一种含铁原料的资源化处理方法技术

本发明专利技术涉及一种含铁原料的资源化处理方法，在对溶液中的铁、锌进行分离时，通过联合使用锌保护剂和铁形貌控制剂，调节pH和通入氧化剂，使铁离子以氧化铁形式析出，减少氧化铁析出过程中对锌的吸附量，降低铁粉中的锌含量。在对铅钙渣中的铅钙浸出时，使用了同时含有铅强化溶剂、钙溶剂及钙助溶剂的浸出液，使石膏和硫酸铅同时进入溶液中，然后通过调节pH使钙再次与硫酸根结合成石膏析出，同时在高pH(6

【技术实现步骤摘要】
一种含铁原料的资源化处理方法


[0001]本专利技术涉及含铁原料的资源化利用


技术介绍

[0002]铅锌冶炼过程中，会产生包括锌浸出渣、铁矾渣、含铁中和渣等多种含铁的废渣，这些废渣因其铁含量高、成分复杂，缺乏有效的处理方式。锌浸出渣是指在锌冶炼过程中，将含锌原料经过焙烧、浸出等处理后所产生的残渣。通常，含锌原料可以是锌精矿、锌渣、氧化锌矿等。在浸出过程中，通常会使用硫酸、氯化铵等酸性溶液进行浸出，使得其中的锌离子溶解出来，形成含锌的溶液。浸出结束后，将残渣分离出来，残渣中仍含有一定量的锌、铅、铜、铁等金属元素，以及硅、铝、钙、镁等非金属元素。由于残渣中的锌含量较高，因此被称为锌浸出渣。
[0003]锌在锌精矿、锌渣、氧化锌矿等含锌原料中的含量不同，因此锌浸出渣中的锌含量也不同。一般来说，锌浸出渣中锌含量在20
‑
30％左右(有些锌浸出渣中锌含量低至10％以下)，铅含量通常在5
‑
15％，二氧化硅含量通常在10
‑
20％，铁含量通常在15
‑
25％。锌浸出渣中的锌以氧化锌、硫化锌的形式存在，但也少量其他形式的锌。铅硅铁是锌浸出渣中的主要元素，它们的具体含量与原料来源、浸出条件等因素有关。锌浸出渣中含有多种有害元素和有价元素，对环境和资源都具有潜在的影响。因此，对锌浸出渣的处理一直是锌冶金领域的研究热点。目前，锌浸出渣的处理方法主要包括为火法处理方式，通过火法处理来回收其中的有用成分。
[0004]火法处理是指将原料在高温下进行加热、熔融或氧化反应，以分离出目标金属的一种处理方式，主要包括侧吹炉工艺、烟化炉工艺、回转窑工艺等。其中，侧吹炉是一种利用氧气气流在高温条件下将废渣和金属分离的处理设备。锌浸出渣的侧吹炉处理工艺一般包括以下步骤：
①
将锌浸出渣粉碎；
②
将粉碎后的锌浸出渣送入侧吹炉中，在高温条件下利用氧气气流将渣中的金属分离出来，产生金属屑和气体废气；
③
将产生的金属屑进行收集和处理，采用磁选、浮选等方式将其中的有色金属和铁分离出来；
④
将产生的气体废气通过除尘、脱硫等处理方式进行净化。侧吹炉工艺虽然可分离出锌浸出渣中的有价元素，但能耗较高，需要使用大量氧气，成本高；同时易产生二次污染，废气中可能会含一些有害物质，如二氧化硫等，进一步处理时容易产生二次污染。
[0005]其中，回转窑是一种旋转的筒体，通过旋转将物料进行加热、干燥、煅烧等处理。回转窑处理锌浸出渣的工艺一般包括
①
去除其中的杂质和水分；
②
送入回转窑；
③
高温煅烧，使锌浸出渣中的有用物质开始分离和回收，同时也会产生大量的废气和粉尘。
④
将煅烧后的产物从回转窑中排出，经冷却和粉碎后，得到最终的产品。
⑤
废气处理：对回转窑产生的废气和粉尘无害化处理。回转窑处理虽然具有高效性和高回收率，较环保，但其能耗仍然较高，对回转窑加热的电能和燃料消耗大，操作不当易引发事故；此外，回转窑处理锌浸出渣需要建设专门的生产线和设备，投资成本较高。
[0006]综上所述，目前对锌浸出渣(包括其他的含铁原料等)等通常是火法处理(包括侧
吹炉、烟气炉和回转窑等)，将原料加热到1000℃左右，利用铁、钙、镁、硅等元素熔点高难挥发的特点，将易挥发的铅、锌等元素以气体的形式实现与铁、钙、镁、硅等元素的分离。该方法虽然可以回收含铁原料中的铅、锌等元素，但存在如下问题：
[0007](1)铁、钙、镁、硅等元素无法相互分离，会形成共熔物的废渣，废渣中铁含量较低无法达到铁精矿粉的要求，无法回收废渣中的铁元素。
[0008](2)铅、锌以气体的形式回收，再通过冷凝富集为次氧化锌，但是次氧化锌中同时含有铅、锌化合物，并且组成具有随机性，不固定，需要进行二次加工才能获得铅、锌的工业产品。
[0009](3)对于含有硫酸盐的含铁原料，火法回收过程中硫会转化为二氧化硫等酸性气体，需要通过尾气处理来净化尾气，造成潜在的环境污染和较高的环保处理费用。
[0010]尽管火法工艺有如此多的问题，但是现有的大部分含铁原料仍采用火法处理。究其原因，主要是现有的湿法体系中，锌、铁是很容易共沉积的元素，缺乏有效的方法，使溶液中锌、铁元素相互分离，获得的锌、铁产品纯度较低，无法达到相应的产品要求。

