本发明属于资源回收技术领域，涉及一种从高炉瓦斯灰中回收资源的方法，具体涉及一种从高炉瓦斯灰中回收锌、铁和/或碳的方法。
背景技术：
高炉瓦斯灰是指高炉炼钢过程中随高炉煤气排放的微细颗粒群，是由矿物不完全燃烧形成的细小固体颗粒，通常含有5-15wt％的金属锌、15-40wt％的金属铁、25-50％的非金属碳以及余量的其他元素。
由于目前的技术局限性，高炉瓦斯灰是目前高炉冶炼过程中不可避免的固体排泄物之一，目前还存在着大量的待处理的高炉瓦斯灰，对高炉瓦斯灰的有效回收能够缓解锌、铁的资源压力，降低资源紧缺的危害，还能够降低高炉瓦斯灰的堆放危害。
目前，高炉瓦斯回收的回收方法主要分为选矿富集法、湿法冶金法和高温熔炼法。
cn107604110a公开了一种从高炉瓦斯灰中选铁的方法，该方法将高炉瓦斯灰通入风力分级-风磁分选系统进行处理，通过风力分级将大颗粒瓦斯灰分离出来得到风选铁精矿；通过风磁分选将细粒度瓦斯灰中的磁性物料分离出来得到磁选铁精矿，风选铁精矿和磁选铁精矿直接返回烧结、冶炼工序使用；由布袋除尘器捕集到的二次瓦斯灰为富锌矿粉，该方法利用鼓风机和通风道长度的配合将粒度大、质量中的颗粒分选富集出来，再利用磁选法回收物料中的金属铁，该方法不引入化学药剂，不添加水，能够实现高效干法分选，铁元素的回收率可达87％以上。
cn106011476a公开了一种提取瓦斯灰中钪的工艺，含钪瓦斯灰用废酸进行浸出后过滤，过滤所得溶液经还原剂还原后，用含钪瓦斯灰进行中和，所得中和渣用废酸进行常压浸出，浸出所得滤液用萃取反萃草酸沉淀得到草酸钪。该工艺利用由硫酸、盐酸和硝酸组成的混合废酸对含钪瓦斯灰进行酸浸，然后对浸出液进行萃取和反萃取得到钪盐和铟盐，从而回收了稀有金属，并能够同时回收电积锌，而且废酸的成本低，经济效益好。
cn107686895a公开了一种冶金固废综合利用方法，该方法将含铁碳锌尘泥加入高温熔渣的出渣过程中，充分利用熔渣显热及尘泥中碳资源，与高温熔渣及尘泥中铁、锌发生还原反应，实现尘泥及熔渣中铁、锌等有价资源的同步回收；同时除铁和锌后，通过控制混合熔渣的成分及冷却方式，可实现剩余熔渣的高附加值利用。该方法的利用高炉熔渣的余热达到碳还原作用的反应温度，可以有效地降低能源消耗。
上述方法都可以缓解高炉瓦斯灰对生态环境的压力，但也都存在着需要改进的问题。
风磁分选的原料是基于高炉瓦斯灰中金属元素锌、铁、铅以及非金属元素碳的密度差进行的重选分离富集。虽然他们的密度差异满足重选分离的必要条件，但在实际应用过程中，高炉瓦斯灰的粒度较小，金属元素颗粒以及含碳颗粒无法克服空气介质中的湍流影响，只能随着空气流随机进入产品槽，造成错配物含量增加，恶化重选分离效果。
对高炉瓦斯灰直接进行各种形式的湿法冶金浸出液存在着难以进行的问题，经过高炉炉火处理后的瓦斯灰的碳含量较高，表面往往具有非常好的疏水性，这就导致浸出过程中瓦斯灰只能浮于酸液表面，难以充分混合进行酸浸反应，如果将瓦斯灰与高温炉渣重新熔炼，高炉瓦斯灰中的锌、铅等元素则会变成杂质元素，影响钢铁产品的品质。因此，需要提出一种更加合理地处理高炉瓦斯灰的方法。
技术实现要素：
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种从高炉瓦斯灰中联合回收锌、铁和/或碳的方法，本发明根据锌、铁、碳三种元素在高炉瓦斯灰中的分布规律，经过特定的物理分离方法，即可分别得到分别富含锌、铁以及碳三种元素的颗粒，实现了锌、铁和/或碳的分离回收。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种从高炉瓦斯灰中联合回收锌、铁和/或碳的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将高炉瓦斯灰调制成第一矿浆，进行0.025mm级湿法筛分，得到粒度小于0.025mm的含锌颗粒和粒度在0.025mm以上的含铁、碳物料；
