一种钢铁厂含锌烟尘制取电锌的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及钢铁厂固废资源的综合利用领域，尤其涉及一种钢铁厂含锌烟尘湿法 处理制取电锌的方法。
【背景技术】
[0002] 钢铁生产过程中产生大量的含锌烟尘，无法有效回收和利用，且其中含有少量的 有毒重金属铅和镉，形成潜在的环境隐患；因此，清洁、高效地回收钢铁厂含锌烟尘中有价 金属则显得更加重要。
[0003] 钢铁厂含锌烟尘湿法处理制备电锌方法主要有酸法、氨法和碱法；酸法的优点在 于浸出速度快，不足之处在于酸法对烟尘中杂质Ca、Mg、Fe和Si不具有选择性，因而酸浸时 酸耗高，浸出液中杂质含量高，浸出液净化复杂，且酸浸体系对人体伤害较大，设备防腐有 一定要求(可参见张荣良，李凤连.从钢铁厂含锌烟尘湿法回收锌的研宄现状及存在问题 [J].湿法冶金，2014, 33(3) :165-167.);氨法和碱法的优点在于其选择性浸锌能力，两种方 法对烟尘中Ca、Mg和Fe均具有选择性，因而其试剂消耗少，浸出液净化除杂简单，便于后续 电积工序的进行；但两种方法均有其不足之处，氨法处理过程中无法回避氨的挥发问题，现 场操作环境恶劣，对人体伤害大(可参见中国专利CN101289706A);碱法处理过程需要在强 碱性条件下进行，强碱性体系对人体有伤害大，且对设备防腐有一定要求(可参见中国专利 CN100417475C)。
【发明内容】
[0004] 为克服现有钢铁厂含锌烟尘湿法处理制取电锌方法的不足，本发明的目的是提供 一种工艺流程简单，无污染的钢铁厂含锌烟尘湿法处理制取电锌的方法。
[0005] 为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：在弱碱性氨基乙酸盐水溶液中，利用 配体氨基乙酸根离子（H 2NCH2COCT简写为Gly O与含锌烟尘中的金属离子配合能力的差异， 选择性浸出钢铁厂含锌烟尘中有价金属Zn、Pb和Cd，浸出液用锌粉还原净化后得铅镉富集 渣，净化后的浸出液直接进行电积得电锌，所得电锌纯度大于99wt%，电积残液可返回浸出。 [0006] 具体工艺过程及参数如下： 1浸出 钢铁厂含锌烟尘中锌主要以氧化锌（ZnO)形式存在，少量以铁酸锌（ZnFe2O4)形式存 在，锌在浸出过程中主要反应如下： ZnO+ 3Gfy- + H2O = Zn(Gh% + 20H~ (I) ZnFe1O4 +3Gfy~ + IE2O = Zn(GIy)； + 20E~ + IFeO(OH) (2) 锌浸出的同时，钙、镁、铁及硅不溶解，而铅和镉的氧化物溶解进入浸出液： PhO + 2GIy- +H1O = Pb(GIy)2 +20H~ (3 ) CrfO + 3Gft广 + ΛΟ = Crf(G(y); + (4 ) 浸出条件：弱碱性氨基乙酸盐水溶液中的氨基乙酸根离子总浓度为l~6mol · Γ1，浸出 时液固比(体积mL/重量g)为3:1~10:1，浸出pH值7 < pH < 10,浸出温度25~85°C，浸出 时间2~6h，浸出完成后固液分离，浸出渣水洗后返回钢铁系统配料烧结，洗水收集待用，浸 出液进入下一步净化工序。
[0007] 用于浸出的弱碱性氨基乙酸盐水溶液中的配体氨基乙酸根离子，以氨基乙酸 (H2NCH 2COOH)加入时，用氢氧化钠（NaOH)调整体系pH值7 < pH < 10至7~10 ;以氨基乙酸 钠（H2NCH2COONa)加入时，用氨基乙酸调整体系pH值至7~10,此时，弱碱性氨基乙酸盐水溶 液中的氨基乙酸根离子总浓度为氨基乙酸和氨基乙酸钠中氨基乙酸根离子浓度之和，配合 剂水溶液中配体氨基乙酸根离子总浓度为I ~6mol · L'
