一种回转窑处理次氧化锌制备高品位氧化锌的方法

一种回转窑处理次氧化锌制备高品位氧化锌的方法
1.技术领域
2.本发明属于材料化学的技术领域，具体的涉及一种回转窑处理次氧化锌制备高品位氧化锌的方法。


背景技术：

3.金属锌主要以氧化锌、镀锌、锌基合金的形式广泛应用于汽车、冶金、机械、医药、家电、电池和军事等领域，在国民经济与国防建设中具有重要的战略地位。我国虽然是锌资源大国，然而，随着近年来经济的高速发展，锌的需求大幅增长，锌矿资源的不断被开发利用，高品位的含锌矿石逐渐枯竭，导致国内锌精矿的供应能力已然满足不了工业生产需求，金属锌供给紧缺状况日益严峻，金属锌成本急剧上升。而各种含锌二次物料，比如炼锌渣、铜厂烟灰、钢厂烟灰、铅锌尾矿以及低品位氧化锌矿等则数量庞大，难以处理，其中很多冶炼渣的处理方式不规范，任意废弃、堆放或填埋，甚至是直接倾倒在耕地和山坡上，造成严重的环境污染。其实上述的含锌二次物料如果处理方式恰当，不仅可以解决环境污染的问题，而且还可以将其转化为高价值资源，缓解锌精矿短缺的资源问题。可见加强对各种含锌二次资源的再利用对节约资源，保护环境以及工业生产具有重大意义。
4.目前对于含锌二次物料的火法回收利用大多采用回转窑挥发法，即借助高温还原反应，结合锌的低沸点特征得以实现锌以锌蒸气形式挥发进入烟气处理系统，从而实现锌及多种有价金属与固相主体有效分离的目的。其原理是先将干燥后的含锌二次物料与还原剂等混合后加入回转窑中，在高温条件下将含锌二次物料中的氧化锌还原为气态锌而进入烟气，并在烟气中被氧化，最终在冷却和收尘系统中以氧化锌的形式被收集。
5.经过一次回转窑煅烧还原-氧化-蒸发-收尘获得的次氧化锌，其含锌量在60～65%，属于低品位氧化锌，并且因原料来源不同，化学组成波动较大，通常除了含有氧化锌，还含有氧化铁、氧化铅以及镍、镉、铟等氧化物，杂质含量高，难以满足很多高纯度要求的工业生产。
6.对于锌焙砂常规操作是通过回转窑的二次高温煅烧次氧化锌进行进一步纯化，虽然二次高温煅烧能够有效分解次氧化锌中的硫化物、氯化物以及蒸发除去含铅的化合物，获得锌焙砂，然而仍有较多杂质无法完全去除，比如其中所含的fe、ca以及al等主要杂质，致使氧化锌的含量无法到达高纯等级，仅能达到85%左右。
7.由此可见，如何经济有效地将次氧化锌进一步制备成为高品位的氧化锌亟待解决。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于针对目前对次氧化锌的二次处理依然无法满足高品位的需求而提供一种回转窑处理次氧化锌制备高品位氧化锌的方法，该方法是建立在现有回转窑生
产线基础上，不仅不会额外过多增加二次处理的投入成本，反而可以充分利用现有生产线资源，使企业生产资源利用率最大化的同时提升经济效益，获得高附加值产品。
9.本发明的技术方案为：一种回转窑处理次氧化锌制备高品位氧化锌的方法，包括以下步骤：（1）碱池浸泡：将回转窑一次煅烧还原，氧化，蒸发，收尘所得的次氧化锌浸入所增设的碱池中，碱池内盛有浓度为5～7 mol/l的氢氧化钠溶液，搅拌浸泡1～2 h；次氧化锌中的氧化锌与氢氧化钠反应生成偏锌酸钠溶液，同时次氧化锌中所含的碱不溶杂质经沉淀除去。
10.以现有回转窑生产线中经高温还原-蒸发-氧化-收尘工序所收集到的烟尘，颗粒极为细小均匀，平均粒径为500纳米左右。
11.本发明人考虑到如果采用酸浸法溶解次氧化锌，虽然速度快、溶出率高，但采用酸浸法分解低品次氧化锌通常伴随有杂质金属如铁、锰、铜等的一并溶解， 这些杂质金属元素对最终产品会造成一定的影响，尽管可以通过各种方法如置换、沉淀、加氨水等除去这些杂质金属离子，但无疑增加了提纯的难度和成本。同时在酸浸出的过程中，氧化锌矿中的硅容易生成硅胶，严重影响液固分离。而现有碱浸出所常用的氨水-碳铵液体系浸出率低。
12.但如果采用氢氧化钠，锌元素则溶于氢氧化钠溶液生成偏锌酸钠溶液：zno + h2o + 2naoh
ꢀ→ꢀ
na2zn(oh)4。
13.由于次氧化锌成分复杂，杂质元素种类多，相比于硫酸溶液，氢氧化钠溶液选择性强。除al、si、pb、zn等少部分元素能溶于氢氧化钠外，大部分元素均不能溶于氢氧化钠，而除了ca、ba等少数元素不能溶于硫酸外，大部分元素都能溶于硫酸，所以氢氧化钠的选择性比硫酸强。相比于氨水溶液，氢氧化钠溶液有浸出效率高，速度快，且氨水易挥发，气味大，难于管理。采用氢氧化钠溶液浸出，浸出效率高，浸出选择性强，无污染。
14.（2）乙酸池沉锌：将步骤（1）碱池中所得含偏锌酸钠的上清液经碱池设置的格栅流入增设的乙酸池中，乙酸池中盛有冰乙酸，保持乙酸池中的ph值在8～12；常温下搅拌反应0.5～1 h，生成氢氧化锌白色沉淀。
