CN108291271A - 环保的锌冶炼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种环保的锌冶炼方法，提供了一种锌铁氧体的处理方法，包括以下步骤：通过蒸发(Fuming)工序使在锌湿式冶炼工序中产生的锌铁氧体(Zinc Ferrite)生成蒸发金属氧化物、二氧化硫废气及环保洁净炉渣；通过使所述蒸发金属氧化物和在所述蒸发(Fuming)步骤中产生的二氧化硫废气进行反应，从而转换为固体物的金属硫酸化合物和/或金属亚硫酸化合物(Metal‑Sulfate or Sulfite)；以及通过使所述金属亚硫酸化合物(Metal Sulfite)与硫酸进行反应，从而分解(Decomposition)为金属硫酸化合物和浓缩二氧化硫气体。

Description

环保的锌冶炼方法
技术领域
本发明涉及一种在锌的冶炼工序中产生的锌铁氧体的环保处理方法。
背景技术
从锌精矿中提取锌的方法有干式冶炼方法和湿式冶炼方法。双重湿式冶炼方法在焙烧(Roasting)锌精矿并使之溶解(Leaching)之后，经提纯(Purification)工序后最终通过电解(Electrolysis)提取高纯度锌。
在这种湿式冶炼方法的焙烧工序中生成锌铁氧体(Zinc ferrite)，该物质在作为传统的两步骤溶解方式的中性溶解(Neutral Leaching)和/或弱酸溶解(Weak AcidicLeaching)工序中不会很好地溶解。
因此，为了进一步溶解锌铁氧体(Zinc ferrite)中的锌，在大部分锌冶炼厂中通过如下的强酸溶解(Strong Acidic Leaching)工序来增加锌的回收率。
ZnOFe2O3+4H2SO4—＞ZnSO4+Fe2(SO4)3+4H2O
此时，与锌一同溶解的铁通过在其他工序中转换为针铁矿(Goethite)、黄钾铁矾(Jarosite)或赤铁矿(Hematite)等的形态而分离/排出到工序之外。
但是，由于这种物质作为锌冶炼废料含有重金属和硫化物质，因此在大部分冶炼厂中将这种物质永久保管到用于防止环境污染的特殊积存场中。在该情况下，部分有价金属与锌冶炼废料一同被永久积存而不会被回收。
此外，对环境有害的锌冶炼废料的永久保管处于因地区的社会担忧及各国渐进的环境法规强化而难以确保追加积存厂的状况。
这种追加积存厂的确保对今后的锌冶炼事业的持续经营成为强大的障碍因素。
发明内容
本发明的课题是开发一种从技术上将锌冶炼废料转换为环保物质而解决积存问题，并且回收锌废料中的锌等大部分有价金属和硫氧化物质的方法。
在本发明的一实现例中，提供一种锌铁氧体的处理方法，其包括以下步骤：通过蒸发(Fuming)工序使在锌湿式冶炼工序中产生的锌铁氧体(Zinc Ferrite)生成蒸发金属氧化物、二氧化硫废气及环保炉渣；以及通过使所述蒸发金属氧化物和在所述蒸发(Fuming)步骤中产生的二氧化硫废气进行相互反应，从而转换为固体物的金属硫酸化合物和/或金属亚硫酸化合物(Metal-Sulfate or Sulfite)。
作为所述金属硫酸化合物的一例有硫酸锌。此外，作为所述金属亚硫酸化合物的一例具有亚硫酸锌。作为以下一示例，以锌为例进行说明，但包含在锌冶炼工序中的其他金属也可以应用该工序。
可以在气体洗涤器中执行通过使所述蒸发金属氧化物和在所述蒸发(Fuming)步骤中产生的二氧化硫废气进行反应，从而转换为固体物的金属硫酸化合物和/或金属亚硫酸化合物(Metal-Sulfate or Sulfite)的步骤。
