堿法處理轉(zhuǎn)爐富鋅鉛爐灰工藝特點(diǎn)分析

文_申瑞 山西沁潤澤環(huán)?？萍加邢薰?/p>

針對(duì)轉(zhuǎn)底爐富鋅鉛爐灰的二次利用技術(shù)于1978 年開始投入使用，至今已形成了一定的規(guī)模，并產(chǎn)生了極高的商業(yè)價(jià)值。相關(guān)技術(shù)經(jīng)過不斷完善，通過堿法選擇性浸出-電解新工藝對(duì)轉(zhuǎn)底爐富鋅鉛爐灰進(jìn)行直接的鋅提取，可實(shí)現(xiàn)利用較短的生產(chǎn)流程完成鋅的高回收率，并有效控制了回收過程對(duì)周邊環(huán)境的影響，對(duì)降低生產(chǎn)成本、提倡環(huán)保節(jié)能、協(xié)調(diào)生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

1 堿法浸出技術(shù)的特點(diǎn)

做為礦物生產(chǎn)中的一項(xiàng)重要技術(shù)，堿法浸出工藝可以有效促進(jìn)礦物質(zhì)的分離，提升礦物提取品質(zhì)和利用率，更好地發(fā)揮礦物質(zhì)的價(jià)值。首先，堿法浸出工藝可以降低整體開采的下限，將傳統(tǒng)提取方式中無法獲取的物質(zhì)更有效地提取出來，將原本的礦物殘?jiān)D(zhuǎn)化為要利用物質(zhì)，提高資源的利用率；其次，由于提高了對(duì)礦物資源的提取利用率，使傳統(tǒng)礦物生產(chǎn)帶來的環(huán)境污染問題得到了更好的控制；第三，由于堿法浸出工藝操作流程簡(jiǎn)單、速度快，使得相關(guān)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的消耗少、效率高，對(duì)周邊環(huán)境影響小，目前我國在重金屬開發(fā)領(lǐng)域受到了普遍認(rèn)可和重視。

2 堿法處理實(shí)驗(yàn)

本文以馬鋼三鐵總廠轉(zhuǎn)底爐爐灰為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，就堿法浸出提取其中的鋅物質(zhì)的相關(guān)工藝進(jìn)行分析。

2.1 實(shí)驗(yàn)原料

馬鋼三鐵總廠轉(zhuǎn)底爐爐灰，為白色袋灰和淡紫色鍋灰，顆粒粒度＜140 目，屬揮發(fā)煙塵。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 主要實(shí)驗(yàn)試劑

乙酸-乙酸鈉緩沖溶液(pH5．5 ～6．0)：用水溶解47．67g無水乙酸鈉，并加入5mL 冰乙酸稀釋至500mL，搖勻制成。

鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液(2mg/mL)：用500mL 燒杯將2g 金屬鋅與1：1鹽酸充分溶解后，用水稀釋至1000mL，搖勻制成。

鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液(lmg/mL)：稱取1．598g 硝酸鉛，與1%濃度硝酸溶液一起倒入1000mL 容量瓶中稀釋至刻度制成。

EDTA 標(biāo)準(zhǔn)溶液1 (滴定鉛)：在燒杯中倒入3．50g 乙二胺四乙酸二鈉，并加水稀釋至1000mL，充分溶解搖勻，采用鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定。

鋅鉛總量EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液：在500mL容量的燒杯中倒入20g二胺乙酸鈉，加水溶解稀釋至1000mL 后用鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定。

重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液：在100mL 容量的燒杯中放入用固定質(zhì)量稱量法準(zhǔn)確稱取的在150 ～180℃下烘干2h 的K2Cr2O7固體，加入50mL 水?dāng)嚢柚镣耆芙夂筠D(zhuǎn)移至250mL 容量瓶中，用水稀釋至刻度搖勻。

