机械活化对高炉炼铁烟尘中锌浸出的影响.pdf

2 0 1 4 年第4 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 7 d o i l o ．3 9 6 9 ／j ．i 豁n ．1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 1 4 ．0 4 ．0 0 3 机械活化对高炉炼铁烟尘中锌浸出的影响 姜艳1 ，孙丽达1 ，黄卉2 ，李自静1 ，冯绍平1 ，黄兆龙1 1 ．红河学院理学院，云南蒙自6 6 1 1 0 0 ；2 ．昆明冶金高等专科学校冶金材料学院，昆明6 5 0 0 3 3 摘要采用硫酸为浸出剂，对高炉炼铁烟尘进行未活化和活化浸出工艺研究。通过正交试验与单因素试 验相结合考察硫酸浓度、浸出温度、浸出时间、液固比对烟尘中锌浸出率的影响。结果表明，未活化的烟 尘在液固比8 1 、硫酸浓度1 7 0g ／L 、浸出温度9 5 ℃，浸出时间9 0m i n 时，锌浸出率达到9 6 ．7 8 ％；而经 活化的烟尘在液固比7 1 、硫酸浓度1 5 0g ／L 、浸出温度8 5 ℃，浸出时问7 5m i n 时，锌浸出率达到 9 8 ．1 9 ％。 关键词机械活化；高炉炼铁烟尘；锌；浸出 中图分类号T F 8 1 3文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 4 0 4 一o 0 0 7 一0 3 E f f e c t so fM e c h a n i c a lA c t i V a t i o no nZ i n cL e a c h i n gf r o mB l a s tF u r n a c eD u s t s J I A N GY a n l ，S U NL i d a l ，H U A N GH u i 2 ，L IZ i j i n 9 1 ，F E N GS h a o p i n 9 1 ，H U A N GZ h a o l o n 9 1 1 ．S c i e n c eo fC o l l e g e ，H o n g h eU n i v e r s i t y ，M e n g z i6 6 1 1 0 0 ，Y u n n a n ，C h i n a ； 2 ．M e t a l l u r g y ＆M a t e “a l sE n g i n e e r i n gF a c u l t y ，K u n m i n gM e t a l I u r g yC o l l e g e ，K u n m i n g6 5 0 0 3 3 ，C h i n a A b s t r a c t B l a s t { u r n a c ed u s t sw e r en o n a c t i v a t i o na n da c t i v a t i o nl e a c h e dw i t hs u l f u r i ca c i d ． ’I 、h ee f { e c t so { s u l f u r i ca c i dc o n c e n t r a t i o n ，l e a c h i n gt e m p e r a t u r e ，l e a c h i n gt i m e ，a n dr a t i oo fl i q u i dt os o l i do nz i n ce x t r a c t i o nr a t ew e r ei n v e s t i g a t e db yo r t h o g o n a le x p e r i m e n ta n ds i n g l e f a c t o re x p e r i m e n t ．T h er e s u l t ss h o wt h a t z i n c1 e a c h i n gr a t ef r o mn o n a c t i v a t e dd u s t si s9 6 ．