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从炼钢废渣中回收有色金属(下)  

2018-06-11 06:23:08|  分类: 工业和生活垃圾处 |  标签: |举报 |字号 订阅

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翻译:吉建斌

5. 湿法冶金步骤

5.1洗涤-沥滤-提纯-电解沉积工艺

通过PRIMUS工艺回收的氧化锌只是一个中间产品,须进行后继处理以获得高价值的锌产品。通过一系列研究工作后,选择并开发了以氧化锌为原料制取SHG级(高纯级)锌产品、同时可获得其它具市售价值副产物的“最佳可利用技术”。

相应的湿法冶金工艺由以下四个主要工序组成:(1)洗涤加工(脱卤素处理);(2)沥滤加工(二次脱卤素处理);(3)提纯加工(脱除其它金属成分);(4)电解沉积加工(Electrowinning,简称EW)。

5.1.1洗涤加工

    由多个加工环节组成的“洗涤加工”工序,目的是从PRIMUS氧化锌产物中脱除所含的几乎全部氯元素和大部分的氟元素成分,工艺过程见图4所示。

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图注:(1)EAF dust:EAF(电弧炼钢炉)收尘原料; (2)MHF:多膛炉装置; (3)MF:熔炼炉设备; (4)Gas treatment:工艺尾气处理系统; (5)ZnO concentrate:富ZnO“精矿”产物; (6)Washing:洗涤处理; (7)Leaching:沥滤处理; (8)Neutralisation:中和处理; (9)Pb, Ag:(回收的)铅、银; (10)SX:溶剂抽提处理; (11)Cu, Cd, Salts(回收的)铜、镉、盐类产品; (12)EW:电解沉积处理; (13)Melting:熔炼加工; (14)Alloying:合金产品

图4:洗涤加工工艺流程示意图

5.1.2沥滤处理

    目的是对洗涤加工工序获得的溶液进行沥滤处理,由三个操作环节组成:脱除氯化物;加酸沥滤;中和处理。(将洗涤工序获得的溶液分成两股不同体积流量的溶液流体),少部分溶液进入脱氯工序脱除其中的残留氯元素,大部分溶液直接进入加酸沥滤工序处理、但由脱氯工序处理后获得的出液同时也进入加酸沥滤工序,使铅金属元素得以脱除;加酸沥滤工序的出液进入中和处理工序,通过中和处理使铁和残留的氟元素得以沉淀,并将氟元素的含量调节至后继的电解沉积工序能够接受的水平。

5.1.3提纯加工

提纯工序的目的是对沥滤工序之后的溶液(亦称为中和溶液)进行处理以去除那些对后继电解沉积装置的高效运行有妨碍作用的残留元素成分,如铜、镉、镍和钴等。

为了更好地、更加高效、廉价地实施沥滤处理和提纯加工操作,前端的洗涤处理工序应尽可能高效地进行;否则的话,就必须采取溶剂抽提(SX)处理才能使溶液达到既定的后继操作环境要求的纯度水平。此时可采取如图5所示的工艺流程。

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图注: (1)EAF dust:电弧炼钢炉收尘; (2)MHF:多膛炉; (3)MF:熔炼炉; (4)Gas treatment:工艺尾气处理; (5)ZnO concentrate:富氧化锌“精矿”; (6)Multi step washing:多级洗涤; (7)Dechlorination:脱氯; (8)Cl, F:氯、氟; (9)Acid leaching:酸化沥滤处理; (10)Pb, Ag:铅、银; (11)Neutralisation:中和处理; (12)Purification:提纯加工; (13)Cu, Cd, Ni, Co:铜、镉、镍、钴;(14)EW:电解沉积处理; (15)Melting:熔炼; (16)Alloying:合金化

图5:SX(溶剂抽提)处理工艺流程图

将双(2-乙基已基酯)磷酸(简称为D2EHPA)溶于煤油,制成有机基“阳离子型抽提剂”,将该有机质抽提剂与上一工序获得的“主沥滤出液(pregnant leach solution,简称PLS)”均匀混合,有机质抽提剂能选择性地从PLS中吸收锌元素,随后在沉降槽中使吸收了锌的有机液与水溶液相互分离,含锌有机液与随后由电解沉积工序排出的废电解液相互混合并搅拌,使有机质全部被“剥离”出来。

有机液与水溶液相互分离之后,含锌的废电解液(也称为“提纯工序排液”)送到电解沉积工序后继处理。上述两种工艺流程的排出液组成成分见表2。

表2:两种不同工艺流程获得的“提纯工序排液”典型组成成分分析结果

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    可市场销售的洗涤工艺或溶剂抽提工艺副产物见表3。

表3:由洗涤工艺或溶剂抽提工艺产生的、具有市场销售价值的副产物

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这些副产物的用途包括:

(1)“铅-银精矿”副产物:销售给铅熔炼企业。

(2)在废液处理装置中产生的氢氧化物副产品:返回到多膛炉中二次处理加工,或者水泥产业处理,依据纯度水平决定具体用途。这种副产物大多含有钙、锰和镁等成分。

(3)中和处理过程产生的残渣(沉淀物)可返回到多膛炉中二次加工,以回收其中的锌和铁成分。

(4)由石膏沉淀反应工序产生的干净石膏副产物可销售给水泥行业进行再利用。

(5)含盐溶液不含有金属成分(原文如此,似乎指的是“不含有高附加值的金属成分”,译者注),因此可根据当地的条件和环保法要求,直接排入大海或河流中。若这种处置方法无法获得许可时,可采取蒸发结晶法处理,结晶盐产物含有钠和钾的氯化物和硫酸盐,可销售给铝产业二次利用。有些时候,石灰制造业会对这种盐有使用兴趣,原因是添加了这种盐类成分的石灰产品亲水性被限制到既定目标范围,而且可以提高石灰产品的结合力。

(6)在锌尘水泥化装置或工序中产生的“铜/镉水泥”副产物可销售给某些金属采购商。

表4给出的是上述两种工艺过程的药剂消耗及公用消耗率数据。Paul Wurth公司及其合作者一起开发的沥滤技术和溶剂抽提工艺已经成为一项受到国际普遍认可的专业领域专门技术;而包含了洗涤技术或者溶剂抽提技术在内的总体处理工艺过程业已获得了广泛应用和试用,在总锌回收率、回收副产品的质量水平、操作工艺参数等方面正在获得越来越优异的效果。

表4:药剂和公用消耗数据

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5.1.4电解沉积处理

    由提纯工序制备的、经过了提纯加工后的含锌溶液,其中的金属锌可通过电解过程(EW)进行提取。这一技术过程是在严格的、既定的操作条件下,使锌沉积到阴极铝的表面,经自动剥离机械收集的SHG(高纯级)金属锌再经过熔炼、连续合金化处理,生产出CGG(连续电镀级)锌合金(以单件铸块重量为1或2吨、或者以每块25公斤的铸块形态做为最终产品)产品(用于镀锌工业)。Paul Wurth公司业已开发成功了由新型剥离机械、阳极轧平机械和装置系统合理布置方案等组成的专利型EW(电解沉积)工艺设计方案,并在加拿大魁北克省Valleyfield市的“加拿大电解锌公司”进行了连续熔炼和合金试生产,获得了成功经验,目前两家企业已签订了“合作协议”来共同推广这项技术。

6. 技术方案的灵活性(适应性)

将火法冶金和湿法冶金相结合的技术工艺,可提供一种广泛适用的技术解决方案,可为相关产业提供量身定制型、符合当地现场条件、满足特定要求的工艺技术方案。

PRIMUS系列工业炉适用于多种还原-熔炼加工过程,从适用的原料来说,它们能够有效处理多种金属废渣,如:冶铁高炉回收污泥、含油金属污泥、轧钢过程产生的氧化皮、电镀过程产生的渣滓、或者锌工业生产过程产生的各种废弃物(由习用的锌生产工艺如黄钾铁矾法、针铁矿法、赤铁矿法冶锌过程中产生的沥滤残渣)。

适合采用湿法冶金工艺步骤的原料也可采用其它特定的原材料,本工序待处理的氧化锌原料不仅可以采用PRIMUS工艺过程产生的含锌废料,也可以使用其它火法冶金过程产生的含锌废料,例如:Waelz回转窑产生的含锌氧化物废料即可与PRIMUS含锌氧化物废料混合、或者单独进入本工艺的湿法冶金处理过程以回收金属锌。

我们提出的火法-湿法冶金联合技术可做为一个整体功能模块,很好地“融入”现有的冶金过程装置系统,为用户提供多种可行的应用技术方案。PRIMUS火法冶金工序可单独设置到炼钢厂,以处理特定的环境问题,或者为BOF(顶吹氧气炼钢炉)或EAF(电弧炼钢炉)提供新的生产原料来源。同样规格的火法冶金工序与湿法冶金工序完全“融合”后,做为一个整体工艺过程,可为小型的既有电弧法炼钢厂提供适合的生产原料。而湿法冶金工序也可以单独地应用,为某些应用领域提供适合的原料氧化锌。

7. 结束语

    火法-湿法冶金联合技术既可为炼钢企业的废渣处理提供一种“变废为宝”的独立解决方案,还可同时回收金属铁、锌及其它可回收利用的副产物,并由这些回收资源产生一定的经济效益。另外,可依据用户的属地市场特点和工业布局特点,对该工艺过程进行变型式设计、不同的模块组合方案和操作工艺,使整体工艺系统完全符合用户所在区域市场的需求,并最终提供切实可行的一体化工艺解决方案。

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