一种钢铁厂烟尘中提取有价金属的方法与流程

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种钢铁厂烟尘中提取有价金属的方法。

背景技术：

钢铁生产工程中产生的烟尘灰主要有烧结机头电除尘灰、球团除尘灰、高炉瓦斯灰(泥)和炼钢除尘灰(泥)等。

高炉瓦斯灰(泥)

在高炉炼铁的生产过程中，对高炉除尘过程产生的固体废弃物，用干法布袋除尘器捕收的固体废弃物称为瓦斯灰，用湿法收尘器捕收的固体废弃物称为瓦斯泥。高炉瓦斯灰(泥)，记作高炉瓦斯灰/泥，其化学成分复杂，除铁元素之外，还含有锌、铅、铟等有价金属。据统计，我国高炉粉尘的发生量为吨铁15-50kg。专利号CN201110444928.5，CN201210369145.X，其方法应用煤、含锌废料与高炉瓦斯灰(泥)混合配料，通过回转窑设备火法工艺得到氧化锌，该工艺氧化锌粉收得率低，工艺流程长，无法达到富含单质金属的目的。专利号201410330341.5将含铁锌粉尘、黏结剂和煤粉混合造球，用竖炉设备火法还原锌元素。但该工艺流程动力学条件差，效率低。

炼钢烟尘

炼钢工艺过程产生的固体废弃物有部分是炼钢除尘泥(灰)。

炼钢除尘泥是炼钢过程中湿法除尘系统产生的含铁尘泥；炼钢除尘灰是转(电)炉经捕集器、烟道最后经袋式除尘器处理捕集的。每年炼钢厂产生大量的炼钢除尘灰(泥)，记作炼钢除尘灰/泥，其约占钢产量的1.5％。炼钢除尘灰(泥)中含有40-50％铁元素和大量的锌、铅、钠等有价金属。这些固废作为高炉循环原料会恶化炉况和炉壁结瘤，影响高炉顺行。因此有相关专利关于回收有价金属，如：专利号CN201210120674.6和CN201110199110.1专利采用转底炉直接还原法，不需要磁选可以得到铁，有害物质去除较高，但后期回收的是有价金属的氧化物，且回收有价金属工艺流程长。专利号CN201210358206.2，CN201210357961.9，CN201210357962.3等一系列氨法工艺，该方法浸出工艺复杂且处理工艺复杂，未确定实际应用可行的方案。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种钢铁厂烟尘中提取有价金属的方法，通过该方法，能够从冶金钢铁冶炼过程中的烟尘中提取锌、铅和铟等有价金属，并且将留置的固体废弃物作为生产钢铁的原料，该方法简化有价金属回收的工艺流程，提高了金属收得率。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种钢铁厂烟尘中提取有价金属的方法，包括以下步骤：

1)将钢铁厂烟尘混合均匀或制球，得到混合料或球体，然后将混合料或球体进行真空还原，真空还原结束后，得到含有有价金属和还原后的铁氧化物的混合渣；

2)将步骤1)得到的混合渣进行磁选，将还原后的铁氧化物与有价金属分离。

步骤1)中，真空还原时，真空度小于100Pa；保温温度为600～1300℃；保温时间为0.5-6h。

真空还原结束后，待温度降至400℃以下破真空。

所述钢铁厂烟尘的原料为高炉瓦斯灰/泥和炼钢除尘灰/泥。

高炉瓦斯灰/泥中，以质量百分数计，三氧化二铁含量在20-48％，氧化锌含量在1.5-15％，氧化铅含量在0.1-10％，碳含量在10-50％，氧化钾、氧化银和氧化铟总含量在0.1-10％，其他成分为杂质。

炼钢除尘灰/泥中，以质量百分数计，三氧化二铁含量在40-70％，氧化锌含量在0.5-10％，氧化铅含量在0.1-8％，氧化钾、氧化钠、氧化银和氧化铟总含量在0.1-10％，其他成分为杂质。

所述高炉瓦斯灰/泥和炼钢除尘灰/泥中金属氧化物总摩尔量与高炉瓦斯灰/泥中碳的摩尔量之比为(1:12)～(1:0.5)。

真空还原时采用真空还原蓄热炉进行，混合料或球体先放到坩埚中，再整体装入真空还原蓄热炉。

钢铁厂烟尘在混合时，高炉瓦斯灰/泥与炼钢除尘灰/泥采用圆筒混料机进行混料。

钢铁厂烟尘在制球时，所制得的球体直径在20-40mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明的钢铁厂烟尘中提取有价金属的方法通过将钢铁厂烟尘混合均匀或制球，得到混合料或球体，然后将混合料或球体进行真空还原，在真空还原过程中，能够实现锌、铅、钾和铟等有价金属的分离及铁氧化物形成，最后将得到的混合渣进行磁选，将还原后的铁氧化物与有价金属分离，分离得到铁氧化物进行回收利用；另外，本发明整个工艺过程在真空中进行，对人员及环境影响较小，工艺和所需设备简单，安全可控，操作方便，能有效实现在钢铁厂烟尘灰中提取有价金属和金属铁氧化物的目的，本发明得到的铁氧化物中铁品位达到45％以上，因此本发明的方法简化了有价金属回收的工艺流程，提高了金属收得率。