7 8 ％u n d e rt h ec o n d i t i o n si n c l u d i n gr a t i oo fl i q u i dt os o h d o f8 1 ，s u l f u r i ca c i dc o n c e n t r a t i o no f1 7 0g ／L ，l e a c h i n gt e m p e r a t u r eo f9 5 ℃a n dl e a c h i n gt i m eo f9 0m i n ． T oc o m p a r e ，z i n cl e a c h i n gr a t ef r o ma c t i v a t e dd u s t si s9 8 ．19 ％u n d e rt h ec o n d i t i o n si n c l u d i n gr a t i oo fl i q u i dt os o l i do f7 1 ，s u l f u r i ca c i dc o n c e n t r a t i o no f1 5 0g ／L ，l e a c h i n gt e m p e r a t u r eo f8 5 ℃a n dl e a c h i n g t i m eo f7 5m i n ． 1 【e yw o r d s m e c h a n i c a la c t i v a t i o n ；d u s t so fb l a s tf u r n a c ei r o nm a k i n g ；z i n c ；l e a c h i n g 随着我国高品位锌矿资源日益贫乏，从二次资 源中回收金属锌显得尤为重要[ 1 ] 。目前，钢铁厂含 锌粉尘的产量和其中的锌含量也不断增加，然而高 锌尘泥 Z n ≥1 ％ 一般都是露天堆放为主[ 2 ] ，造成 了资源浪费。据统计[ 3 ] ，我国钢铁企业每年粉尘产 量o ．5 ～o ．6 亿t ，这些粉尘含有大量碳、锌、铅、钾和 钠等元素，对这些粉尘的二次利用具有重大社会效 益和现实意义[ 4 。] 。通常处理含锌物料的工艺主要 收稿日期2 0 1 3 1 0 0 5 基金项目云南省应用基础研究自筹经费项目 2 0 1 3 F Z l 2 3 作者简介姜艳 1 9 8 0 一 ，女，云南沾益人，硕士，讲师． 有酸浸法和氨浸法[ 8 - 9 ] ，但是氨浸法浸出率不高且污 染环境，而以硫酸为主的酸浸法越来越备注关 注[ 1 ⋯。由于普通的浸出过程很慢，而机械活化可以 提高物质的反应活性[ 1 1 | ，因此，机械活化应用于湿 法冶金可以强化浸出过程。本文主要研究高炉炼铁 烟尘的机械活化浸出与常规浸出的工艺比较，分别 考察硫酸浓度、液固比、浸出时间、浸出温度对烟尘 中锌浸出的影响，并获得最佳浸出工艺条件。 万方数据 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 4 年第4 期 1试验原料 试验所用烟尘为某冶炼厂的高炉炼铁烟尘，主 要化学成分 ％ T F e1 3 ．0 7 0 、M g O9 ．8 0 0 、S O ．9 4 1 、P0 ．0 0 1 、T i 0 2O ．8 1 7 、P b1 ．7 1 0 、Z n1 5 ．9 5 0 、 K 2 0O ．4 1 9 、N a 2 0O ．9 2 7 、A s0 ．2 0 3 。未活化烟尘 将烟尘置于D H G 一9 1 4 0 A 型电热鼓风干燥箱里1 0 0 ℃烘干5h ，冷却后备用；活化烟尘将未活化烟尘 置于X Q M 一2 L 型球磨机 玛瑙球，球料比6 1 中 活化，取一0 ．07 4m m 物料进行试验。 2试验方法 烟尘的浸出在烧杯中进行，用恒温磁力搅拌器 进行加热搅拌反应，到达预定的浸出时间后，用真空 泵进行抽滤，采用E D T A 滴定法测定滤液中锌的浓 度，并计算锌浸出率。 3 试验结果与讨论 3 ．1 正交试验 在摸索性试验基础上，用未活化烟尘为研究对 象，以硫酸浓度、液固比、浸出温度、浸出时间为影响 因素，进行L 。。 4 4 四因素四水平的正交试验，以锌 浸出率为判定依据，用极差因素分析法得出影响的 主次因素。结果见表1 。 表1 正交试验方案及结果 T a b l e1S c h e m ea n dr e s u l t so f O r t h o g o n a le x p e r i m e n t 根据表1 结果，可以得出影响锌浸出率的主次 顺序为液固比 硫酸浓度 浸出温度 浸出时间。 优化方案为液固比8 1 、硫酸浓度1 2 0g ／L 、浸出 温度5 0 ℃、浸出时间7 0m i n 。 3 ．2 单因素试验 3 ．2 ．