2.2.2 爐灰中鋅成分含量分析方法原理

采用的是EDTA 滴定法測(cè)定實(shí)驗(yàn)材料中的鋅成分。向過濾硫酸鉛后的溶液中滴入氨水，待其中的氫氧化鐵完全沉淀后進(jìn)行抽濾，保留氫氧化鐵沉淀物進(jìn)行鐵的測(cè)定。同時(shí)將濾液倒入pH5．0 ～6．0 的乙酸-乙酸鈉緩沖溶液中用EDTA 標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，指示劑為二甲酚橙。相關(guān)分析采用的公式為：

2.2.3 爐灰樣品元素含量測(cè)定

根據(jù)以上分析原理，對(duì)實(shí)驗(yàn)用馬鋼轉(zhuǎn)底爐灰的成分進(jìn)行分析。樣品需經(jīng)過取樣研磨，在烘箱中以105℃烘烤24h 的前處理，前處理完成后置于干燥皿中待用。

稱取0．2～0．5g 爐灰放入150mL 容量燒杯中，加入少量水和15mL 鹽酸，在低溫電爐上加熱溶解后蒸發(fā)至3 ～5mL，再加入10mL 硝酸繼續(xù)加熱數(shù)分鐘后冷卻，再加入1：1 硫酸30mL，繼續(xù)加熱至冒濃煙，保持5min 后取出冷卻，用50mL 蒸餾水淋洗杯壁后，加熱煮沸2min，放置2h 或過夜后用定性濾紙過濾，再用10%硫酸洗液洗滌燒杯和沉淀各4 ～5 次，再將沉淀連同濾紙放入原燒杯中加入50mL 乙酸-乙酸鈉緩沖溶液加熱，至沸騰后保持5min，待硫酸鉛沉淀完全溶解后取出冷卻，再向?yàn)V液中滴入氨水，使其中的氫氧化鐵完全沉淀，再加熱煮沸2min后冷卻過濾，將冷卻后的濾液倒入裝有10mL 氨水的250mL 容量瓶中，吸取其中的25mL 濾液置于一個(gè)250mL 容量錐形瓶中，加入0．1g 氟化銨加熱煮沸，蒸發(fā)其中大部分氨后取出冷卻，再加入0．5g 亞硫酸鈉、0．2g 抗壞血酸和0．1%甲基橙指示劑1 滴，用1：1 的鹽酸和氨水調(diào)整溶液至橙色。再加入1．g 硫脲和20mL 乙酸-乙酸鈉緩沖溶液，同時(shí)加水稀釋至100mL，加入0．2%二甲酚橙指示劑3 ～4 滴，用EDTA 標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液由酒紅色變?yōu)榱咙S色為終點(diǎn)。根據(jù)以下公式對(duì)樣品中的鋅含量進(jìn)行計(jì)算：

其中T—EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)鉛的滴定度(g/mL)；V—滴定消耗EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液體積(mL)；m—爐灰質(zhì)量(g)。

2.2.4 爐灰鋅元素含量分析結(jié)果

根據(jù)以上分析方法，獲得實(shí)驗(yàn)用馬鋼爐灰中鋅元素含量占比為45．36%，屬于富鋅爐灰，可通過堿法處理提取其中的鋅元素，加工成具有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的生產(chǎn)原料。

3 堿法處理轉(zhuǎn)爐富鉛鋅爐灰工藝

3.1 工藝原理

根據(jù)以上成分分析可知，轉(zhuǎn)底爐爐灰的成分以鋅為主，根據(jù)化學(xué)浸出原理，采用NaOH 溶液可對(duì)其中的鋅成分進(jìn)行選擇性浸出，同時(shí)在氫氧化鈉溶液中因鋅元素的析出電位不同導(dǎo)致兩種元素出現(xiàn)電沉積的時(shí)間不同，由此可通過電解鉛后再電解鋅的方法進(jìn)行鋅元素的提取，因此確定堿浸出-電解法回收鋅的工藝流程如圖1 所示。

