废料处理最传统的方法。
[0006]专利CN104532007A公开的“一种烧结机头电场除尘灰与高炉瓦斯灰综合利用的方法”，该方法将混合料用回转窑焙烧进行还原挥发，还原后的含铁物料再回收返回铁矿石烧结使用，混合料中的锌、钾、铅以气态氧化物的形态富集，由回转窑除尘系统收集，回转窑最高温度为1150°C，回转窑焙烧时间为8小时。
[0007]专利申请201410330341.5公开的“含铁锌粉尘回收利用工艺”(公开号为CN104073649A)，其方法:将干燥后的含铁锌粉尘与煤粉和粘结剂混合，造球机造球，得到生球；将生球送入竖炉，升温至1100?1300°C，被还原的锌在高温下成为锌蒸汽随煤气一起排出竖炉，进入两级除尘器；除尘器所得除尘泥进入沉淀池过滤、沉淀、稠化、干燥得到锌粉。
[0008]专利申请201210369145.X公开的“利用回转窑回收锌的方法及其装置”(公开号为CN102899505A)，其方法中采用高炉灰、电炉灰、瓦斯泥与无烟煤进行混合配料，在800°C?1050°C下高温燃烧使锌气化，在离心风机作用下气化锌进入沉降室与烟尘灰尘分离，并通过表冷器作降温处理，在此过程中气化锌与氧气接触制备氧化锌。
[0009]专利申请201110444928.5公开的“一种从含锌固体废料中回收有价金属的方法”，该方法将原料按照配比混合均匀，然后输入到回转窑中，鼓风加温，其中鼓风达到8000Hz，引风控制在40-50HZ，高温区温度控制在1300°C左右，窑速控制在30_45Hz，窑尾温度控制在500-600°C以下，表冷管和脉冲收尘，即得次氧化锌。
[0010]上述传统处理方法均属火法处理回收锌，其入炉料发热值都要求高、国内目前大部分企业入炉料发热值较高，作业率低，窑衬寿命短、综合耗能高、处理量小，投资大，焦炭消耗率大，尾渣含锌、炭高等能耗高，特别是对处置利用低品位物料时在经济上可行性差。另外，采用长回转窑处理混合球团或粉尘，若要直接回收粉尘中的锌则需采用二段回转窑，含锌蒸汽进入第二个回转窑进行再处理，设备庞大，效率低，容易产生结圈现象。
[0011]因此，如何经济有效的高效利用难处理矿产资源和选冶废弃物，是当下急需解决的问题。
【发明内容】
[0012]针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种超声波-微波联合氨法浸出高炉瓦斯灰的方法和装置。该方法采用非常规冶金强化手段(微波冶金及超声波冶金)强化氨法浸出高炉瓦斯灰，以达到快速、高效浸出高炉瓦斯灰中锌的目的，而其他杂质不溶解，本发明通过以下技术方案实现。
[0013]一种超声波-微波联合氨法浸出高炉瓦斯灰的方法，其具体步骤包括:用纯水配制碱性配合混合物，使配合混合物中的氨水浓度为1.5?5mol/L、乙酸钱浓度为1.5?5mol/L，搅拌均匀后形成配位浸出剂，控制配位浸出剂中总氨浓度为3?lOmol/L，然后将高炉瓦斯灰和配位浸出剂按固液比1:1?10g/ml先后加入到反应容器内浸出，在相对密封状态下浸出过程控制微波输出功率为300?1200W，超声波输出功率为600?1800W，反应温度为25?60°C、搅拌速度为100r/min?600r/min、浸出时间为0.5h?1.0h，然后经过滤-洗涤后得到锌浸出液。
[0014]所述高炉瓦斯灰为炼铁高炉挥发产出的烟尘。
[0015]一种超声波-微波联合氨法浸出高炉瓦斯灰的装置，包括微波控制系统、超声波控制系统及浸出系统，微波控制系统主要由微波控制面板和微波反应腔体组成，微波控制面板包括表面设置的微波能启动旋钮1、微波功率调节旋钮2、多功能电压表3和温度显示仪表4，微波反应腔体包括腔体、排风孔道5、磁控管6、保温材料7和热电偶9，热电偶9通过导线与微波控制面板连接，保温材料7位于腔体内部，磁控管6位于腔体外部均匀分布，排风孔道5设置在磁控管6上并从磁控管6内部穿过；超声波控制系统主要由超声波控制面板和相互连接的超声波发生器组成，其中超声波控制面板包括表面设置的超声波运行警示灯19、超声波电源控制按钮20、超声波功率调节按钮22和超声波输出参数显示仪表23，超声波发生器依次连接换能器21、变幅杆25和超声波探头24，通过调节超声波控制面板，超声波依次经过换能器21、变幅杆25转换后从超声波探头24发出；浸出系统包括反应容器8、电动搅拌机10、机械搅拌数显控制器11、进料口 