1 液固比对锌浸出率的影响 固定硫酸浓度1 2 0g ／L ，在5 0 ℃浸出7 0m i n ， 不同液固比条件下的锌浸出率如图1 所示。 9 8 9 6 9 4 9 2 堡9 0 璧船 嬲8 6 姑8 4 8 2 8 0 7 8 7 6 图1 液固比对锌浸出率的影响 F i g ．1 E f f e c to fr a t i oo fl i q u i dt os o l i d 0 nz i n cl e a c h i n gr a t e 从图1 可知，未经活化与活化过的烟尘浸出 时，液固比的增大使锌浸出率显著提高；对于活化过 的烟尘，当液固比为7 1 时，浸出率已达到 9 4 ．3 8 ％，而对于未活化的烟尘，液固比为9 1 时， 浸出率才有9 4 ．4 3 ％；由于液固比过大，会对后续的 处理工作带来困难。所以，要在低液固比下得到高 的浸出率，机械活化对烟尘的浸出更为有利。 3 ．2 ．2 硫酸浓度对锌浸出率的影晌 固定条件液固比8 1 ，浸出温度5 0 ℃，浸出 时间7 0m i n ，硫酸浓度对锌浸出率的影响见图2 。 由图2 可见，无论烟尘是否经过活化，锌浸出 率都随硫酸浓度的升高而增加；对没有经过活化的 烟尘，只有当硫酸浓度达到1 7 0g ／L 时锌浸出率才 能达到9 4 ．7 5 ％；而对于活化过的烟尘，硫酸浓度高 于1 5 0g ／L 后，锌浸出率已大于9 5 ％。由此可见， 活化后的烟尘对浸出剂的浓度要求大为降低。综合 经济因素考虑，为降低试剂消耗，烟尘活化后浸出较 为理想。 3 ．2 ．3 浸出温度对锌浸出的影响 固定条件液固比8 1 ，硫酸浓度1 7 0g ／L ，浸 出时间7 0m i n ，浸出温度对锌浸出率的影响见图3 。 由图3 可见，锌浸出率与浸出温度成正相关关 万方数据 2 0 1 4 年第4 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 9 硫酸浓度，【g L 一 图2 硫酸浓度对锌浸出率的影响 F i g ．2 E f f e c to fc o n c e n t r a t i o no fs u l f u r i c a c i dO nz i n cl e a c h i n gr a t e 毋 碍 寻i 燃 谨 图3 浸出温度对锌浸出率的影响 F i 昏3 E f f e c to ft e m p e r a t u r eo nz i n c I 髓c h i n gr a t e 系。按浸出动力学分析[ 1 引，温度对物料的浸出有很 大影响。但是当温度高于8 5 ℃时，未活化烟尘与活 化烟尘的浸出率增加趋势较缓慢，8 5 ℃时，未活化 和活化的烟尘锌浸出率分别为9 2 ．5 2 ％和9 3 ．2 7 ％。 因此，从节能减耗考虑，烟尘经活化后效果较好。 3 ．2 ．4 浸出时间对锌浸出的影响 固定条件液固比8 1 ，硫酸浓度1 7 0g ／L ，浸 出温度9 5 ℃，浸出时间对锌浸出率的影响见图4 。 从图4 可知，随酸浸时间的延长，锌浸出率不 断增大。未活化的烟尘浸出时间超过7 5m i n 后，浸 出率升高幅度很小，浸出9 0m i n 后，浸出率仅为 9 2 ．5 2 ％；而活化后的烟尘浸出7 5m i n 时浸出率可 达9 5 ．0 1 ％。说明机械活化可以缩短浸出时间，并 且可以得到较高的浸出率。 3 ．2 ．5 最佳工艺条件确定 根据以上试验结果，未活化的烟尘在液固比 8 1 、硫酸浓度1 7 0g ／L 、浸出温度9 5 ℃，浸出时间 图4 浸出时间对锌浸出率的影响 F i g ．4 E f f ∞to fI e a c h i n gt i m eo n z i n cl e a c h i n gr a t e 9 0m i n 的条件下浸出，锌浸出率可达到9 6 ．7 8 ％；而 活化后的烟尘在液固比7 1 、硫酸浓度1 5 0g ／L 、浸 出温度8 5 ℃，浸出时间7 5m i n 的条件下浸出，锌浸 出率高达9 8 ．1 9 ％。 4结论 1 影响浸出率的主次因素顺序依次为液固比、 硫酸浓度、浸出温度、浸出时间。 2 未活化的烟尘在液固比8 1 、硫酸浓度1 7 0 g ／L 、浸出温度95 ℃，浸出时间9 0m i n 的条件下浸 出，锌浸出率可以达到9 6 ．7 8 ％；而活化后的烟尘在 液固比7 1 、硫酸浓度1 5 0g ／L 、浸出温度8 5 ℃，浸 出时间7 5m i n 的条件下浸出，锌浸出率高达 9 8 ．