[0008] 净化除杂 用锌粉将浸出液中Pb和Cd还原沉淀，锌粉用量为还原Pb和Cd理论量的1. 2~4倍，净 化后液进入下一步电积。
[0009] Pb''- + Ζ? - Pb + Zn~~ (5) Cd^ + Zn = Cd+ Zn1* (6) 3电积 以不锈钢板为阳极，铝板为阴极在电解槽进行净化后液的电积提锌，阳极反应： 2H20-4e = 4ff-+0z t (7) 阴极反应： 2Zn"~ + 4e = 2Zn (8 ) 随着电积过程的进行，溶液中游离Zn2+在阴极上还原析出，游离Zn 2+浓度进一步降低， 使得Zn (Gly) ^配离子中Zn 2+解离并析出，体系中将释放出大量游离Gly -，配体Gly^活性在 电积过程中得到恢复；阴极区将释放出大量H+，其与浸出过程中Zn、Pb及Cd氧化物溶解所 产生的0Γ可中和抵消，所以电积过程结束后体系pH值仍保持在适宜浸出的弱碱性条件； 整个工艺中，电积残液完全可以直接返回浸出，无需添加新鲜配合剂和调整pH值。
[0010] 电积过程条件：电流密度100~800A/m2,温度20~60°C，时间5~24h，异极距2~8cm。
[0011] 本发明与现有湿法工艺相比有如下优点：1.所用体系温和，对设备防腐要求低， 对人体和环境毒副作用小，属于清洁冶金工艺；2.所用配合剂水溶液在处理过程中可实现 再生，循环利用，处理成本低；3.能处理高含铁的含锌烟尘，实现铁和锌的深度分离；4.能 有效脱除钢铁厂含锌烟尘中Zn、Pb和Cd有毒重金属元素，制取电锌，且有效富集有价金属 铅镉，实现资源的综合利用； 本发明适用于处理含铁1〇~45%，含锌15~35%的高含铁的钢铁厂含锌烟尘(成分范围以 重量百分比计)。
【附图说明】
[0012] 图1 :本发明工艺流程示意图。
【具体实施方式】
[0013] 实施例1: 某钢铁厂烟尘，其主要成分（wt%):Zn 27. 52、Fe 24. 78、CaO 8. 06、MgO L 32、Cd 4.80 和Pb 3. 14 ;试剂(成分含量，wt%):食品级氨基乙酸，含量多99% ;工业级氨基乙酸钠，含量 彡98% ;分析纯锌粉，含量彡99% ;工业二氧化碳气体，含量彡99%。
[0014] (1)浸出：85°C时，用氨基乙酸和氨基乙酸钠配制成pH值为8,氨基乙酸根总浓 度为3. 5mol · I/1水溶液400mL，按液固比8:1加入烟尘50g进行浸出，反应5h后，固液分 离；浸出液 320mL，其中，Zn 浓度 40. 5g · L-1，Pb 浓度 4. 5g · L-1，Cd 浓度 6. 9g · L-1，Fe 浓度 18. 8mg · ΙΛ浸出过程中，Zn浸出率为94. 2%，Pb浸出率91. 7%，Cd浸出率为92. 0%，Fe浸 出率为0. 05%，浸出液进入下一步净化除杂。
[0015] (2)净化除杂：常温时（25°C)，在搅拌状态下，向浸出液中加入3. 5倍理论量锌粉 进行还原净化，反应Ih后固液分离，得铅镉渣；净化后液中Pb浓度9. 5mg吨4, Cd浓度8. 6 mg · Γ1，净化后液进入电积提锌。
[0016] (3)电积：异极距为2. 5cm，电流密度为400A/m2,温度为40°C时，净化后液在电解 槽中电积5h后，电积所得锌粉水洗干燥后纯度大于99% (以杂质含量计算)，电积残液pH值 为8. 9,电积残液仍保持在适宜浸出的弱碱性条件，可返回浸出过程直接利用。