(2)将步骤(1)得到的含铁、碳物料调制成第二矿浆，进行螺旋分选处理，螺旋分选完成后进行脱水，得到碳产品和铁产品。
高炉瓦斯灰中不同元素形成颗粒的过程存在差异，高炉冶炼过程中，原料中的锌元素被高温还原形成锌蒸汽，然后与空气发生氧化并冷凝成粒度很小的含锌颗粒，使锌元素富集在粒度小于0.025mm的小微型颗粒中；高炉瓦斯灰中的碳元素，主要是原料中未完全燃烧就跟瓦斯灰排放的焦炭碎片或煤粉，所以含碳颗粒的粒度偏大，而含铁颗粒的成因较为复杂，一方面是炼铁过程中熔融铁的气化、液化和凝固产生的含铁颗粒，另一方面是瓦斯气和碳粉逃逸过程中夹带出来的含铁大颗粒，铁元素在不同粒度中的含量几乎不变。
因此，高炉瓦斯灰中的锌元素富集在粒度小于0.025mm的颗粒中，碳元素富集在粒度在0.025mm以上的颗粒中，铁元素在各个粒度级别的含量差异不明显，因此，本发明利用0.025mm粒度进行分级，可以得到含锌颗粒以及含铁、碳物料。
优选地，步骤(1)所述高炉瓦斯灰调制成第一矿浆的操作包括：混合高炉瓦斯灰与水，得到第一矿浆。
优选地，步骤(1)所述第一矿浆的浓度为20-40wt％，例如可以是20wt％、25wt％、30wt％、35wt％或40wt％，优选为25-35wt％。
优选地，步骤(1)所述湿法筛分在高频筛中进行。
优选地，步骤(1)所述湿法筛分的操作包括：利用渣浆泵将第一矿浆输送至高频筛，进行湿法筛分。
优选地，所述第一矿浆中还含有分散剂。
优选地，分散剂包括水解聚马来酸酐、六偏磷酸钠或水玻璃中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括水解聚马来酸酐与六偏磷酸钠的组合，六偏磷酸钠与水玻璃的组合，水解聚马来酸酐与水玻璃的组合或水解聚马来酸酐、六偏磷酸钠与水玻璃的组合。
优选地，所述分散剂的浓度为0.8-1.5wt％，例如可以是0.8wt％、0.9wt％、1wt％、1.1wt％、1.2wt％、1.3wt％、1.4wt％或1.5wt％。
优选地，将步骤(1)所得含铁、碳物料调制成第二矿浆的操作包括：混合含铁、碳物料与水，得到第二矿浆；
优选地，所述第二矿浆的浓度为15-25wt％，例如可以是15wt％、16wt％、17wt％、18wt％、19wt％、20wt％、21wt％、22wt％、23wt％、24wt％或25wt％。
优选地，所述方法包括对步骤(1)所述含锌颗粒进行脱水，得到富锌产品的步骤。
优选地，含锌颗粒脱水后所得水，用于调制第一矿浆和/或第二矿浆。
优选地，步骤(2)所述螺旋筛分在螺旋分选机中进行。
优选地，本发明所述螺旋分选机采用8圈螺旋槽，8°外缘倾角，槽内流速为8r/min。
由于铁的密度为7.8g/cm3，碳的密度为1.8g/cm3，基于密度差异的重力分选技术使分离铁和碳颗粒的良好选择，但含铁、碳颗粒粒度小，常规的空气介质风选分离效果不佳。
本发明利用螺旋分选的方法，借助浅层层流水体的稳定性，强化含铁和含碳颗粒按密度分离的过程，即含有含铁、碳物料的浆料在螺旋分选机的螺旋溜槽中形成浅层层流水体，借助螺旋水道产生的离心作用，密度大的含铁颗粒下沉至料层底部并向槽体外侧移动，密度小的含碳颗粒浮于料层上方并停留在槽体内测，最后在螺旋分选机的出料口内外侧分别得到炭产品与铁产品。
优选地，步骤(2)所述脱水后所得水用于调制第一矿浆和/或第二矿浆。
作为本发明所述方法的优选技术方案，所述方法包括如下步骤：
(1)将高炉瓦斯灰与水以及分散剂混合，调制成浓度为20-40wt％的第一矿浆，所述第一矿浆中的分散剂浓度为0.8-1.5wt％，利用渣浆泵将第一矿浆输送至至高频筛，进行0.025mm级湿法筛分，得到粒度小于0.025mm的含锌颗粒和粒度在0.025mm以上的含铁、碳物料；
(2)混合含铁、碳物料与水，调制成浓度为15-25wt％的第二矿浆，将第二矿浆在螺旋分选机中进行螺旋分选，完成后进行脱水，得到碳产品和铁产品，步骤(1)所得含锌颗粒脱水后得到富锌产品，上述脱水所得水用于调制第一矿浆和/或第二矿浆。