1 9 ％。 3 机械活化大大降低了液固比、硫酸浓度和温 度，缩短了浸出时间，并可获得较高的锌浸出率。 参考文献 [ 1 ] 罗伟，徐政，张寒霜，等．电弧炉烟尘湿法提锌研究口] ． 金属矿山，2 0 1 1 2 1 5 3 1 5 6 ． [ 2 ] 彭开玉，周云，李辽沙，等．冶金含锌尘泥资源化的现状 与展望[ J ] ．中国资源综合利用，2 0 0 5 6 8 1 2 ． [ 3 ] 余雪峰，薛庆国，王静松，等．钢铁厂含锌粉尘综合利用 及相关处理工艺比较口] ．炼铁，2 0 1 0 ，2 9 4 5 7 6 1 ． [ 4 ] 王强，龙世刚，占莉．含锌粉尘脱锌处理的试验室研究 [ J ] ．安徽工业大学学报，2 0 0 7 ，2 4 4 3 5 卜3 5 3 ． [ 5 ] D a sB ，P r a k a s hS ，R e d d yPSR ，e ta 1 ．E f f e c t i v eU t i l i z a t i o no fB l a s tF u m a c eF l u eD u s to fI n t e g r a t e dS t e e I P l a n t s 口] ． T h eE u r o p e a nJ o u m a lo fM i n e r a lP r o c e s s i I l g a n dE n v i m 衄e n t a lP r o t e c t i o n ，2 0 0 2 ，2 2 6 1 6 8 ． 下转第1 7 页 万方数据 2 0 1 4 年第4 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 1 7 图3动静触头打火后腐蚀图 F i g ．3D y n a m i ca n ds t a t i cc o n t a c t l i g h t e ra f t e rc o r r o s i o n 参考文献 [ 1 ] 干益人．我国大型预焙烧铝电解槽发展中的若干问题 探讨[ J ] ．世界有色金属，2 0 0 1 3 4 8 ． [ 2 ] 刘永刚，唐骞，梁韬．铝电解槽大型预焙槽四种焙烧方 法的比较[ J ] ．轻金属，2 0 0 0 4 3 3 3 5 ． [ 3 ] 王恭敏．国内外铝工业发展状况及我国铝工业政策 [ J ] ．有色设备，2 0 0 7 3 1 9 ． [ 4 ] 戴小平，丁心耿，陈蒲明．2 0 0k A 预焙槽焙烧启动技改 工程综述[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 6 3 2 3 2 5 ． [ 5 ] 华桂林，邵勇．2 3 0k A 大型预焙槽焙烧启动技术方案 探讨[ J ] ．轻金属，2 0 0 4 8 3 9 4 0 ． [ 6 ] 张旭东．铝电解槽焙烧控制系统的优化研究[ D ] ．北 京北方工业大学，2 0 1 2 ． [ 7 ] 杨力．铝电解槽焙烧控制系统设计与研究[ D ] ．北京 北方工业大学，2 0 1 1 ． 上接第9 页 [ 6 ] 张丙怀，郭兴忠，阳海彬，等．钢铁厂含锌铅粉尘中锌铅 分离理论及实践[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 2 1 7 1 1 ． [ 7 ] 李明阳，张丙怀，阳海彬，等．钢铁厂含锌铅粉尘中锌铅 分离的半工业试验[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 5 6 7 9 ． [ 8 ] 周坐东．高铁含锌烟尘浸出工艺研究[ J ] ．湖南有色金 属，2 0 1 2 ，2 8 3 3 5 3 7 ． [ 9 ] 徐修生，陈平．高炉瓦斯灰中锌元素回收的研究[ J ] ． 矿业快报，2 0 0 2 1 0 3 4 ． [ 1 0 ] 朱为民．炼铁高炉烟尘中锌铟的综合利用试验研究 [ J ] ．矿产保护与利用，2 0 0 7 4 4 9 5 1 ． [ 1 1 ] 姚金环，李延伟，黎铉海．机械活化过程中粒度对硬锌 渣浸铟反应活化能的影响[ J ] ．矿产综合利用，2 0 0 9 5 4 4 4 6 ． [ 1 2 ] 黄祖强，黎铉海，潘柳萍．机械活化对锌焙砂浸出的影 响[ J ] ．矿产综合利用，2 0 0 2 3 2 5 2 9 ． 万方数据