出铁口除尘灰加负压堆浸处理的研究

出铁口除尘灰加负压堆浸处理的研究内容摘要：

冶金之家网站 出铁口除尘灰加负压堆浸处理的研究 诸荣孙，潘正国，伊廷锋 (安徽工业大学) 10%的烧结返矿自然筑堆，堆高为 44cm，采用间歇式喷淋(1/2 闲 摘 要：出铁口除尘灰掺入 2 置)，喷淋强度 6～12L/m ·h，室温下加负压堆浸。经过 30 天的堆浸作业后，出铁口除尘灰 浸出渣中的锌含量降低到 0.2561%。采用同样的布液强度用清水淋洗堆浸渣以脱除渣中吸附 的 Na+和 ZnO22-等离子。水洗干净的堆浸渣可返回烧结配料使用，不会对高炉产生锌害。出 铁口除尘灰堆浸脱锌工艺在技术上是可行的。 关 键 词：出铁口除尘灰；负压；堆浸；锌浸出率 0 前言 在钢铁生产各工序中，均有大量的粉尘和污泥产生，其主要品种有：高炉煤气干法除 尘灰、高炉煤气湿法洗涤污泥、出铁口除尘灰、转炉污泥和电炉除尘灰等，其总量要占到企 业钢产量的 4%～7%。如高炉尘泥中主要含铁和碳，一般还含锌和铅等有害元素，具体含量 与进入高炉的原料和冶炼的钢种有关。在钢铁企业，对于锌含量低于 1%的的高炉瓦斯泥、 转炉泥和出铁口除尘灰等一般返回烧结循环利用。但是，这些粉尘或尘泥含有 K、Na 和 Zn 等有害元素，K、Na 和 Zn 在高炉内的循环富集对高炉危害极大[1，2]。因此，对于一个大型钢 铁企业，锌含量高于 1%的含铁粉尘的数量每年达到十几万吨。如何处理这部分尘泥，已是 世界各国钢铁企业节能减排发展循环经济、实行清洁化生产的一个重要课题。目前，国内外 基本都采用火法工艺来脱除钢铁厂含锌尘泥中锌，主要有 Waelz 回转窑工艺[3]、转底炉工艺 [4] 和 Fastment 工艺[5]等。如马钢引进日本的转底炉工艺专利技术处理含铅锌尘泥，投资几亿 元人民币，于 2009 年 7 月正式投入运营，年处理尘泥量近 20 万 t 以上[6]；山东莱钢采用国 内设计的转底炉工艺专利技术处理本公司的含铅锌尘泥，与马钢不同的是采用压团团块。 但是该工艺目前还是起步阶段，存在的主要问题仍在于转底炉薄层炉料操作以及采用膨润 土造球黏结剂生产的高碳球团容易爆裂等问题导致整个工艺的生产率低，能耗高，成本高 同时还存在着设备投资巨大、建设周期长和维护成本高等缺点。而采用氯化焙烧处理钢铁厂 含锌粉尘，对设备的腐蚀过于严重，有些厂已为此而倒闭[7]。B.Asadi zeydabadi[8]采用硫酸浸 出-黄钾铁矾铵法净化-萃取-电极锌工艺来处理高炉含锌粉尘。但酸法在常温常压下的锌铅 浸出率较低(80%左右)，且铁也会大量溶出，酸浸类方法浸渣中的锌含量在 0.5%以上，因 而浸渣作为钢铁厂原料，所含的铁碳也得不到有效利用。所以，本研究根据化学选矿与湿 法冶金的选择性浸出与提取原理，提出采用碱法堆浸-电解工艺处理钢铁厂低锌铅含铁粉尘， 碱法堆浸既能回收铅和锌元素，铁和碳留在浸出渣中，水洗脱碱后的浸出渣又可返回作炼 铁烧结配料使用。整个工艺成为一条资源综合利用、无污染和清洁的碱法堆浸-电解处理钢铁 低铅锌含铁粉尘的新工艺。其次，这一研究也是对含泥量超过 80%的泥质矿物堆浸出的一 种探索和尝试。 1 试验 1.1 试验原理 钢铁企业含锌尘泥中的锌主要以氧化态的形式存在，氧化锌在碱性体系中浸出可以通 过 Zn-H2O 体系的电位-pH 图进行分析，根据相关热力学数据 [9]，计算 Zn-H2O 体系所包含 的各个重要化学反应及其电势 E 和 pH，结果如表 1 所示。 