12、进料控制阀13、出料控制阀14、出料管道15、一级储料槽16、二级储料槽17和三级储料槽18，反应容器8置于微波反应腔体内部，底部与超声波探头24接触，电动搅拌机10和热电偶9插入反应容器8内部，电动搅拌机10与机械搅拌数显控制器11连接，反应容器8顶端设有带有进料控制阀13的进料口12，反应容器8底部设有带有出料控制阀14的出料管道15，出料管道15出口端依次连接一级储料槽16、二级储料槽17和三级储料槽18，一级储料槽16、二级储料槽17和三级储料槽18相互连通并其间设有滤层。
[0016]所述磁控管6表面的管道接口采用串联方式连接。
[0017]该超声波-微波联合氨法浸出高炉瓦斯灰的装置的使用方法为:称取一定量高炉瓦斯灰原料，与配位浸出剂先后从进料口 12装入浸出反应容器8，置于微波反应腔体以及超声波发生腔体内部，在反应容器8周围布上保温材料7，将连带有机械搅拌数显控制器11的电动搅拌机10置于反应容器8内，其中机械搅拌桨叶片需没入浸出液适当位置，将连接到微波控制系统的热电偶插入到反应容器内测定实时反应温度。检查装置连接并保证进料控制阀13及出料控制阀14处于关闭状态，开启微波能启动旋钮I及超声波电源控制按钮20并调节对应输出功率，保证微波设备及超声波设备正常运行，强化浸出一定时间，处理完成后切断微波及超声波电源，打开出料控制阀14，在搅拌作用下将浸出料液从出料管道15排出反应容器进入储料槽，得到浸出液，取上清液测定其锌含量。
[0018]本发明的有益效果是:采用超声波-微波联合氨法配体浸出高炉瓦斯灰的方法，利用微波选择性、均匀性等的快速加热方式以及超声波的空化作用伴随的其它效应，引起冲击波、微射流等对固体表层具有冲击破坏作用，有利于固体表面包覆物破裂、散落，不断形成锌反应界面，创造活性表面，强化传质效果，起到处理时间短、高效浸出高炉瓦斯灰中有价金属锌的目的，经超声波-微波联合氨法配体浸出高炉瓦斯灰，其锌浸出率大于87.4% ;本发明涉及的浸出装置操作简单方便，且可做多种变换，在冶金、化工等领域实用性广泛，适用性强，锌浸出率高，经济环保等优点。
【附图说明】
[0019]图1是本发明装置结构示意图。
[0020]图中:1_微波能启动旋钮，2-微波功率调节旋钮，3-多功能电压表，4-温度显示仪表，5-排风孔道，6-磁控管，7-保温材料，8-反应容器，9-热电偶，10-电动搅拌机，11-机械搅拌数显控制器，12-进料口，13-进料控制阀，14-出料控制阀，15-出料管道，16- 一级储料槽，17- 二级储料槽，18-三级储料槽，19-超声波运行警示灯，20-超声波电源控制按钮，21-换能器，22-超声波功率调节按钮，23-超声波输出参数显示仪表，24-超声波探头，25-变幅杆。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和【具体实施方式】，对本发明作进一步说明。
[0022]实施例1 该超声波-微波联合氨法浸出高炉瓦斯灰的方法，炉瓦斯灰为炼铁高炉挥发产出的一种烟尘，高炉瓦斯灰锌含量为21.67wt%，其具体步骤包括:用纯水配制碱性配合混合物，使配合混合物中的氨水浓度为1.5mol/L、乙酸铵浓度为1.5mol/L，搅拌均匀后形成配位浸出剂，控制配位浸出剂中总氨浓度为3mol/L，然后将高炉瓦斯灰和配位浸出剂按固液比l:5g/ml先后加入到反应容器内浸出，在相对密封状态下浸出过程控制微波输出功率为1200W，超声波输出功率为1800W，反应温度为60°C、搅拌速度为600r/min、浸出时间为0.5h，然后经过滤-洗涤后得到锌浸出液。
[0023]上述锌浸出液经检测后锌浸出率达87.4%。
[0024]如图1所示，该超声波-微波联合氨法浸出高炉瓦斯灰的装置，包括微波控制系统、超声波控