次氧化鋅除雜富集有價金屬鋅的方法和設備與流程
2023-06-01 08:38:36 2
本發明涉及通過脫除高氟氯次氧化鋅煙塵雜質再回收技術領域，更具體的是涉及一種脫高氟氯次氧化鋅煙塵並除雜富集有價金屬鋅回收方法和設備。
背景技術：
鉛鋅礦物原料大多數都為鉛鋅礦共生，經過優先浮選很難達到鉛鋅完全分離。鉛鋅礦冶煉是將鋅富集在渣中，然後用煙化爐處理爐渣，產出氧化鋅或者次氧化鋅。此外，溼法煉鋅廠產出的浸出渣以及貧氧化鋅礦經過迴轉窯煙化得到氧化鋅或者次氧化鋅。次氧化鋅的主要成分是zno，只是品位一般為45％～65％。所謂「次"是指品位次，在我國廣西、貴州、雲南、湖南等等地方產量較大，主要利用火法冶煉鋅過程中產生的水淬渣以及溼法冶煉鋅過程中產生的鋅浸出渣、以及其他含鋅固體廢棄物通過迴轉窯焙燒進行回收次氧化鋅，次氧化鋅用途主要是進一步加工電解鋅或氧化鋅。
目前世界精鋅的總產量中大約五分之四由溼法冶煉技術生產，即焙燒－浸出－淨化－電積。隨著工業生產的飛速發展，礦產資源的日趨短缺，目前國內礦業界所產鋅精礦雜質含量越來越高，對鋅冶煉系統的適應性提出了更高的要求。近年來，由於原料中氟、氯含量的上升，資源綜合利用最大化逐步實施和環保要求的更加嚴格，很多大型溼法煉鋅廠系統中氟、氯水平呈上升趨勢。而氟氯的存在對溼法系統設備的危害相當大。
首先，氟、氯的存在對設備會產生嚴重的危害，對攪拌機的影響主要體現在漿葉上，溼法煉鋅系統攪拌機使用廣泛，漿葉材質大多數為不鏽鋼，氟氯離子濃度升高，使攪拌機漿葉的使用周期縮短。泵是系統中溶液輸送的動力，不鏽鋼泵因其具有良好的耐腐蝕性而得到廣泛應用。溶液中氟氯離子濃度的升高，對泵的葉輪、泵殼、泵蓋、軸、密封等零件的腐蝕加劇，增加了泵的消耗量。含氟氯的介質所帶來的晶間腐蝕、小孔腐蝕、應力腐蝕、腐蝕疲勞、空泡腐蝕、湍流腐蝕造成泵的葉輪、葉輪螺母、軸套等與介質相接觸的零部件被腐蝕溶解，尤其以葉輪的腐蝕最為突出。同時還可造成泵的洩漏，使泵軸承損壞和螺杆的腐蝕、基座的損壞、閥門的損壞。
其次，氟、氯的存在對電解過程也會產生嚴重的危害，溶液中的氟氯作為有害元素，在傳統的鋅粉淨化工藝中基本沒有分散，又未進行過氟、氯的開路，導致氟、氯在溶液中越積越多。在硫酸鋅溶液中，氟、氯離子屬於腐蝕陰陽極的陰離子雜質，氟離子能破壞陰極鋁板表面的氧化鋁膜，造成陰極鋁板消耗增加；同時，氟能使鋅在陰極板(鋁板)上產生粘結現象，常出現陰極鋅剝板困難，使得後續電解過程無法正常進行。根據相關資料顯示，當氟濃度持續在50mg/l時，陰極表面開始有明顯的腐蝕凹坑，當濃度達到100～150mg/l時，陰極板邊緣開始出現較嚴重腐蝕，厚度減薄速度加快，剝板困難。當氟離子濃度達到150mg/l以上後，剝板很困難，大約30％的板子都很難一次性剝下，由此造成的陰極板損壞嚴重；同時氟是高毒性物質，能影響人體多種器官和組織中酶的活性，影響工人健康。因此國內外對硫酸鋅電解液中的氟含量要求小於50mg/l。氯在電解過程中，主要造成陽極板腐蝕並影響電鋅品級率，當氯離子濃度在300mg/l時，對析出鋅品級率產生一定影響，通過調節電解添加劑可以得到緩解，當氯離子濃度超過500mg/l以後，析出鋅品質受到嚴重影響，並且很難控制，同時陽極板腐蝕速度明顯加快，當氯離子濃度在800mg/l以後，陽極上明顯有氯氣析出，導致操作環境嚴重惡化。同時，氯離子在陽極氧化成氯酸鹽後與陽極鉛反應，增加溶液含鉛，降低析出鋅的級別，縮短陽極壽命。因此國內外對硫酸鋅電解液中的氯含要求小於200mg/l。
