高炉瓦斯灰_泥_中锌的萃取利用_张祥富.doc

高炉瓦斯灰 泥 中锌的萃取利用 张祥富 中国科学院成都有机化学研究 所 , 成都 610041 摘要 我国南方数家钢铁厂瓦斯灰 泥 中含有具有利用价值 Z nO 。 本法以瓦斯 灰 泥 为原料 , 不 需前期加工 , 用 N H 4Cl 作萃取剂提取 Zn 制取活 性 ZnO 。 本法 条件温 和 , 较 传统的 酸法消 耗少 , 腐 蚀小 , 萃取剂 可回用 , 所以成本 低廉 , 加之国家 有关优惠政 策 , 使 用本法利 用瓦斯灰 泥 有较 大的 优势 。 关键词 瓦斯灰 氧化锌 氯化铵 萃取 1 前言 我国的钢铁产量近年来越居世界首位 , 炼铁高炉瓦斯灰或瓦斯泥总量相当大 , 以铁 产量的 1. 7计 , 全国有近 200万 t /a 。 由于 瓦斯灰 泥 是炼铁的废渣 , 数量又大 , 因此这 必然给环境造成不利的影响 。 国内在开发利 用瓦斯灰 泥 方面已作了不少努力 。 如攀钢 公司钢研院将瓦斯泥中的有价成分 Fe 、 C 和 Zn 进行分离 , 使其中的 Fe 、 C 和 Zn 含量分 别富集到 ≥ 45、≥ 75和 ≥ 10[1]。 北京 科技大学资源工程学院胡永平等人对高炉瓦 斯 泥 的回 收 与利 用 [2]技 术 已被 用 于生 产 。 而较多的利用方式是直接将其作为生产水泥 原料 、 粘 土改良或作 免烧砖 等 , 可谓 方兴未 艾 。 在此介绍一种从瓦斯灰 泥 中提取氧化 锌 ZnO 的新方法 。 2 瓦斯灰 泥 的组成及物化特性 瓦斯灰 泥 是高炉炼铁过程中产生的固 体废料 , 属工艺矿物 。 瓦斯灰 泥 的组成中 , 除含相当数量的炭粒外 , 还含有一些可用的 成分 。 这些成分其含量 , 随不同钢铁厂 、 矿源 而异 。 附表中列出我国南方数家钢铁厂的瓦 斯灰 泥 采样分析的结果 。 从表中可见 , 瓦斯灰 泥 主要由金属和 非金属类氧化物组成 。 这些氧化物基本上都 后再提取某种或某几种金属 , 但消耗大 , 分离 去杂也较复杂 , 并带来环境污染 , 最终可能导 附表 瓦斯灰 泥 主要成分含量 成分 ZnO PbO FeO Al 2O 3CaO M gO SiO 2备注 厂家 120. 060. 07210. 194. 485. 545. 5411. 36灰 厂家 225. 0011. 0610. 172. 456. 401. 164. 30泥 厂家 316. 718. 679. 812. 069. 29微 /灰 厂家 430. 156. 8722. 158. 845. 480. 4813. 45泥 致成本居高 , 难于进行商业化生产 。 表中还可见 , 不同厂家的样品中 , 其组成 及其含量有明显差异 。 如 PbO , 在厂家 1的 瓦斯灰中只有 0. 072,完全没有利用价值 , 可是 在 厂 家 2的 瓦 斯 泥 中 含 量 却 有 11. 06,已达到应考虑利用的程度 。 但这些 厂家的瓦斯 灰 泥 中 , ZnO 的含量都 高 , 在 1630之 间 , 这与文献 [4]所报道的情 况相近 。 鉴于矿 源 的复 杂 性与 多 变 性 , 瓦 斯灰 泥 中 还含有 Co 、 Bi 及 其它黑色 和有色金 属 [3]。 3 有价成分锌的萃取和分离 在瓦斯灰 泥 中 , 锌的含量大于 10就 有了开发利用的价值 [4]。 在锌的化合物中 , 锌的氧化物 可用作涂 料 、 染 料 、 电 解锌源等 等 , 具有较大的应用和经济价值 。 因此 , 进行 了以瓦斯灰 泥 中提取锌制 ZnO 的研究 。 48 环 境 工 程 1999年 10月第 17卷第 5期 DOI 10. 13205/j . hjgc . 1999. 05. 014 瓦斯灰 泥 中的锌是以氧化锌 ZnO 形 式存 在 。 ZnO 在 一 定 条 件 下 溶 于 氯 化 铵 NH 4Cl [5、 6]。 瓦 斯灰 泥 与 NH 4Cl 溶液 在一定条件 下便生成稳定的络合物 , 经液固分离 , 冷却滤 液 , 即得结晶固体锌氨络合物 。 