15.采用乙酸将偏锌酸钠溶液的ph值调节至8～12之间，使溶液中的锌离子转化为氢氧化锌沉淀。所选用的乙酸为低熔点有机酸，其成分为c、o、h,元素，不会给体系引入新的杂质，即使有少量参与，后续经高温煅烧可以为h20和co2完全分解。
16.（3）水池浸泡：将步骤（2）所得的氢氧化锌沉淀经抽滤后置于水池中搅拌，浸泡0.5～1h，以除去氢氧化钠杂质离子。
17.（4）回转窑煅烧：将水池浸泡后的氢氧化锌沉淀进行干燥造粒，所得的料球置于回转窑中进行二次煅烧，煅烧温度为1100～1200℃，煅烧时间为2～3 h，氯脱除率≥97.63%，得到氧化锌含量95～98%的高品位氧化锌。
18.发明人在工艺设计过程中发现，上述基于现有回转窑生产线将次氧化锌制备为高品位氧化锌的工艺步骤中，工艺路线简单，适合大规模生产，但也存在脱氯问题。经过发明人反复研究得出：煅烧温度和煅烧时间两大因素相互协同同时对氧化锌含量和氯脱出率具有重要影响。
19.首先，发明人发现，煅烧温度对氧化锌含量和氯脱除率的影响趋势是一致的，可见图4。综合考虑能源消耗和生产成本因素，发明人设计煅烧温度在1100～1200℃，在该温度
范围内，氧化锌含量≥95%，氯脱除率≥97%；而且在该温度下，铅元素也得以完全除去，并且次氧化锌中的大量碱不溶物质均已在碱池中浸泡除去，在此温度下煅烧过程中不会发生结窑问题。
20.然后，基于所述工艺路线以及煅烧温度条件下，经发明人研究，煅烧时间对氧化锌含量的影响和对氯脱除率的影响是具有明显区别的：当煅烧时间在达到1.5 h后，氧化锌含量随煅烧时间的增加仍保持增长态势，而氯脱除率随煅烧时间的增加则基本保持在一个平稳水平， 可见图5。综合生产成本因素以及煅烧温度和工艺设计，发明人优选煅烧时间为2～3 h。
21.所述步骤（1）中碱池内的氢氧化钠溶液浓度为6 mol/l。
22.所述步骤（1）中次氧化锌与碱池中氢氧化钠溶液的固液比为1：20～25。
23.所述步骤（4）中干燥造粒所得料球的含水量为10～14%。
24.所述步骤（4）中干燥造粒所得料球的粒径为8～15mm。
25.所述步骤（4）中煅烧温度为1150 ℃，煅烧时间为2 h。
26.本发明的有益效果为：本发明所述方法与现有回转窑直接二次煅烧法相比，氧化锌回收率提升至少10%，氧化锌纯度提高约18～25%。氧化锌的回收率在97%以上。
附图说明
27.图1为本发明实施例中原料次氧化锌的外观图。
28.图2为本发明实施例中原料次氧化锌的xrd图谱。
29.图3为本发明实施例中次氧化锌的sem形貌图。
30.图4为本发明中次氧化锌氯脱除率、产品氧化锌含量与煅烧温度之间的关系图。
31.图5为本发明中次氧化锌氯脱除率、产品氧化锌含量与煅烧时间之间的关系图。
32.图6为本发明实施例中所得的高品位氧化锌xrd图。
33.图7为本发明实施例中所得的高品位氧化锌sem图。
34.图8为本发明实施例中所得的高品位氧化锌的外观图。
具体实施方式
35.下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。
36.实施例1本实施例所采用的处理前氧化锌粉尘的成分见表1。
37.表1 次氧化锌的成分组成znofe2o3pbosio2al2o3caocl-k2os
6+
76.145.433.761.150.391.014.833.151.66所述回转窑处理次氧化锌制备高品位氧化锌的方法，包括以下步骤：（1）碱池浸泡：将回转窑一次煅烧还原，氧化，蒸发，收尘所得的次氧化锌浸入所增设的碱池中，其中次氧化锌与碱池中氢氧化钠溶液的固液比为1：20。碱池内盛有浓度为6 mol/l的氢氧化钠溶液，搅拌浸泡1 h，次氧化锌中的氧化锌与氢氧化钠反应生成偏锌酸钠溶液，锌浸出率达到96.36%，同时次氧化锌中所含的碱不溶杂质经沉淀除去。
38.（2）乙酸池沉锌：将步骤（1）碱池中所得含偏锌酸钠的上清液经碱池设置的格栅流
入增设的乙酸池中，乙酸池中盛有冰乙酸，保持乙酸池中的ph值在8～12；常温下搅拌反应0.5～1 h，生成氢氧化锌白色沉淀。
39.（3）水池浸泡：将步骤（2）所得的氢氧化锌沉淀经抽滤后置于水池中搅拌，浸泡0.5～1h，以除去氢氧化钠杂质离子。
40.（4）回转窑煅烧：将水池浸泡后的氢氧化锌沉淀进行干燥造粒，所得料球的含水量为10～14%，料球的粒径为8～15mm。所得的料球置于回转窑中进行二次煅烧，煅烧温度为1150℃，煅烧时间为2 h，氯脱除率≥97.63%，得到氧化锌含量98%的高品位氧化锌。
41.通过图6可知，所获得的高品位氧化锌物相单一纯净，无杂峰。