本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过0.025mm级的湿法筛分，将高炉瓦斯灰分为含锌颗粒与含铁、碳物料，然后根据铁、碳的密度差以及含铁、碳物料的粒度特点，选用螺旋分选的方法对铁、碳进行分选，从而实现对高炉瓦斯灰中锌、铁和/或碳的分离回收，富锌产品中的锌含量高达6.01wt％，铁产品的中铁含量高达48.84wt％，碳产品中的碳含量高达40.88wt％。本发明所述方法简单易行，易进行工业化推广。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
本实施例提供了一种从高炉瓦斯灰中联合回收锌、铁和/或碳的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将高炉瓦斯灰与水以及六偏磷酸钠混合，调制成浓度为30wt％的第一矿浆，所述第一矿浆中的六偏磷酸钠的浓度为1wt％，利用渣浆泵将第一矿浆输送至高频筛，进行0.025mm级湿法筛分，得到粒度小于0.025mm的含锌颗粒和粒度在0.025mm以上的含铁、碳物料；
(2)混合含铁、碳物料与水，调制成浓度为20wt％的第二矿浆，将第二矿浆在螺旋分选机中进行螺旋分选，完成后进行脱水，得到碳产品和铁产品，步骤(1)所得含锌颗粒脱水后得到富锌产品，上述脱水所得水用于调制第一矿浆和/或第二矿浆。
本实施例中高炉瓦斯灰中元素组成包括：锌2.18wt％，铁31.30wt％，碳37.27wt％，氯5.74wt％，水1.53wt％，余量为其它元素。
富锌产品：锌6.01wt％，铁24.19wt％，碳33.07wt％，氯1.83wt％，余量为其他元素；
铁产品：锌0.95wt％；铁50.45wt％，碳19.12wt％，氯0.93wt％，余量为其他元素；
碳产品：锌1.81wt％；铁20.10wt％，碳51.14wt％，氯0.75wt％，余量为其他元素。
实施例2
本实施例提供了一种从高炉瓦斯灰中联合回收锌、铁和/或碳的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将高炉瓦斯灰与水以及六偏磷酸钠混合，调制成浓度为25wt％的第一矿浆，所述第一矿浆中的六偏磷酸钠的浓度为0.9wt％，利用渣浆泵将第一矿浆输送至高频筛，进行0.025mm级湿法筛分，得到粒度小于0.025mm的含锌颗粒和粒度在0.025mm以上的含铁、碳物料；
(2)混合含铁、碳物料与水，调制成浓度为18wt％的第二矿浆，将第二矿浆在螺旋分选机中进行螺旋分选，完成后进行脱水，得到碳产品和铁产品，步骤(1)所得含锌颗粒脱水后得到富锌产品，上述脱水所得水用于调制第一矿浆和/或第二矿浆。
本实施例中高炉瓦斯灰中元素组成包括：锌2.18wt％，铁31.30wt％，碳37.27wt％，氯5.74wt％，水1.53wt％，余量为其它元素。
富锌产品：锌5.68wt％，铁26.00wt％，碳34.18wt％，氯1.90wt％，余量为其他元素；
铁产品：锌1.12wt％；铁48.63wt％，碳20.23wt％，氯0.89wt％，余量为其他元素；
碳产品：锌1.92wt％；铁20.52wt％，碳50.01wt％，氯0.80wt％，余量为其他元素。
实施例3
本实施例提供了一种从高炉瓦斯灰中联合回收锌、铁和/或碳的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将高炉瓦斯灰与水以及水解聚马来酸酐混合，调制成浓度为35wt％的第一矿浆，所述第一矿浆中的水解聚马来酸酐的浓度为1.2wt％，利用渣浆泵将第一矿浆输送至高频筛，进行0.025mm级湿法筛分，得到粒度小于0.025mm的含锌颗粒和粒度在0.025mm以上的含铁、碳物料；
(2)混合含铁、碳物料与水，调制成浓度为22wt％的第二矿浆，将第二矿浆在螺旋分选机中进行螺旋分选，完成后进行脱水，得到碳产品和铁产品，步骤(1)所得含锌颗粒脱水后得到富锌产品，上述脱水所得水用于调制第一矿浆和/或第二矿浆。