冶金之家网站 根据表 1 计算结果作图，可得 Zn-H2O 体系的电位-pH 图(见图 1)，图中 0、-1、-2 分别表 2lgαZn 示 2 或者 lgαZnO2 。 由图 1 可以看 出，氧化锌既可以 溶于酸性体系中生 成 Zn2+ ， 也 可 以 溶 于碱性体系中生成 ZnO22- ， 因 此 从 热 力学角度看，采用 NaOH 溶 液 浸 出 出 铁口除尘灰中的锌 是可行的。其次， 出铁口除尘灰采用 NaOH 水溶液堆浸出处理，铁与碳不会在氢氧化钠溶液中大量溶出，而锌和铅进入溶液， 净化处理后浸出液可根据铅和锌在碱电解液中析出电位的差别进行选择性电解，先电解提 铅后再电解提锌，电锌后的废电解液用碱调整浓度后直接返回堆浸工序布于堆中；而脱去 锌铅的堆浸渣含铁与碳量升高，经过水洗-脱碱晾干后可作为烧结原料返回烧结使用，脱碱 洗水可补充堆浸出蒸发所消耗的水或用于下一堆配浸出剂溶液。这样，整个工艺就构成了 一条资源综合利用、无污染和清洁的碱法堆浸-电解处理钢铁企业低铅锌含铁粉尘的新工艺。 1.2 试验原料及仪器试剂 1.2.1 试验原料与试剂 试验所用出铁口除尘灰取自某炼铁厂，因为是干法除尘灰，含水量低，粒级在 250～ 74μm，其化学分析结果如表 2 所示。 堆浸用的溶浸剂为氢氧化钠(工业纯)。测定浸出液中锌含量所用的试剂主要有：乙二胺 四乙酸二钠(分析纯)、乙酸钠(分析纯)、乙酸(分析纯)、氟化铵(分析纯)、硫代硫酸钠(分析纯) 及抗坏血酸(分析纯)。 1.2.2 试验设备与试验方法 冶金之家网站 堆浸试验装置为自主设计，主要仪器有耐酸耐碱泵、流量计、PVC 材质的浸出柱及集液 箱等。而常规浸出试验在 500mL 烧杯中进行，采用水浴加热。首先将 250mL NaOH 溶液加 热到指定温度，然后放入 50g 试样，采用磁力搅拌器在 400r/min 的速度下搅拌浸出，浸出 结束后过滤。浸出液(或堆浸液)中锌离子浓度采用 EDTA 容量法测定。 2 试验结果与讨论 2.1 出铁口除尘灰的浸出性能试验结果与讨论 2.1.1 NaOH 浓度对出铁口除尘灰中锌浸出率的影响 在搅拌速度为 400r/min、液固比为 5∶1、浸出温度为 25℃及浸出时间 4h 的条件下，研究 了不同浓度的 NaOH 对出铁口除尘灰中锌浸出率的影响，试验结果见图 2。 由图 2 可以看 出，出铁口除尘灰 的锌浸出率随着 NaOH 浓 度 的 增 加 而升高；除尘灰中 锌 在 2mol/L 的 浓 度下浸出率达到 17.21% ， 而 当 溶 浸 液 浓 度 为 6mol/L 时 锌 的 浸 出 率 也 仅 为 20.87% ， 因 出 铁 口除尘灰含锌量比较低，可以采用 2mol/LNaOH 溶浸剂来进行堆浸出作业。2.1.2 浸出时间 对高炉尘泥中锌浸出率的影响在搅拌速度为 400r/min、液固比为 5∶1、浸出温度为 25℃及溶 浸液 NaOH 的浓度为 2mol/L 的条件下，研究了不同浸出时间对出铁口除尘灰中锌浸出率的 影响，其结果见图 3。 由图 3 可以看出， 在 2mol/L 的 NaOH 溶浸液的条件下，出 铁口除尘灰中锌的浸 出率随着浸出时间的 延长而不断增加，但 是当浸出时间达到 8d 之 后 浸 出 率 增 加 缓慢。 总体而言，出铁 口除尘灰中的锌在 2mol/L 的 NaOH 溶 液中浸出性能比较好，可以借鉴贵金属(如金和银等)堆浸工艺来脱除出铁口除尘灰中的锌。 2.2 出铁口除尘灰加负压堆(柱)浸试验 钢铁厂含锌粉尘的堆浸研究在国内外未见报道。出铁口除尘灰粒级在 250～74μm 范围， 大致和高泥矿堆浸中的泥质颗粒粒径 0.074mm 范围相似。