【主权项】
1. 一种钢铁厂含锌烟尘制取电锌的方法，其特征在于具体步骤如下：在弱碱性氨基乙 酸盐水溶液中，利用配体氨基乙酸根离子与含锌烟尘中的金属离子配合能力的差异，选择 性浸出钢铁厂含锌烟尘中有价金属Zn、Pb和Cd，浸出液用锌粉还原净化后得铅镉富集渣， 净化后液直接进行电积得电锌。2. 如权利要求1所述的一种钢铁厂含锌烟尘制取电锌的方法，其特征在于： 浸出条件：弱碱性氨基乙酸盐水溶液中的氨基乙酸根离子总浓度为l~6mol?I71，浸出 时液固比(体积mL/重量g)为3:1~10:1，浸出pH值7 <pH< 10,浸出温度25~85°C，浸出 时间2~6h，浸出完成后固液分离，浸出渣水洗后返回钢铁系统配料烧结，洗水收集待用，浸 出液进入下一步还原净化工序。3. 如权利要求2所述的一种钢铁厂含锌烟尘制取电锌的方法，其特征在于：用于浸出 的弱碱性氨基乙酸盐水溶液中的配体氨基乙酸根离子，以氨基乙酸加入时，用氢氧化钠调 整体系pH值7 <pH< 10 ;以氨基乙酸钠加入时，用氨基乙酸调整体系pH值7 <pH< 10， 此时，弱碱性氨基乙酸盐水溶液中的氨基乙酸根离子总浓度为氨基乙酸和氨基乙酸钠中氨 基乙酸根离子浓度之和，配合剂水溶液中配体氨基乙酸根离子总浓度为I~6mol?L'4. 如权利要求1所述的一种钢铁厂含锌烟尘制取电锌的方法，其特征在于所述浸出液 用锌粉还原净化后得铅镉富集渣指：用锌粉将浸出液中Pb和Cd还原沉淀，锌粉用量为还原 Pb和Cd理论量的1. 2~4倍，净化后液进入下一步电积。5. 如权利要求1所述的一种钢铁厂含锌烟尘制取电锌的方法，其特征在于所述电积 指：以不锈钢板为阳极，铝板为阴极在电解槽进行净化后的浸出液的电积提锌，电积过程条 件：电流密度100~800A/m2,温度20~60°C，时间5~24h，异极距2~8cm。6. 如权利要求5所述的一种钢铁厂含锌烟尘制取电锌的方法，其特征在于：电积过程 结束后体系pH值仍保持在适宜浸出的弱碱性条件；整个工艺中，电积残液完全可以直接返 回进行选择性浸出的步骤，无需添加新鲜配合剂和调整PH值。7. 如权利要求1所述的一种钢铁厂含锌烟尘制取电锌的方法，其特征在于： 成分范围以重量百分比计，所述钢铁厂含锌烟尘为含铁1〇~45%，含锌15~35%的高含铁 的钢铁厂含锌烟尘。
【专利摘要】本发明涉及钢铁厂固废资源的综合利用领域，尤其涉及一种钢铁厂含锌烟尘湿法处理制取电锌的方法。在弱碱性氨基乙酸盐水溶液中，利用配体氨基乙酸根离子与含锌烟尘中的金属离子配合能力的差异，选择性浸出钢铁厂含锌烟尘中有价金属Zn、Pb和Cd，浸出液用锌粉还原净化后得铅镉富集渣，净化后液直接进行电积得电锌。本发明所用体系温和，对设备防腐要求低，对人体和环境毒副作用小，属于清洁冶金工艺；所用配合剂水溶液在处理过程中可实现再生，循环利用，处理成本低；能处理高含铁的含锌烟尘，实现铁和锌的深度分离；能有效脱除钢铁厂含锌烟尘中Zn、Pb和Cd有毒重金属元素，制取电锌，且有效富集有价金属铅镉，实现资源的综合利用。
【IPC分类】C22B7/02, C25C1/16, C22B19/30
【公开号】CN104911362
【申请号】CN201510307726
【发明人】窦爱春, 刘云建, 苏明如, 吴晓东, 郭长庆, 黄海芳, 霍向东, 李亚波, 王宏明, 李忠华
【申请人】江苏大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月8日