所述锌铁氧体的处理方法可进一步包括：分解(Decomposition)工序，通过使获得的所述金属亚硫酸化合物(Metal Sulfite)与硫酸进行反应而使之分解(Decomposition)，通过所述分解工序来回收金属硫酸化合物和浓缩二氧化硫气体(SO2)。
可以在中性和/或弱酸溶解工序(Neutral&Weak Acidic Leaching)中再利用经回收的所述金属硫酸化合物。
可通过向硫酸制备工序送入经回收的所述浓缩二氧化硫气体，从而在硫酸制备中利用该浓缩二氧化硫气体。
可通过所述锌铁氧体的处理方法，在没有追加的强酸溶解工序和在额外的除铁工序中产生的含铁废料的情况下执行锌湿式冶炼工序。
所述锌铁氧体的处理方法进一步包括以下步骤：通过将获得的所述金属硫酸化合物(Metal Sulfate)或所述金属亚硫酸化合物(Metal Sulfite)加入到密闭鼓风炉(ISF，Imperial Smelting Furnace)，从而回收有价金属，并且将此时产生的二氧化硫气体送入硫酸制备工序而在硫酸制备中利用该二氧化硫气体。
在利用本发明的一实现例的锌铁氧体的处理方法的情况下，能够在锌冶炼工序中将溶解设备及工序改善为简便，并且也能够缩减工序运转费用。
此外，能够解决需要将溶解后的铁沉淀而产生的废料永久积存保管的环境问题，并且能够获取锌以外的追加有价金属。
此外，能够减少在所排出的废气处理过程中产生的其他废料或废水的产生。
更具体而言，能够消除现有的锌冶炼方法中无法解决的环境问题的同时，能够使包含在锌精矿中的锌及其他有价金属的回收率极大化。
附图说明
图1是表示包括本发明的一实现例的锌铁氧体的处理方法的锌冶炼过程的工序图。
图2是表示对由所述蒸发(Fuming)步骤获取的氧化锌进行处理的方法的过程的工序图。
具体实施方式
参照附图的同时参照以下详细叙述的实施例，将会明确本发明的优点和特征以及实现这些的方法。但是，本发明并不限定于以下所公开的实施例，而是可以以彼此不同的多种方式实现，本实施例仅仅使本发明的公开全面，并且为了给本发明所属技术领域的技术人员告知本发明的范围而提供的，本发明仅由权利要求的范围定义。在说明书全文中相同附图标记指相同的结构要素。
因此，在几种实施例中，为了避免模糊地解释本发明，对公知技术不进行具体说明。如果没有其他定义，则在本说明书中所使用的所有用语(包括技术用语及科技用语)能够以本发明所属技术领域的技术人员共同理解的含义使用。此外，在说明书全文中，当提到某部分“包括”某结构要素时，在没有特别相反的记载的情况下，这表示并不排除其他结构要素，可进一步包括其他结构要素。此外，单数形式只要在句子中未特别提及就包括复数形式。
图1是表示本发明的一实施例的锌冶炼方法的过程的工序图。
参照图1对本发明的一实施例的锌冶炼方法进行说明。首先，执行如下的反应：通过对锌精矿进行焙烧(roasting)而生产包含氧化锌(ZnO)和锌铁氧体(Zinc ferrite)的焙砂，并且在焙烧过程中将精矿中的硫转换为二氧化硫(SO2)。
锌精矿的主要成分包含Zn、Fe和S，并且包含作为其他金属的Pb、Cu、Cd、Co、Ag、Au等。
焙烧工序为使难溶解于硫酸的硫化物形态的锌精矿氧化为可溶性锌焙砂(calcine)的工序。
焙烧工序的主要反应如下所述。
ZnS+3/2O2—>ZnO+SO2
ZnS+2FeS+5O2—>ZnOFe2O3+3SO2
焙烧工序中产生的SO2可在硫酸工厂中制备硫酸时利用。
焙烧工序中产生的氧化锌和锌铁氧体(Zinc ferrite)可以导入到焙砂溶解工序。
中性及弱酸溶解(Neutral&Weak Acid Leaching)工序为使作为焙烧工序中产生的焙砂的主要成分的氧化锌(ZnO)溶解(leaching)于硫酸溶剂的工序。