本实施例中高炉瓦斯灰中元素组成包括：锌2.18wt％，铁31.30wt％，碳37.27wt％，氯5.74wt％，水1.53wt％，余量为其它元素。
富锌产品：锌5.49wt％，铁26.75wt％，碳33.87wt％，氯1.88wt％，，余量为其他元素；
铁产品：锌1.09wt％；铁47.98wt％，碳21.64wt％，氯0.98wt％，，余量为其他元素；
碳产品：锌1.95wt％；铁20.06wt％，碳49.83wt％，氯0.82wt％，，余量为其他元素。
实施例4
本实施例提供了一种从高炉瓦斯灰中联合回收锌、铁和/或碳的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将高炉瓦斯灰与水以及水玻璃混合，调制成浓度为20wt％的第一矿浆，所述第一矿浆中的水玻璃的浓度为0.8wt％，利用渣浆泵将第一矿浆输送至高频筛，进行0.025mm级湿法筛分，得到粒度小于0.025mm的含锌颗粒和粒度在0.025mm以上的含铁、碳物料；
(2)混合含铁、碳物料与水，调制成浓度为15wt％的第二矿浆，将第二矿浆在螺旋分选机中进行螺旋分选，完成后进行脱水，得到碳产品和铁产品，步骤(1)所得含锌颗粒脱水后得到富锌产品，上述脱水所得水用于调制第一矿浆和/或第二矿浆。
本实施例中高炉瓦斯灰中元素组成包括：锌2.18wt％，铁31.30wt％，碳37.27wt％，氯5.74wt％，水1.53wt％，余量为其它元素。
富锌产品：锌5.01wt％，铁28.03wt％，碳34.67wt％，氯1.95wt％，余量为其他元素；
铁产品：锌1.23wt％；铁45.39wt％，碳25.48wt％，氯0.98wt％，余量为其他元素；
碳产品：锌2.01wt％；铁21.17wt％，碳47.31wt％，氯0.75wt％，余量为其他元素。
实施例5
本实施例提供了一种从高炉瓦斯灰中联合回收锌、铁和/或碳的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将高炉瓦斯灰与水以及六偏磷酸钠混合，调制成浓度为40wt％的第一矿浆，所述第一矿浆中的六偏磷酸钠的浓度为1.5wt％，利用渣浆泵将第一矿浆输送至高频筛，进行0.025mm级湿法筛分，得到粒度小于0.025mm的含锌颗粒和粒度在0.025mm以上的含铁、碳物料；
(2)混合含铁、碳物料与水，调制成浓度为25wt％的第二矿浆，将第二矿浆在螺旋分选机中进行螺旋分选，完成后进行脱水，得到碳产品和铁产品，步骤(1)所得含锌颗粒脱水后得到富锌产品，上述脱水所得水用于调制第一矿浆和/或第二矿浆。
本实施例中高炉瓦斯灰中元素组成包括：锌2.18wt％，铁31.30wt％，碳37.27wt％，氯5.74wt％，水1.53wt％，余量为其它元素。
富锌产品：锌4.89wt％，铁28.52wt％，碳35.22wt％，氯1.91wt％，余量为其他元素；
铁产品：锌1.29wt％；铁45.51wt％，碳26.59wt％，氯0.91wt％，余量为其他元素；
碳产品：锌2.03wt％；铁21.06wt％，碳46.16wt％，氯0.83wt％，余量为其他元素。
实施例6
本实施例提供了一种从高炉瓦斯灰中联合回收锌、铁和/或碳的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将高炉瓦斯灰与水混合，调制成浓度为30wt％的第一矿浆，利用渣浆泵将第一矿浆输送至高频筛，进行0.025mm级湿法筛分，得到粒度小于0.025mm的含锌颗粒和粒度在0.025mm以上的含铁、碳物料；
(2)混合含铁、碳物料与水，调制成浓度为20wt％的第二矿浆，将第二矿浆在螺旋分选机中进行螺旋分选，完成后进行脱水，得到碳产品和铁产品，步骤(1)所得含锌颗粒脱水后得到富锌产品，上述脱水所得水用于调制第一矿浆和/或第二矿浆。