因此，次氧化鋅用於溼法煉鋅，其中氟氯的去除就成為目前亟待解決的問題。
另一方面，據美國地調局統計顯示，2009年世界已探明的鋅資源儲量為9億噸，主要分布在澳大利亞、美國、加拿大、秘魯等地，中國儲量約20％左右。我國的鋅品位基本分布在1-7.5％之間，平均品位3.3％，品位大於6％的鋅礦石僅佔三分一，低品位鋅資源開發利用過程能耗高，高品位開發殆盡後不可避免將導致我國鋅資源短缺。在世界範圍內，金屬鋅屬於循環利用好的金屬，含鋅二次資源已成為鋅生產原料的重要組成部分。根據美國鋅貿易公司統計顯示，金屬鋅每年消費總量約1000萬噸，其中約30％的金屬鋅來自含鋅二次資源，含鋅二次資源種類繁多，主要是冶煉廠和化工廠進行冶煉、鍍鋅、鍛造，回收廢料工序時產生的。我國每年有50％的鋅用在鍍鋅工業上，鍍鋅鋼鐵廢料經電弧爐再生時，每噸會產生15-20公斤的含鋅菸灰。全球每年大約會產生370萬噸此類菸灰，廢鋼鐵再生時產生的含鋅菸灰是再生鋅的主要二次資源。但由於此類灰中所含鐵、碳、氯化物和極少量的氟化物等雜質較多，不能直接用於冶煉企業，並且高氟氯次氧化鋅煙塵中所含氟氯離子對鋅電解過程有非常不利的影響，給回收工藝帶來了很大的技術難題。此類菸灰一直被迴轉窯工藝在進行加工和富集，生產出來的產品氯離子含量在0.9-1％之間，氟離子含量在0.1-0.8％之間，並且含碳、含鐵較高，鋅冶煉企業仍然不能使用。有些直接被當作有毒廢棄物對待，任意廢棄和堆放，對利用電弧爐進行鋼鐵再生冶煉企業帶來很大的處理難度，並且造成資源的浪費，而且還對環境造成汙染。為此，有必要研發出能高效回收利用此類鋅菸灰的工藝流程和設備，實現工業化量產，降低鋅資源的浪費,減少對環境的汙染已經勢在必行，刻不容緩了。
技術實現要素：
本發明的目的就是為了解決現有技術之不足而提供的一種設計合理、操作簡單、節能高效的次氧化鋅除雜富集有價金屬鋅的方法。
本發明的另一目的是提供一種設計合理、結構簡單、節能高效的次氧化鋅除雜富集有價金屬鋅回收設備。
本發明是採用如下技術解決方案來實現上述目的：一種次氧化鋅除雜富集有價金屬鋅的方法，其特徵在於，它包括焙燒工段和淨化工段兩個工序，焙燒工段是將含高氟氯次氧化鋅煙塵原料送入沸騰爐進行焙燒脫碳除雜富集回收氧化鋅。
作為上述方案的進一步說明，所述焙燒工段的沸騰爐焙燒過程中，通過鼓風機補充氧氣，讓原料中的碳、金屬鋅微顆粒跟氧氣充分燃燒，經過燒結、除雜、富集之後的優質氧化鋅焙砂從沸騰爐排渣滾筒中排出，焙燒中產生的二氧化碳、水蒸汽、氯化物及少量氧化鋅粉塵抽到旋風塔，經離心除塵作用，分離出副產品氯化鋅和少量氧化鋅煙塵，其它煙體進入淨化工段。