进一步的，真空还原时，真空度小于100Pa；保温温度为600～1300℃；保温时间为0.5-6h，在此条件下，能够实现钢铁厂烟尘中锌、铅、钾和铟等有价金属的分离及铁氧化物的综合回收。

进一步的，由于三氧化二铁转化为四氧化三铁的温度在300-400℃，真空还原结束后，待温度降至400℃以下破真空，致使最终产物为四氧化三铁，四氧化三铁有利于磁选；如果钢铁烟尘含有钾钠元素，要将破真空温度控制在100℃以下，防止真空室内发生爆炸。

进一步的，高炉瓦斯灰/泥和炼钢除尘灰/泥中金属氧化物总摩尔量与高炉瓦斯灰/泥中碳的摩尔量之比为(1:12)～(1:0.5)，在此条件下，能够实现钢铁厂烟尘中锌、铅、钾和铟等有价金属的分离及铁氧化物的综合回收。

进一步的，钢铁厂烟尘在制球时，所制得的球体直径20-40mm，能够使得还原反应发生完全，保证了有价金属的提取效果。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明主要以钢铁厂烟尘灰中产量较大的高炉瓦斯灰(泥)和炼钢除尘灰(泥)为例。

本发明采用的技术方案包括以下步骤：

1)将高炉瓦斯灰/泥与炼钢烟尘灰/泥混合或压球，得到混合料或球体，然后将混合料或球体装入真空还原蓄热炉，以小于100Pa的真空度，于600-1300℃保温0.5-6h，保温结束，待炉料降温至400℃以下，破真空，并收集含有有价金属和还原后的铁氧化物的混合渣；其中，混合料或球体中，高炉瓦斯灰/泥和炼钢除尘灰/泥中金属氧化物总摩尔量与高炉瓦斯灰/泥中碳的摩尔量之比为(1:12)～(1:0.5)；

2)将还原后留置的固体废弃物进行磁选，获得金属铁。

本发明所使用的高炉瓦斯灰/泥中三氧化二铁含量在20-48％，氧化锌含量在1.5-15％，氧化铅含量在0.1-10％，碳含量在10-50％，氧化钾、氧化银和氧化铟等有价金属的总含量在0.1-10％，其他成分为杂质；高炉瓦斯灰/泥中的碳为煤粉，煤粉作为还原剂；

炼钢烟尘灰/泥中三氧化二铁含量在40-70％，氧化锌含量在0.5-10％，氧化铅含量在0.1-8％，氧化钾、氧化钠、氧化银和氧化铟等有价金属的总含量在0.1-10％，其他成分为杂质。

高炉瓦斯灰/泥与炼钢烟尘灰/泥混合时采用圆筒混料机进行混料；高炉瓦斯灰/泥与炼钢烟尘灰/泥压球时，制成直径20-40mm的球体；混合料或球体先放到坩埚中，再整体装入真空还原蓄热炉。

本发明通过合理的控制高炉瓦斯灰/泥与炼钢除尘灰/泥的比例，以及在真空还原过程中温度、压力和时间，就能在真空还原蓄热炉内实现锌、铅、钾和铟等有价金属的分离及铁氧化物的综合回收；另外，本发明整个工艺过程在真空中进行，对人员及环境影响较小，工艺和所需设备简单，安全可控，操作方便，能有效实现在钢铁烟尘灰中提取有价金属和金属铁氧化物。

实施例1：

本实施例通过如下步骤实现：

1)将高炉瓦斯灰和炼钢除尘灰压球到直径为35mm的混合球体，其中，所加入的高炉瓦斯灰和炼钢除尘灰中金属氧化物的总摩尔量与高炉瓦斯灰中煤粉的摩尔量之比为1:1；所加入的高炉瓦斯灰中固定碳的质量含量在20％；然后将混合球体放入坩埚中，再整体装入真空还原蓄热炉，以90Pa的真空度于600℃保温4h，保温结束后，降温至炉内温度为300℃时破真空，取出坩埚；