本实施例中高炉瓦斯灰中元素组成包括：锌2.18wt％，铁31.30wt％，碳37.27wt％，氯5.74wt％，水1.53wt％，余量为其它元素。
富锌产品：锌4.04wt％，铁30.51wt％，碳36.61wt％，氯1.99wt％，余量为其他元素；
铁产品：锌1.33wt％；铁44.43wt％，碳31.71wt％，氯0.95wt％，余量为其他元素；
碳产品：锌1.96wt％；铁23.62wt％，碳40.36wt％，氯0.88wt％，余量为其他元素。
对比例1
本对比例提供了一种从高炉瓦斯灰中联合回收锌、铁和/或碳的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将高炉瓦斯灰与水以及六偏磷酸钠混合，调制成浓度为30wt％的第一矿浆，所述第一矿浆中的六偏磷酸钠的浓度为1wt％，利用渣浆泵将第一矿浆输送至高频筛，进行0.02mm级湿法筛分，得到粒度小于0.02mm的含锌颗粒和粒度在0.02mm以上的含铁、碳物料；
(2)混合含铁、碳物料与水，调制成浓度为20wt％的第二矿浆，将第二矿浆在螺旋分选机中进行螺旋分选，完成后进行脱水，得到碳产品和铁产品，步骤(1)所得含锌颗粒脱水后得到富锌产品，上述脱水所得水用于调制第一矿浆和/或第二矿浆。
本对比例中高炉瓦斯灰中元素组成包括：锌2.18wt％，铁31.30wt％，碳37.27wt％，氯5.74wt％，水1.53wt％，余量为其它元素。
富锌产品：锌6.14wt％，铁25.26wt％，碳32.57wt％，氯1.78wt％，余量为其他元素；
铁产品：锌1.35wt％；铁49.15wt％，碳25.13wt％，氯0.95wt％，余量为其他元素；
碳产品：锌1.98wt％；铁21.68wt％，碳45.23wt％，氯0.81wt％，余量为其他元素。
对比例2
本对比例提供了一种从高炉瓦斯灰中联合回收锌、铁和/或碳的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将高炉瓦斯灰与水以及六偏磷酸钠混合，调制成浓度为30wt％的第一矿浆，所述第一矿浆中的六偏磷酸钠的浓度为1wt％，利用渣浆泵将第一矿浆输送至高频筛，进行0.03mm级湿法筛分，得到粒度小于0.03mm的含锌颗粒和粒度在0.03mm以上的含铁、碳物料；
(2)混合含铁、碳物料与水，调制成浓度为20wt％的第二矿浆，将第二矿浆在螺旋分选机中进行螺旋分选，完成后进行脱水，得到碳产品和铁产品，步骤(1)所得含锌颗粒脱水后得到富锌产品，上述脱水所得水用于调制第一矿浆和/或第二矿浆。
本发明实施例1-5以及对比例1-2所用高炉瓦斯灰为同一批次的高炉瓦斯灰，高炉瓦斯灰中元素组成包括：锌2.18wt％，铁31.30wt％，碳37.27wt％，氯5.74wt％，水1.53wt％，余量为其它元素。
本对比例中高炉瓦斯灰中元素组成包括：锌2.18wt％，铁31.30wt％，碳37.27wt％，氯5.74wt％，水1.53wt％，余量为其它元素。
富锌产品：锌5.01wt％，铁30.11wt％，碳34.18wt％，氯1.84wt％，余量为其他元素；
铁产品：锌0.91wt％；铁48.28wt％，碳26.09wt％，氯1.01wt％，余量为其他元素；
碳产品：锌1.83wt％；铁19.23wt％，碳46.83wt％，氯0.85wt％，余量为其他元素。
综上所述，本发明通过0.025mm级的湿法筛分，将高炉瓦斯灰分为含锌颗粒与含铁、碳物料，然后根据铁、碳的密度差以及含铁、碳物料的粒度特点，选用螺旋分选的方法对铁、碳进行分选，从而实现对高炉瓦斯灰中锌、铁和/或碳的分离回收，富锌产品中的锌含量高达6.01wt％，铁产品的中铁含量高达50.45wt％，碳产品中的碳含量高达51.14wt％。本发明所述方法简单易行，易进行工业化推广。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。