所述淨化工段是經過焙燒工段的旋風離心除塵後的煙氣，經過文氏管、洗滌塔文氏管進行噴淋洗滌除塵，含氯化鋅、氧化鋅的水溶液經積液箱收集偱環使用，積液箱沉澱的氧化鋅和氯化鋅泥，推回爐中繼續焙燒。少量氯化鋅酸霧經電除霧除淨，尾氣經過吸收塔的燒鹼(naoh)槽再次中和吸收，氯化鋅與燒鹼中和之後生成氫氧化鋅沉澱和氯化鈉水溶液，回收後作進一步處理；部分水蒸汽和極少量二氧化碳達標直接通過尾氣吸收塔排空。
淨化工段是將煙氣由文氏管、洗滌塔、電除霧、尾氣吸收塔進行淨化處理，尾氣達標直接排空。
高氟氯次氧化鋅煙塵的元素構成按重量百分比包括：鋅35-60％；碳25-35％，氯3-5％，鐵5-8％，氟0.3-0.8％。
在焙燒過程中的化學反應方程式：
2zn+o2＝＝＝2zno；
c+o2＝＝＝co2；
淨化過程中的化學反應方程式：
zncl2+2naoh＝＝＝2zn(oh)2↓+2nacl
原料中所含氟氯化鋅經過焙燒不能氧化和分解，只能通過高溫升華成煙氣與氧化鋅進行分離，通過旋風塔及淨化工段煙氣冷卻過程中收集。
高氟氯次氧化鋅煙塵經過焙燒工段和淨化工段處理後，得到的成品包括氧化鋅、鐵化合物、氯化物、氟化物；元素構成按重量百分比包括鋅50-69％，氯0.01-0.05％，鐵5-8％，氟0.01-0.03％。
一種次氧化鋅除雜富集有價金屬鋅回收設備，其特徵在於，它包括沸騰爐、旋風塔和煙氣淨化設備，旋風塔與沸騰爐連接，沸騰爐設置有原料進口、燃料進口和氧化鋅焙砂輸出口；
沸騰爐包括容置原料的焙燒室和設置在焙燒室下方的鼓風腔室，焙燒室的上部設置有煙氣通道，鼓風腔室外接鼓風機，鼓風腔室連接有風帽；風帽包括風帽杆和風帽頭，風帽杆設置有向上的通孔，風帽頭罩設於風帽杆的一端並與風帽杆活動配合。
進一步地，風帽杆包括風帽杆體和設置在風帽杆體端側的凸邊，凸邊上設置有多個立向的通氣孔；風帽頭罩設在風帽杆體的一端，以螺紋連接的方式與凸邊連接，使得風帽杆的通孔與通氣孔活動連通。
進一步地，所述旋風塔包括塔體和沿塔體側部螺旋設置的旋風通道，塔體的下部設置有出料口，上部設置有排氣通道，氣體經過旋風通道的離心作用，使得粉塵經塔體的側壁落入出料口並排出，而煙氣則上升至排氣通道，向煙氣淨化設備和/或沸騰爐排放。
進一步地，所述旋風塔體的下部為上寬下窄的錐筒結構，出料口設置在錐筒的底端。
進一步地，所述出料口的輸出端設置有輸送裝置，該輸送裝置引向沸騰爐，使得從出料口輸出的物料能夠返回到沸騰爐進一步焙燒。
進一步地，所述塔體的內壁設置有刮料構件，通過刮料構件將吸附在塔體內壁的物料刮落到出料口。
進一步地，所述排氣通道為立向設置在塔體上部的中心導管，中心導管從內至外依次設置有耐溫材質管層、耐溫材質骨網和襯耐火泥。
本發明採用上述技術解決方案所能達到的有益效果是：
1、本發明採用沸騰爐對高氟氯次氧化鋅煙塵原料進行焙燒脫碳除雜，富集再回收氧化鋅，能分離去除轉窯所產次氧化鋅中的超高氟氯等有害雜質，除雜效率高；並且配套煙氣淨化收集設備，整套系統封閉嚴密，尾氣只有少量二氧化碳和水蒸汽體，通過尾氣吸收塔直接達標排放，非常乾淨。
2、本發明的處理能力很大，可以持續不間斷進行量產，產能是傳統迴轉窯的5-10倍，產出效率高，能耗低，低碳環保；