技术实现思路

[0011](一)要解决的技术问题
[0012]鉴于现有技术的上述缺点、不足，本专利技术提供一种含铁原料的资源化处理方法，通过添加适当的溶剂和设计特定处理步骤，使溶液中锌铁实现相互分离，并转化为符合国标的产品，解决了湿法处理中锌铁难分离的问题。
[0013](二)技术方案
[0014]本专利技术提供一种含铁原料的资源化处理方法，其包括：
[0015]S1、将含铁原料与酸溶液混合反应，以将含铁原料中金属元素M浸出，金属元素M是能够与酸结合后形成可溶性盐的金属元素；浸出后，金属元素M进入酸解液中，获得酸解液和铅钙渣；金属元素M为包括锌、铁、锰、镁、镉、镍和铜；反应温度为0
‑
110℃，pH值为
‑
2至3；
[0016]S2、将酸解液通过变温结晶、浓缩结晶及添加惰性盐的一种或两种以上的组合方式，使酸解液中部分锌、铁、锰、镁、镉、镍、铜元素结晶为沉淀，固液分离后，得到含铁沉淀与结晶母液；
[0017]所述含铁沉淀是含有锌铁元素的硫酸盐、硝酸盐、氯化物、高氯酸盐或乙酸盐；或者所述含铁沉淀是含有锌铁碱盐离子的硫酸复盐、硝酸复盐、氯化物、高氯酸复盐或乙酸复盐；所述碱盐离子为钾、钠或铵离子；
[0018]S3、将含铁沉淀或其水溶液加到沉铁溶液中，通入氧化剂进行氧化反应，铁元素转化为氧化铁粉，经分离后，锌元素保留在除铁溶液中，得到氧化铁粉与除铁溶液；所述沉铁溶液中含有锌保护剂、铁形貌控制剂和惰性盐；所述反应温度为0至110℃，pH值为5
‑
13；
[0019]所述氧化铁粉是氢氧化铁、氧化铁、四氧化三铁、水合氧化铁的一种或两种以上的组合；
[0020]所述氧化剂为空气、氧气、双氧水、高锰酸钾、二氧化锰及二氧化铅中的一种或两种以上的组合；所述锌保护剂是能够和锌离子形成强结合的络合物且形成的锌络离子的价态大于+2或小于
‑
2的络合剂；所述铁形貌控制剂是能够和三价铁离子形成弱结合的络合物且形成的铁络离子在沉铁液中浓度低于1*10
‑5mol/L的络合剂；
[0021]S4、对S3产生的除铁溶液采用锌盐沉淀或电解的方式的去除锌；
[0022]电解的方式为：向除铁溶液中通入直流电，在阴极产生金属锌；
[0023]锌盐沉淀方式为：通过调节除铁溶液的pH和/或调节温度，将除铁溶液中的锌转化为锌盐沉淀，得到除锌溶液(锰、镁、镉、镍、铜留在其中)；反应温度为0至110℃，pH值为4至12；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含铁原料的资源化处理方法，其特征在于，其包括：S1、将含铁原料与酸溶液混合反应，以将含铁原料中金属元素M浸出，金属元素M是能够与酸结合后形成可溶性盐的金属元素；浸出后，金属元素M进入酸解液中，获得酸解液和铅钙渣；金属元素M为包括锌、铁、锰、镁、镉、镍和铜；反应温度为0
‑
110℃，pH值为
‑
2至3；S2、将酸解液通过变温结晶、浓缩结晶及添加惰性盐的一种或两种以上的组合方式，使酸解液中部分锌、铁、锰、镁、镉、镍、铜元素结晶为沉淀，固液分离后，得到含铁沉淀与结晶母液；所述含铁沉淀是含有锌铁元素的硫酸盐、硝酸盐、氯化物、高氯酸盐或乙酸盐；或者所述含铁沉淀是含有锌铁碱盐离子的硫酸复盐、硝酸复盐、氯化物、高氯酸复盐或乙酸复盐；所述碱盐离子为钾、钠或铵离子；S3、将含铁沉淀或其水溶液加到沉铁溶液中，通入氧化剂进行氧化反应，铁元素转化为氧化铁粉，经分离后，锌元素保留在除铁溶液中，得到氧化铁粉与除铁溶液；所述沉铁溶液中含有锌保护剂、铁形貌控制剂和惰性盐；所述反应温度为0至110℃，pH值为5
‑