其化学反应 方程式如下 ZnO 2NH 4Cl H 2O Zn NH 3 2]Cl 2 2H 2O 化学反 应式和 x -射线 衍射分析 证明了 反应产物为二氯二氨合锌 [6、 7]。 由于瓦斯灰 泥 中存在有其他元素 , 在使用 NH 4Cl 作萃 取剂时 , 也会 发生副反应 , 产生 Ca 2、 M g 2而进入滤液 [8], 但当锌氨络合物形成结晶并 从滤液中分离出来时 , Ca 2、 M g 2即被除去 。 瓦斯 灰 泥 中 的 Fe 2、 Fe 3、 Pb 2和 Al 3等金属离子大量存在于滤渣中 , 只有少 量成为 解络 液中的 杂质 , 它 们同 极微 量的 M g 2、 Ca 2一 起 在 后 面 的 除 杂 工 艺 中 被 除去 。 3. 2 萃取提取锌制活性氧化锌 3. 2. 1 NH 4Cl 萃取 Zn 称取一定 量的含锌 瓦斯灰 泥 和氯化 铵 , 并量取一定量的水 , 加入恒温萃取槽中 , 控 温 于 50150℃, 进行 搅拌 , 反应 0. 15 1. 5h , 及时抽滤 。 将萃取液冷却至室温即得 结晶 。 3. 2. 2 水解纯化锌氨络合物 上述结晶是二氯二氨合锌 , 将其置于水 解槽中 , 加一定量的水 , 调节 pH , 氧化水解除 铁 , 锌粉置换除杂 , 便获得纯净的锌氨溶液 。 3. 2. 3 碳铵沉锌热解得活性氧化锌 在 纯 净的锌氨 溶液中加 入一定 量的碳 铵 , 即 得 碱式 碳 酸 锌 [ZnCO 32Zn OH 2H 2O ]沉淀和氯 化铵溶液 。 将沉淀 置于 500 800℃ 炉中热解 , 即得活性氧化锌 ZnO 含 量为 99. 5 ; 蒸 发浓缩氯化铵 溶液得氯化 , 4 效益评估 当瓦斯 灰 泥 中存 在有利用 价值的锌 时 , 利用该萃取法制锌比矿锌料便宜 。 以 50万 t /a 钢铁厂为例 , 产瓦斯灰 泥 8500t /a , 其 中以 含 ZnO15计 , 则 有 ZnO 1275t /a 。 若使用 本法提取 , 主要 设备设施 投资约 120万元 , 生产 GB3185-82二级 ZnO 99. 5 , 综合成 本约 3000元 /t , 售价 5000 6000元 /t , 年效益 200多 万元 , 主要投资 不到半年即可收回 , 若以更大规模 , 加上政策 优惠 [3], 其效益更加可观 。 500kg /次放大实验 , 其锌的萃取率大于 85。 5 结论 1 该种方法要求瓦斯灰 泥 中锌含量 保持在 10以上 , 余渣有一定的利用途径 ; 2 采用 NH 4Cl 作萃取剂 , 碳铵作沉淀 剂 , 可以从瓦斯灰 泥 中提取锌并制成 ZnO 。 此法 的 萃 取 率 大 于 85,ZnO 的 纯 度 为 99. 599. 7。 参考文献 1 攀钢高炉瓦斯泥分选工 艺填补国 内空白 . 四川工人 日 报 , 1994. 4. 5 2 胡永 平 等 . 高 炉 瓦 斯 泥的 回 收 与 利 用 . 环 境 工 程 , 1996. 650 3 国家经 贸委 等四 部 委联 合公 布 . 资 源 综合 利用 目 录 1996年修订 . 环境保护 , 1997. 429 4 张振逵 . 化工技术经济 , 1996. 67 5 天津化工研究院 . 无机盐 工业手册 下 , 北京 化学 工 业出版社 , 1981538 6 邓学周等 . 成都科技大学学报 , 1986. 155 7 Handbook of Chemistry and Phys ics , Published by chemi -cal rubber publishing co . , 1960, 41-st edition , Clevel and , Ohio , Printed in U . S . A . , P686 8 无机化学 编写组编 . 无 机化学 上册 , 北京 人民 教 育出版社 , 1978199 作者简介 张祥富 , 男 , 1940年 10月出 生 。 工程 师 , 主 要 从事三废利用 , 环境评价及对策研究等工作 。 49 环 境 工 程 1999年 10月第 17卷第 5期