湿法炼锌窑渣铁精矿综合利用研究

摘要

长期以来，湿法炼锌窑渣一直堆存处理，占用土地、浪费资源且污染环境。近十余年来，国内开发了重选与磁选结合处理窑渣的技术，分选出含碳组分作为燃料利用，铁精矿作为炼铅熔剂或炼铁原料，尾矿用于水泥生产，这一技术已在全国推广，历史上堆存及新近产生的窑渣，大部分已得到利用。窑渣铁精矿富含Ag、 Cu及In、Ge和Ga等有价金属，作为炼铅熔剂利用，其中所含有价金属能得到部分回收，但由于烧结-鼓风炉炼铅工艺逐渐淘汰，这一方面的应用日渐消失;作为炼铁原料，由于其含硫、锌和砷等较高只能少量掺用，同时，其中所含的有价金属得不到利用，因此开展窑渣铁精矿综合利用研究意义重大。
　　本研究针对窑渣铁精矿的化学及物相组成，基于HCl浸出及FeCl2喷雾热解技术，提出了一种窑渣铁精矿综合利用新工艺，对其进行了系统研究，主要内容包括:①浸出过程热力学分析。考察了各主要元素的溶解性能以及盐酸浓度变化对其所产生的影响;②浸出试验。研究了浸出时间、盐酸浓度、温度、液固比等对Fe、Ag、Cu、Pb、As、Zn浸出率的影响;③浸出中SiO2溶解及其影响。④铁粉置换铜、银试验;⑤氯化亚铁溶液喷雾热解制备氧化铁粉探索试验。
　　研究表明:实验原料中主要元素于盐酸溶液中均能浸出，随着盐酸浓度增加其溶解度逐渐上升;在时间120 min、盐酸浓度6 mol/L、反应温度60℃、液固比10∶1 mL/g、搅拌速度300 r/min的最佳浸出条件下，Fe、Ag、 Cu、Pb、As和Zn的浸出率分别为92.21％、99.95％、95.07％、99.34％、88.59％、57.92％;在最佳条件下，考察机械活化对浸出行为的影响，显示机械活化能增加各元素初始浸出速率，对最终浸出率不产生影响;在液固比5∶1 mL/g，其他条件与最佳条件相同的条件下，经两段逆流浸出，Fe、Ag、 Cu、Pb、As和Zn的浸出率分别为94.15％、96.78％、97.72％、95.14％、95.80％、87.74％，一段浸出液的残酸降低到0.19 mol/L;浸出过程中SiO2会部分溶解阻碍各元素的浸出，其影响大小顺序为:Cu＞As＞Ag＞Pb＞Zn＞Fe;铁粉还原试验表明，Ag、Cu还原速率比较快，升高温度有助于提高各金属的还原率，铁粉过量系数为1.5、pH值为0.5时置换效果最好;喷雾热解试验表明，在900℃温度下，制备的氧化铁粉表面光洁、球形度好、粒度分布较窄且细小。

目录

声明

摘要

1 前言

2 文献综述

2．1 湿法炼锌

2．1．1 常规浸出法

2．1．2 黄钾铁矾法

2．1．3 针铁矿法

2．1．4 赤铁矿法

2．1．5 氧化锌矿的直接浸出

2．1．6 硫化锌精矿氧压浸出

2．2 湿法炼锌渣

2．2．1 常规浸出渣

2．2．2 高浸渣

2．2．3 铜镉渣、镍钴渣

2．2．4 铅银渣

2．2．5 窑渣

2．3 盐酸浸出

3 试验研究方法

3．1 试验原料

3．2 试验设备及试剂

3．3 试验流程

3．3．1 盐酸浸出试验

3．3．2 铁粉置换试验

3．3．3 喷雾热解试验

3．3．4 主要指标计算

3．4 分析与检测方法

3．4．1 铁的分析

3．4．2 酸度分析

3．4．3 其他元素分析

3．4．4 样品表征及检测

4 浸出热力学

4．1 模型的建立及其热力学数据

4．1．1 主要反应及其平衡常数计算式

4．1．2 计算数学模型

4．1．3 热力学数据

4．2 窑渣铁精矿盐酸浸出热力学

4．2．1 Fe-Cl--H2O系E-pH优势区图

4．2．2 FeO，FeS，FeSiO3-H2O系

4．2．3 FeO-Cl--H2O系

4．2．4 FeS-Cl--H2O系

4．2．5 FeSiO3-Cl--H2O系

4．2．6 窑渣铁精矿中各氧化物的溶解热力学

4．2．7 MxOy-Cl--H2O溶解热力学及优势组分图

4．3 本章小结

5 盐酸浸出

5．1 实验结果及讨论

5．1．1 各元素浸出与浸出时间的关系

5．1．2 各元素浸出与浸出剂浓度的关系

5．1．3 各元素浸出与反应温度的关系

5．1．4 各元素浸出与液固比的关系

5．1．5 最优条件浸出

5．2 机械活化

5．2．1 试验结果及讨论

5．2．2 机械活化浸出渣

5．3 两段逆流浸出

5．3．1 实验结果及分析

5．3．2 两段逆流浸出渣

5．4 本章小结

6 SiO2溶解热力学分析及其对浸出的影响

6．1 无定型SiO2的析出及热力学分析

6．1．1 无定型SiO2的析出

6．1．2 无定型SiO2溶解热力学分析

6．2 沉硅实验

6．3 初始硅浓度对浸出的影响

6．4 本章小结

7 铁粉还原探索性试验

7．1 实验原料

7．2 理论分析

7．2．1 净化热力学分析

7．2．2 铁粉理论消耗量

7．3 铁粉还原试验

7．3．1 温度对铁粉置换过程的影响

7．3．2 铁粉过量系数对铁粉置换过程的影响

7．3．3 溶液初始pH值对置换过程的影响

7．4 本章小结

8 喷雾热解制备氧化铁粉探索性研究

8．1 实验结果与分析

8．1．1 粉末颗粒的形成机理

8．1．2 实验温度对粉体制备的影响

8．1．3 前驱体溶液浓度对粉体制备的影响

8．1．4 雾化功率对粉体制备的影响

8．1．5 载气流量对粉体制备的影响

8．1．6 溶液流量对粉体制备的影响

8．2 本章小结

9 结论与建议

9．1 主要结论

9．1．1 浸出热力学

9．1．2 盐酸浸出

9．1．3 铁粉还原

9．1．4 喷雾热解

9．2 建议

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