13；所述氧化铁粉是氢氧化铁、氧化铁、四氧化三铁、水合氧化铁的一种或两种以上的组合；所述氧化剂为空气、氧气、双氧水、高锰酸钾、二氧化锰及二氧化铅中的一种或两种以上的组合；所述锌保护剂是能够和锌离子形成强结合的络合物且形成的锌络离子的价态大于+2或小于
‑
2的络合剂；所述铁形貌控制剂是能够和三价铁离子形成弱结合的络合物且形成的铁络离子在沉铁液中浓度低于1*10
‑5mol/L的络合剂；S4、对S3产生的除铁溶液采用锌盐沉淀或电解的方式的去除锌；电解的方式为：向除铁溶液中通入直流电，在阴极产生金属锌；锌盐沉淀方式为：通过调节除铁溶液的pH和/或调节温度，将除铁溶液中的锌转化为锌盐沉淀，得到除锌溶液；反应温度为0至110℃，pH值为4至12；S5、将锌盐沉淀溶解在含有锌溶剂的循环碳化溶液中，控制pH值在6.0
‑
12.0，随后过滤去除杂质获得净化锌溶液；将净化锌溶液调节pH值至5.0
‑
11.0，碳化处理，使锌转化为碳酸锌沉淀与循环碳化溶液，循环碳化溶液在本步骤中循环使用。2.根据权利要求1所述的含铁原料的资源化处理方法，其特征在于，当所述含铁原料中含有铅钙化合物时，所述处理方法还包括步骤S6
‑
S8，具体如下：S6、将S1产生的铅钙渣与含有铅强化溶剂、钙溶剂、钙助溶剂及惰性盐的浸出液混合反应，使铅钙渣中的铅元素和钙元素溶解出来，分离后得到尾渣和铅钙溶液；反应温度为0至110℃，pH值为7至13；所述铅强化溶剂是对铅离子具有强络合能力的含硫络合剂；所述铅强化溶剂是半胱氨酸、胱氨酸、巯基丙酸、巯基丙醇、巯基乙醇、巯基甲硫氨酸、甲巯咪唑等中的一种或两种以上的组合，在反应体系中的加入量为0.01
‑
500g/L；S7、将S6产生的铅钙溶液pH调至6
‑
12，使溶液中的钙以硫酸钙的形式分离出来，分离得到石膏沉淀与含铅溶液；石膏沉淀是二水硫酸钙、半水硫酸钙、无水硫酸钙中的一种或两种以上的组合；S8、向S7产生的含铅溶液通入碳源，将铅转化为碳酸铅沉淀，分离后得到碳酸铅与循环浸出液；循环浸出液返回至S6中作为浸出液；
所述碳源是二氧化碳、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸钾、碳酸氢钾中的一种或两种以上的组合，在反应体系中的加入量为0.01
‑
500g/L。3.根据权利要求1所述的含铁原料的资源化处理方法，其特征在于，S1中，所述酸溶液为硫酸溶液、硝酸溶液、亚硫酸溶液、高氯酸溶液、盐酸溶液中的一种或两种以上的组合；所述含铁原料为含有锌铁元素的废渣，所述废渣包括铅/锌/铜冶炼过程中产生的含铁中和渣、铁矾渣、锌浸出渣、次氧化锌、炼钢飞灰、含锌炉灰中的一种或两种以上的组合。4.根据权利要求1所述的含铁原料的资源化处理方法，其特征在于，S1中，所述酸溶液中添加有惰性盐和催化剂；所述催化剂是钴、锰的硫酸盐、硝酸盐、氯化物、高氯酸盐、乙酸盐、碳酸盐中的一种或两种以上的组合，在反应体系中的加入量为0.01
‑
500g/L；所述惰性盐是钾/钠/铵/三价铁/二价铁/锌的硫酸盐、硝酸盐、氯化物、高氯酸盐、乙酸盐、碳酸盐中的一种或两种以上的组合，在反应体系中的加入量为0.01
‑
500g/L。5.根据权利要求1所述的含铁原料的资源化处理方法，其特征在于，S2中，结晶温度为
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【专利技术属性】
技术研发人员：张超，武占月，刘军飞，王大汇，康荣灿，
申请(专利权)人：北京中金瑞丰环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：