焙烧工序中生成的焙砂中的锌铁氧体(Zinc ferrite)为难溶性物质，在中性及弱酸溶解工序中不会被溶解。
中性及弱酸溶解工序中的主要反应如下所述。
ZnO+H2SO4—>ZnSO4+H2O
对于中性溶解工序而言，在反应开始时pH范围可以是2.0至2.5，在反应结束时pH范围可以是3.5至5.0。
弱酸溶解工序使在中性溶解工序中未溶解的剩余氧化锌(ZnO)溶解并转换。
如前述，以往为了处理锌铁氧体(Zinc ferrite)，实施了强酸溶解工序(strongacid leaching)和以残铁(goethite,Hematite,Jarosite)形态去除溶解后的铁的工序(iron precipitation，铁的沉淀)，但在本发明的一实现例中利用蒸发(Fuming)步骤而不会实施强酸溶解工序(strong acid leaching)和除铁工序(iron precipitation)。
对于所述弱酸溶解工序而言，在反应开始时pH范围可以是1.5至2.0，在反应结束时pH范围可以是2.5至3.0。
在所述溶解工序中未浸出的锌铁氧体(Zinc ferrite)可以导入到蒸发(Fuming)工序。
蒸发(Fuming)工序为如下的工序：通过将包含锌铁氧体(Zinc ferrite)、石炭(coal)及氧的空气注入到蒸发炉(fuming furnace)并进行加热，从而生成氧化锌(ZnO)及二氧化硫废气。
所述蒸发(Fuming)工序的执行步骤可以在温度范围1250℃至1350℃下执行。
在所述蒸发(Fuming)工序中通过所述反应过程来排出氧化锌(ZnO)及二氧化硫(SO2)废气。
在利用所述蒸发(Fuming)工序排出的排出物中不仅可包含氧化锌，而且可进一步包含锌精矿中所包含的Pb、Cu、Cd、Co、Ag、Au等金属的化合物。
此外，在本发明的一实现例中，为了提高收率并制备环保炉渣，所述蒸发(Fuming)过程可包括熔化步骤(Smelting)和还原步骤(Reduction)。
可在所述熔化步骤(Smelting)中注入包含锌铁氧体(Zinc ferrite)、石炭(coal)及氧的空气并进行加热，从而生成氧化锌(ZnO)、二氧化硫废气及炉渣。
可通过向在所述熔化步骤(Smelting)中生成的炉渣进一步注入包含石炭(coal)及氧的空气而执行还原步骤(Reduction)，并且通过使残留在熔化步骤(Smelting)的炉渣中的锌及其他挥发性金属进行蒸发(Fuming)氧化而回收氧化锌(ZnO)、氧化铅(PbO)、氧化铟(Indium Oxide)、银(Ag)等并生成二氧化硫废气。
作为非挥发性物质的铜(Cu)、一部分银(Ag)及金(Au)可以与铜黄渣(CopperSpeiss)一同以熔化金属形态回收。本发明的一实现例可包括以环境上稳定的炉渣的形态排出除此之外的物质的步骤。
图2是表示对由所述蒸发(Fuming)步骤获取的氧化锌进行处理的方法的过程的工序图。
从图2可知，蒸发步骤中产生的二氧化硫气体(SO2)的洗涤方法可包括：第一反应，通过将由所述蒸发(Fuming)步骤获取的氧化锌加入到气体洗涤器中并使其与在蒸发步骤中产生的二氧化硫气体(SO2)进行反应而生成亚硫酸锌(ZnSO3)；以及第二反应，通过所述亚硫酸锌(ZnSO3)及硫酸(H2SO4)的溶解反应，使其转换为硫酸锌(ZnSO4)和浓缩二氧化硫气体(SO2)。
所述第一反应及第二反应的主要反应如下所述。
ZnO+SO2→ZnSO3
ZnSO3+H2SO4→ZnSO4+SO2+H2O