圖1 堿法處理轉(zhuǎn)底富鉛鋅爐灰工藝流程

3.2 堿法處理轉(zhuǎn)爐富鉛鋅爐灰工藝分析

3.2.1 NaOH濃度對(duì)鋅浸出率的影響

采用液固比為11：1、浸出溫度60℃、浸出時(shí)間9h 及中等攪拌速率的試驗(yàn)條件，對(duì)NaOH 溶液濃度浸出鋅的情況進(jìn)行數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，隨著NaOH 溶液濃度的不斷增加，爐灰中鋅的浸出率隨之增加，但是當(dāng)NaOH 溶液達(dá)到時(shí)，鋅的浸出率達(dá)到最高，由此可以確定NaOH 溶液的濃度控制在，可以在液固比為11：1、浸出溫度60℃、浸出時(shí)間9h 及中等攪拌速率的條件下獲得最佳的浸出率。

3.2.2 液固比變化對(duì)鋅浸出率的影響

采用浸出溫度60℃、 NaOH 濃度、浸出時(shí)間9h 及中等攪拌速度的試驗(yàn)條件，對(duì)液固比變化浸出爐灰鋅的情況進(jìn)行數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，隨著液固比的增加，爐灰中鋅的浸出率隨之增加。同時(shí)，液固比越大，浸出過程中NaOH 的消耗量也隨之增加，由此確定液固比為11：1。

3.2.3 浸出溫度對(duì)鋅浸出率的影響

采用液固比為11：1、NaOH 濃度、浸出時(shí)間9h 及中等攪拌速率的試驗(yàn)條件，對(duì)浸出溫度變化浸出爐灰鋅的情況進(jìn)行數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)浸出溫度不斷升高的過程中，爐灰中的鋅浸出率隨之升高，當(dāng)浸出溫度達(dá)到60℃時(shí)，浸出率達(dá)到最高，當(dāng)浸出溫度高于60℃時(shí)，隨著溫度的繼續(xù)升高，鋅的浸出率呈逐漸下降趨勢(shì)。由此可以確定60℃為爐灰鋅浸出最佳溫度。

3.2.4 浸出時(shí)間對(duì)鋅浸出率的影響

采用液固比為11：1、NaOH 濃度、浸出溫度60℃及中等攪拌速率的試驗(yàn)條件，對(duì)浸出時(shí)間變化浸出爐灰鋅的情況進(jìn)行數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)浸出時(shí)間在0 ～3h 時(shí)，鋅的浸出量增長較快，當(dāng)浸出時(shí)間達(dá)到3 ～9h 時(shí)，鋅的浸出量增長逐漸緩慢。由此確定9h 為爐灰鋅浸出最佳時(shí)間。

4 結(jié)語

通過回收利用鋼鐵廠生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的富鋅粉塵，不僅可以有效解決鋅資源日趨緊張的問題，還有利于環(huán)境的保護(hù)，是可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。針對(duì)富鋅鉛爐灰中鋅元素的提取，相關(guān)技術(shù)人員經(jīng)過長時(shí)間的探索和研究，總結(jié)出了行之有效的堿法浸出-電積工藝。馬鋼三鐵總廠轉(zhuǎn)底爐爐灰進(jìn)行堿法浸出工藝參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)底爐爐灰中鋅浸出率的影響的相關(guān)實(shí)驗(yàn)證明，轉(zhuǎn)底爐袋灰的最佳浸出工藝條件為：袋灰粒度＜140 目，氫氧化鈉濃度為5mol/L、浸出溫度為60℃、液固比為11：1、浸出時(shí)間為9h，在此條件下鋅的浸出率可達(dá)到大于75%。由此說明采用堿法浸出工藝進(jìn)行富鋅粉塵的鋅元素提起取，可以創(chuàng)造較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，同時(shí)對(duì)于環(huán)境治理有一定的幫助，是目前較為先進(jìn)的工藝，符合我國可持續(xù)發(fā)展的需求。