若将出铁口除尘灰单独筑堆浸出， 必然导致出铁口除尘灰堆的密实度增大，容易造成出铁口除尘灰堆泥化板结，影响浸出剂 冶金之家网站 的均匀渗滤以及降低出铁口除尘灰堆的渗透性，甚至板结到浸出剂溶液不能渗流，使堆浸 作业中断。为此，参照高泥矿堆添加疏松物方法 [10，11]来解决出铁口除尘灰不能应用溶浸采 矿法这一难题，采用配入 10%的 3～6.3mm 的烧结矿返矿与出铁口除尘灰混合均匀，进行 筑堆柱浸出或槽浸出试验，解决出铁口除尘灰堆浸出的结块以及布液渗透问题。 称取粒度大于 6.3mm 的成品烧结矿 2kg，装入 Ø250mm×1600mm PVC 管柱浸装置底部 作为垫底料。将 3～6.3mm 的 2.4kg 烧结返矿与 24kg 出铁厂除尘灰机械混匀，装入柱浸出装 置，任其自然堆积，再匀平料柱的横截面，用卷尺测量柱高，柱高为 44cm(不含铺底料)。 配制 NaOH 浓度为 2mol/L 水溶液，共 40L。倒入集液箱中。开启循环泵，调节流量，在室温 下滴淋强度为 8～12L/m2·h，采用滴淋 12h、闲置 12h 的滴淋制度。作业期间锌浸出率与浸出 时间关系曲线如图 4 所示。 出铁口除尘灰 掺烧结返矿筑堆作 业在初期比较顺利 ， 第 5 天下午开始从 柱浸出装置底部渗 流浸出液至集液箱 。 但 在 10d 后 发 现 柱 内灰堆上部表面有 部分溶浸液淤积， 改用滴淋强度为 6 ～ 12L/m2·h 进 行 滴 淋，几乎没有浸出 液回流至集液箱。 于是，采用真空泵在柱堆底部加负压进行强化浸出。加负压浸出后，作业开始正常。作业 30d 后，炉灰内锌含量降到 0.25%左右，满足返回烧结要求。 2.3 堆浸出渣水洗脱碱脱锌 干基出铁口除尘灰的最大吸水率大致在 40%，在堆浸出中必然会吸收 40%左右的浸出 剂水液，而浸出液中含有较多的 Na+与 ZnO22-等离子，伴有 Na 和 Zn 的浸出渣返回烧结配 料烧成烧结矿，烧结矿中的 Na 及 Zn 在高炉内因富集作用会造成不利影响，必须采用清水 淋洗柱中的堆浸出渣以达到脱碱脱锌的目的。水洗脱碱脱锌仍在浸出装置中进行的。首先把 浸出装置中的浸出液取出，将集液槽内清洗干净，倒入足量的清水，清水经过泵打至柱堆 顶部，从底部渗流出洗水，用塑料桶收集洗水。水洗的滴淋制度和强度与堆浸相同，整个 水洗作业是清水滴淋。并定时分析洗水中的锌含量。其结果如图 5 所示。 由图 5 可以看 出：流出的洗水中 的锌含量随着水洗 时间延长逐渐降低， 即堆浸渣残留的浸 出液浓度越来越低， 碱度也越来越低。 在 清 水 洗 6d 之 后 ， 流出的洗水中锌的 冶金之家网站 浓度仅为 0.0519g/L，再用酚酞指示剂溶液检测洗水的碱度，水洗液呈极弱的红色，说明水 洗液的碱度很低。这样就完成一个周期的堆浸出作业。水洗脱碱脱锌后，水洗干净的堆浸出 渣中仅含 0.2561%的锌，在晾干后可以返回作为烧结配料使用，而洗水可以返回配制下一 堆堆浸的溶浸液。 3 结语 通过对高炉尘泥的浸出及堆浸试验研究，可以得出以下结论： 1)出铁口除尘灰的常规浸出性能的研究结果表明，在搅拌速度为 400r/min、液固比为 5∶1、浸出温度为 25℃及浸出时间 4h 的条件下，出铁口除尘灰中锌的浸出率随氢氧化钠浓 度升高而增高；而在搅拌速度为 400r/min，液固比为 5∶1，浸出温度为 25℃及溶浸液 NaOH 的浓度为 2mol/L1 的条件下，出铁口除尘灰中锌的浸出率随着浸出时间的延长而不断增加。 总体来说，出铁口除尘灰中的锌可浸出性