2)将还原后的混合料进行磁选，获得精铁矿，从而将铅、锌、铟和银等有价金属从还原后的混合料中分离出来。

实施例2：

本实施例通过如下步骤实现：

1)将高炉瓦斯灰和炼钢除尘泥压至直径为20mm的混合球体，其中，所加入的高炉瓦斯灰、炼钢除尘泥的金属氧化物的总摩尔量与高炉瓦斯灰中煤粉的摩尔量之比为6:1；所加入的高炉瓦斯灰中固定碳的质量含量在25％；然后将混合球体放入坩埚中，再整体装入真空还原蓄热炉，以50Pa的真空度于1200℃保温0.5h，保温结束后，降温至炉内温度为200℃时破真空，取出坩埚；

2)将还原后的混合料进行磁选，获得精铁矿，从而将铅、锌、铟和银等有价金属从还原后的混合料中分离出来。

实施例3：

本实施例通过如下步骤实现：

1)将高炉瓦斯泥和炼钢除尘灰压至直径为25mm的混合球体，其中，所加入的高炉瓦斯泥和炼钢除尘灰的金属氧化物的总摩尔量与高炉瓦斯泥中煤粉的摩尔量之比为12:1；所加入的高炉瓦斯泥中固定碳的质量含量在35％；然后将混合球体放入刚玉坩埚中，再整体装入真空还原蓄热炉，以70Pa的真空度于1000℃保温2h，保温结束后，降温至炉内温度为150℃时破真空，取出坩埚；

2)将还原后的混合料进行磁选，获得精铁矿，从而将铅、锌、铟和银等有价金属从还原后的混合料中分离出来。

实施例4：

本实施例通过如下步骤实现：

1)将高炉瓦斯泥和炼钢除尘泥压至直径为30mm的混合球体，其中，所加入的高炉瓦斯泥和炼钢除尘泥的金属氧化物的总摩尔量与高炉瓦斯泥的煤粉的摩尔量之比为12:1；所加入的高炉瓦斯泥中固定碳的质量含量在50％；然后将混合球体放入刚玉坩埚中，再整体装入真空还原蓄热炉，以80Pa的真空度于900℃保温3h，保温结束后，降温至炉内温度为400℃时破真空，取出坩埚；

2)将还原后的混合料进行磁选，获得精铁矿，从而将铅、锌、铟和银等有价金属从还原后的混合料中分离出来。

实施例5：

本实施例通过如下步骤实现：

1)将高炉瓦斯泥和炼钢除尘灰压至直径为40mm的混合球体，其中，所加入的高炉瓦斯泥和炼钢除尘灰的金属氧化物的总摩尔量与高炉瓦斯泥中的煤粉的摩尔量之比为0.5:1；所加入的高炉瓦斯泥中固定碳的质量含量在10％；然后将混合球体放入刚玉坩埚中，再整体装入真空还原蓄热炉，以30Pa的真空度于700℃保温2h，保温结束后，降温至炉内温度为100℃时破真空，取出坩埚；

2)将还原后的混合料进行磁选，获得精铁矿，从而将铅、锌、铟和银等有价金属从还原后的混合料中分离出来。

实施例6：

本实施例通过如下步骤实现：

1)将高炉瓦斯灰和炼钢除尘灰用圆筒混料机进行混料，其中，所加入的高炉瓦斯灰和炼钢除尘灰的金属氧化物的总摩尔量与高炉瓦斯灰中的煤粉的摩尔量之比为0.5:1；所加入的高炉瓦斯灰中固定碳的质量含量在10％；然后混合料放入刚玉坩埚中，再整体装入真空还原蓄热炉，以95Pa的真空度于700℃保温6h，保温结束后，降温至炉内温度为100℃时破真空，取出坩埚；

2)将还原后的混合料进行磁选，获得精铁矿，从而将铅、锌、铟和银等有价金属从还原后的混合料中分离出来。

实施例7：

本实施例通过如下步骤实现：

1)将高炉瓦斯泥与炼钢除尘泥压至直径为40mm的混合球体，其中，所加入的高炉瓦斯泥和炼钢烟尘泥中金属氧化物的总摩尔量与高炉瓦斯泥中的煤粉摩尔量之比为1:10；所加入的高炉瓦斯泥中固定碳的质量含量在30％；然后将混合球体放入刚玉坩埚中再装入真空蒸馏炉，以10Pa的真空度，于700℃保温0.8h，保温结束后，降温至炉内温度为100℃时破真空，取出还原后的混合料；

2)将还原后的混合料进行磁选，获得精铁矿，从而将铅、锌、铟和银等有价金属从还原后的混合料中分离出来。

实施例1～7中，钢铁厂烟尘中有价金属的回收率如表1所示：

表1