3、成本優勢明顯；與目前的硫化鋅礦每噸加工費3900元，電解鋅廠處理鋼廠菸灰產氧化鋅焙砂成本高達每噸6500元的生產模式相比，採用本發明的沸騰爐脫碳脫氯是最有效的處理方式，特別是能將含3-5％的氯脫除到0.05％以下，這是利用迴轉窯加工高氟氯次氧化鋅煙塵望塵莫及的，也不可能達到這種質量指標；
此種工藝極大程度地脫除分離了次氧化鋅中所含的氟、氯化物，有效減少了電解鋅溶液中氟離子、氯離子(50mg/l)對陰極板表面氧化膜的腐蝕，延長了陽極板的使用壽命。
4、節能環保。原料的來源主要是來自於利用電弧爐進行鋼鐵再生冶煉企業的煙塵，這種煙塵一般是作為固體廢棄物進行排放，對環境的汙染非常大；採用本發明的技術方案正好可以將這些固體廢棄物進行充分利用，加工得到的氧化鋅焙砂產品深受鋅冶煉企業的歡迎和青睞，產品始終處於賣方市場，供不應求，副產品氯化鋅煙塵及氯化鋅溶液可銷售給下遊企業進一步加工提煉，具有可持續發展的優點。
附圖說明
圖1為本發明的結構示意圖；
圖2為本發明的旋風塔結構示意圖；
圖3為本發明的沸騰爐結構示意圖；
圖4為本發明的生產流程圖；
圖5為本發明的風帽結構示意圖；
圖6為本發明的風帽杆結構示意圖；
圖7為圖6的俯視圖。
附圖標記說明：1、沸騰爐1-1、焙燒室1-2、鼓風腔室2、旋風塔2-1、塔體2-2、旋風通道2-3、出料口2-4、排氣通道3、煙氣淨化設備3-1、文氏管3-2、集液箱3-3、洗滌塔3-4、電除霧裝置3-5、尾氣吸收塔3-6、循環槽3-7、文氏泵4、風帽4-1、風帽杆4-11、通孔4-12、風帽杆體4-13、凸邊4-2、風帽頭。
具體實施方式
以下結合具體實施例對本技術方案作詳細的描述。
如圖1-圖7所示，本發明是一種次氧化鋅除雜富集有價金屬鋅的方法，它包括焙燒工段和淨化工段，焙燒工段是將含高氟氯次氧化鋅煙塵原料送入沸騰爐進行焙燒脫碳除雜富集回收氧化鋅。焙燒工段的沸騰爐焙燒過程中，通過鼓風機補充氧氣，讓原料中的碳、金屬鋅微顆粒跟氧氣充分燃燒，經過燒結、除雜、富集之後的優質氧化鋅焙砂從沸騰爐排渣滾筒中排出，焙燒中產生的二氧化碳、水蒸汽、氯化物及少量氧化鋅粉塵抽到旋風塔，經離心除塵作用，分離出副產品氯化鋅和少量氧化鋅煙塵，其它煙體進入淨化工段。
所述淨化工段是經過焙燒工段的旋風離心除塵後的煙氣，經過文氏管、洗滌塔文氏管進行噴淋洗滌除塵，含氯化鋅、氧化鋅的水溶液經積液箱收集偱環使用，積液箱沉澱的氧化鋅和氯化鋅泥，推回爐中繼續焙燒。少量氯化鋅酸霧經電除霧除淨，尾氣經過吸收塔的燒鹼(naoh)槽再次中和吸收，氯化鋅與燒鹼中和之後生成氫氧化鋅沉澱和氯化鈉水溶液，回收後作進一步處理；部分水蒸汽和極少量二氧化碳達標直接通過尾氣吸收塔排空。
進一步地，本技術方案中，採用的原料組成包括單質鋅、單質碳、鐵化合物、氯化合物；原料來源：鋼廠電弧爐出來的高氟氯次氧化鋅煙塵；
高氟氯次氧化鋅煙塵的元素構成按重量百分比包括：鋅35-60％；碳25-35％，氯3-5％，鐵5-8％，氟0.3-0.8％。
在焙燒過程中的化學反應方程式：
2zn+o2＝＝＝2zno；
c+o2＝＝＝co2；
淨化過程中的化學反應方程式：
zncl2+2naoh＝＝＝2zn(oh)2↓+2nacl
