高炉瓦斯泥中锌综合回收新工艺研究

摘要

在高炉炼铁过程中每年会产出大量的瓦斯泥副产品，其成分复杂，含铁较低、含锌较高。返回烧结配料会影响烧结料层的透气性及降低烧结矿含铁品位，同时在炼铁过程中锌不断积累，易在高炉上部结瘤而降低高炉使用寿命。目前，这些含锌高的瓦斯泥主要是采用回转窑挥发法回收锌，但该法存在能耗高、污染大、易结窑等缺点。而攀钢钛白粉厂硫酸法生产钛白粉时产出大量的高浓度废硫酸，目前没有得到有效处理。针对攀钢这一特点，选用废酸作为浸出剂，提出浸出-中和-萃取-电积工艺回收瓦斯泥中的锌。本文对废酸浸出、中和沉铁、溶剂萃取、除油等工序做了较系统的研究，得到高纯度的锌板。
　　 废酸浸出过程通过研究酸用量、温度、液固比、反应时间等得到浸出优化条件为:废酸用量855L废酸/t瓦斯泥(即酸度维持65g/L)、常温、液固比4mL/g、反应时间2h。在优化条件下，可得锌、铁的平均浸出率分别为97.94％和6.52％，达到较好的浸出效果。酸浸液总铁含量在8g/L左右，其中Fe2+约5g/L，选择采取类针铁矿法进行除铁，其优化条件为:用石灰石作为中和剂、氧化剂用量为1.3倍理论量的双氧水、除铁温度50℃，铁可以基本被除去，同时锌的损失率控制在2.90％。
　　 除铁后液含Zn2+30g/L左右，还含有少量的Cu2+、Ni2+、Co2+、Cd2+等有害杂质，本文采取萃取工艺进行富集和提纯锌。通过试验研究选取三级逆流萃取、两级逆流洗涤、两级逆流反萃的萃取工艺可以达到较好的效果。其优化工艺条件为:萃取有机相为40％P204+260#煤油、相比为2∶1、温度为40℃;洗涤用废电解液加去离子水作为二级洗涤水(pH≈2)、相比为5∶1、温度为40℃、二级洗涤水返回一级洗涤;反萃用含H2SO4160 g/L，Zn2+50g/L废电解液作为反萃剂、相比为4～5∶1、温度为40℃。三级萃取锌的总萃取率为57.03％，反萃率为99.83％，萃取平衡pH为0.35左右，所得反萃后液含Zn2+90g/L，H28O4100g/L左右。
　　 反萃后液采取纤维球+两次活性炭(2g/L)除油方法，可以使反萃后液中有机物含量降低到合格水平。除油后的反萃液进行电积，得到电锌板含锌99.97％，电流效率90.48％，如不考虑锌板中铝超标的情况下，锌板含锌有望达到99.99％以上。
　　 通过四次循环浸出、中和、萃取、电积综合试验研究可知，循环试验可以平稳地进行下去，所得锌板致密光滑。锌的综合回收率为85.82％，平均电流效率在90.56％左右。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 高炉瓦斯泥简介

1．1．1 矿物组成

1．1．2 矿物特点

1．2 高炉瓦斯泥利用现状

1．2．1 瓦斯泥直接堆放

1．2．2 瓦斯泥直接内循环利用

1．2．3 瓦斯泥中铁、碳回收利用

1．3 含锌高炉瓦斯泥回收处理工艺

1．3．1 物理分离方法

1．3．2 火法处理高炉瓦斯泥

1．3．3 湿法处理高炉瓦斯泥

1．3．4 联合处理工艺

1．4 课题的提出及研究内容

1．4．1 课题的提出

1．4．2 研究内容

第二章 试验原料、内容及方法

2．1 试验原料成分

2．2 试验原料的矿物特征

2．3 工艺流程选择

2．4 试验试剂及装置

2．4．1 试验过程所用主要试剂

2．5．1 试验所用主要仪器及装备

2．5 试验研究方法

2．5．1 高炉瓦斯泥废酸浸出实验

2．5．2 酸性浸出液中和氧化沉铁

2．5．3 除铁后液溶剂萃取

2．5．4 反萃后液除油及电积

2．5．5 综合循环试验

2．6 试验分析方法

2．6．1 固体试样锌、铁的测定

2．6．2 溶液中锌、铁的测定

2．6．3 酸度的测定

2．6．4 pH值的测定

2．6．5 其它元素分析

2．7 试验检测方法

第三章 实验原理

3．1 废酸浸出

3．2 中和除杂

3．3 溶剂萃取

第四章 瓦斯泥废酸浸出及除铁工艺研究

4．1 瓦斯泥浸出正交试验

4．2 瓦斯泥浸取过程最佳工艺条件的确定

4．2．1 废酸用量对瓦斯泥浸出影响

4．2．2 反应温度对瓦斯泥浸出影响

4．2．3 液固比对瓦斯泥浸出效果影响

4．2．4 反应时间对瓦斯泥浸出效果影响

4．3 中和氧化沉铁

4．3．1 中和方案的选择

4．3．2 操作方式的选择

4．3．3 氧化剂用量

4．3．4 沉铁温度的影响

4．4 本章小结

第五章 除铁后液溶剂萃取及电积工艺研究

5．1 溶液成分

5．2 P204萃取工艺条件确定

5．2．1 萃取剂浓度的确定

5．2．2 萃取温度的确定

5．2．3 萃取相比(O／A)的确定

5．2．4 萃取级数的确定

5．2．5 洗涤及反萃条件的确定

5．3 反萃后液除油及电积

5．4 本章小结

第六章 高炉瓦斯泥处理工艺循环实验

6．1 浸出循环试验

6．2 除铁循环试验

6．3 萃取循环试验

6．4 电积试验

第七章 结论及建议

7．1 结论

7．2 建议

参考文献

致谢

攻读学位期间的主要研究成果