通过向中性及弱酸溶解工序移送由所述亚硫酸锌溶解步骤获取的硫酸锌溶液，并且将亚硫酸锌残渣中所含有的银和铅硫化物沉淀分离为固体物，从而作为铅及银回收工序的原料来使用。
关于对在所述第一反应的气体洗涤器中产生的亚硫酸锌进行处理的其他第二反应，通过投入到锌精矿焙烧工序或密闭鼓风炉(ISF，Imperial Smelting Furnace)中而回收亚硫酸锌中的锌，并且在密闭鼓风炉(ISF，Imperial Smelting Furnace)硫酸工厂中进行所产生的二氧化硫气体的处理。
以上，参照附图对本发明的实现例进行了说明，但本发明所属技术领域的技术人员应能理解，在不变更本发明的技术思想或必要特征的情况下可以以其他具体形式实施。
因此，应理解为以上所记载的实现例在所有方面是示例性的而不是限定性的。本发明的范围由在上述详细说明之后叙述的权利要求书的范围来呈现，应解释为从权利要求书的含义及范围以及其均等概念导出的所有变更或变更后的形式包含在本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种锌铁氧体的处理方法，包括以下步骤：
通过蒸发(Fuming)工序使在锌湿式冶炼工序中产生的锌铁氧体(Zinc Ferrite)生成蒸发金属氧化物及二氧化硫废气；以及
通过使所述蒸发金属氧化物和在所述蒸发(Fuming)步骤中产生的二氧化硫废气进行反应，从而转换为固体物的金属硫酸化合物和/或金属亚硫酸化合物(Metal-Sulfate orSulfite)。
2.根据权利要求1所述的锌铁氧体的处理方法，其中，
根据所述锌铁氧体的处理方法，在没有追加的强酸溶解工序(Strong AcidicLeaching)的情况下，通过中性和/或弱酸溶解工序(Neutral&Weak Acidic Leaching)来执行锌湿式冶炼工序。
3.根据权利要求2所述的锌铁氧体的处理方法，其中，
在气体洗涤器中执行通过使所述蒸发金属氧化物和在所述蒸发(Fuming)步骤中产生的二氧化硫废气进行反应，从而转换为固体物的金属硫酸化合物和/或金属亚硫酸化合物(Metal-Sulfate or Sulfite)的步骤。
4.根据权利要求3所述的锌铁氧体的处理方法，其中，进一步包括：
分解(Decomposition)工序，通过使获得的所述金属亚硫酸化合物(Metal Sulfite)与硫酸进行反应而使之分解(Decomposition)，
通过所述分解工序来回收金属硫酸化合物和浓缩二氧化硫气体(SO2)。
5.根据权利要求4所述的锌铁氧体的处理方法，其中，
在中性和/或弱酸溶解工序(Neutral&Weak Acidic Leaching)中再利用经回收的所述金属硫酸化合物。
6.根据权利要求4所述的锌铁氧体的处理方法，其中，
在中性和/或弱酸溶解工序(Neutral&Weak Acidic Leaching)中再利用经回收的所述金属硫酸化合物，并且未溶解的银和铅以固体物浓缩并回收。
7.根据权利要求4所述的锌铁氧体的处理方法，其中，
通过向硫酸制备工序送入经回收的所述浓缩二氧化硫气体，从而在硫酸制备中利用该浓缩二氧化硫气体。
8.根据权利要求1所述的锌铁氧体的处理方法，其中，
进一步包括以下步骤：通过将获得的所述金属硫酸化合物(Metal Sulfate)或所述金属亚硫酸化合物(Metal Sulfite)加入到密闭鼓风炉(ISF，Imperial Smelting Furnace)，从而回收有价金属，并且将此时产生的二氧化硫气体送入硫酸制备工序而在硫酸制备中利用该二氧化硫气体。
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