原料中所含氟氯化鋅經過焙燒不能氧化和分解，只能通過高溫升華成煙氣與氧化鋅進行分離，通過旋風塔及淨化工段煙氣冷卻過程中收集。
高氟氯次氧化鋅煙塵經過焙燒工段和淨化工段處理後，得到的成品包括氧化鋅、鐵化合物、氯化物、氟化物；元素構成按重量百分比包括鋅50-69％，氯0.01-0.05％，鐵5-8％，氟0.01-0.03％。
以下是次氧化鋅除雜富集有價金屬鋅回收設備，它包括沸騰爐1、旋風塔2和煙氣淨化設備3，旋風塔2與沸騰爐1連接，旋風塔的數量為兩個，依次連接設置，沸騰爐設置有原料進口、燃料進口和氧化鋅輸出口；沸騰爐1包括容置原料的焙燒室1-1和設置在焙燒室下方的鼓風腔室1-2，焙燒室的上部設置有煙氣通道，鼓風腔室外接鼓風機，鼓風腔室連接有風帽4；風帽包括風帽杆4-1和風帽頭4-2，風帽杆設置有向上的通孔4-11，風帽頭罩設於風帽杆的一端並與風帽杆活動配合。風帽杆包括風帽杆體4-12和設置在風帽杆體端側的凸邊4-13，凸邊上設置有多個立向的通氣孔；風帽頭罩設在風帽杆體的一端，以螺紋連接的方式與凸邊連接，使得風帽杆的通孔與通氣孔活動連通。
進一步地，所述旋風塔2包括塔體2-1和沿塔體側部螺旋設置的旋風通道2-2，塔體的下部設置有出料口2-3，上部設置有排氣通道2-4，氣體經過旋風通道的離心作用，使得粉塵經塔體的側壁落入出料口並排出，而煙氣則上升至排氣通道，向煙氣淨化設備和沸騰爐排放。塔體2-1的下部為上寬下窄的錐筒結構，出料口設置在錐筒的底端。所述出料口的輸出端設置有輸送裝置，該輸送裝置引向沸騰爐，使得從出料口輸出的物料能夠返回到沸騰爐進一步焙燒。塔體的內壁設置有刮料構件，通過刮料構件將吸附在塔體內壁的物料刮落到出料口。排氣通道2-4為立向設置在塔體上部的中心導管，中心導管從內至外依次設置有耐溫材質管層、耐溫材質骨網和襯耐火泥。
煙氣淨化設備3包括文氏管3-1、與文氏管連接的集液箱3-2、洗滌塔3-3、電除霧裝置3-4、尾氣吸收塔3-5，文氏管通過爐氣導管與旋風塔連接，集液箱的輸出端連接有循環槽3-6，該循環槽上安裝有文氏泵3-7，文氏泵的輸出端連接文氏管；洗滌塔連接有鹼槽，使得煙氣經過旋風塔的旋風離心除塵後經過洗滌，形成碳酸鈉及氯化鋅水溶液，尾氣達標直接排空。
本發明與現有技術相比，採用沸騰爐對含鋅菸灰原料進行焙燒脫碳除雜，回收氧化鋅，能處理轉窯所產氧化鋅高氯有害雜質，除雜效率高；並且配套煙氣淨化設備，系統更加封閉，氣體排放更加乾淨；產能更大，是傳統的轉窯的5-10倍，人員勞動效率高，能耗低；成本優勢明顯，延長了電解鋅過程中陰極板的使用壽命；節能環保，原料的來源主要是來自於鋼廠電弧爐出來的菸灰，這種菸灰一般是作為廢棄物進行排放，對環境的汙染非常大，採用本發明的技術方案正好可以將這些廢棄物進行充分利用，得到的氧化鋅產品可以銷售給相關企業，副產品氯化鋅煙塵及氯化鋅溶液可銷售給下遊企業進一步加工提煉，具有可持續發展的優點。
以上所述的僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明創造構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。