含锌尘泥材料化利用过程中铁和锌的利用率优化

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含锌尘泥中Fe、Zn的湿化学法组合材料化具有短流程、资源可持续等优势,是含锌尘泥多途径高附加值利用领域极具前景的研究方向,但针对高锌尘泥中Fe、Zn同时浸出的浸出率优化问题尚缺少系统研究。本文分两个部分展开研究工作。首先,对马钢公司含锌尘泥的种类、产生量及成分特征和综合利用情况进行现场调研,为含锌尘泥材料化高附加值利用提供现场数据和信息。在此基础上,结合含锌尘泥中Fe、Zn组合材料化设计要求,遴选出适合的含锌尘泥种类,对其酸解过程中Fe、Zn组合浸出率进行系统的优化研究,得到了尘泥预处理及酸解工艺的最佳参数。调研结果表明,马钢公司在钢铁冶金生产中产生的冶金含锌尘泥主要包括高炉除尘灰、电炉除尘灰、高炉瓦斯泥、转炉OG泥及磷化污泥,各类含锌尘泥年产生总量约35万吨以上。目前,转底炉和回转窑工艺是马钢综合利用含锌尘泥的主要方法,二者对含锌尘泥的处理能力达40万吨/a,含锌尘泥的综合利用率居国内同行业前列。为提升含锌尘泥综合利用的附加值,建立含锌尘泥大宗量、多途径高效利用的新模式,企业对含锌尘泥高附加值利用技术有迫切的需求。在各类含锌尘泥中,高炉除尘灰和电炉除尘灰的Fe、Zn含量相对较高,最高分别可达35%、10%左右和65%、20%左右(以Fe2O3和ZnO计),资源禀赋较高,具有显著的材料化利用价值,是Fe、Zn组合材料化利用的适宜固废原料。对电炉除尘灰中Fe、Zn的酸解浸出率进行了实验研究和优化。XRF、XRD和XPS分析结果表明,电炉除尘灰中Fe和Zn以各自氧化物的质量百分数分别为67.33%和16.83%,物相组成以尖晶石相(ZnFe2O4、Fe3O4)和赤铁矿相(Fe2O3)为主;Zn主要存在于ZnFe2O4、ZnO相中,Fe则二、三价共存,主要存在于Fe3O4、Fe2O3、ZnFe2O4相中。采用正交实验法,以铁和锌的浸出率为指标,实验考察尘泥煅烧处理温度、酸解温度、酸解时间三因素的影响,通过极差分析和方差分析,对各因素的显著性进行评价,获得最佳工艺参数。实验结果表明,对于铁离子浸出率而言,三因素的显著性顺序为酸解温度>焙烧温度>酸解时间,对于锌离子浸出率而言,三因素的显著性顺序为酸解温度>酸解时间>焙烧温度,最优方案为煅烧温度为450℃、酸解温度为90℃、酸解时间为8 h,该方案的Fe、Zn浸出率分别达99.77%和97.27%。以高炉除尘灰为研究对象,实验考察了还原焙烧处理、酸解工艺对高炉除尘灰中Fe、Zn浸出率的影响,并对工艺参数进行了实验优化。XRF和XRD分析结果表明,实验用的高炉除尘灰中铁和锌以氧化物计的占比分别为43.5%和22.12%(质量百分比),Fe主要存在于Fe2O3、ZnFe2O4、Fe3O4物相中,Zn主要以ZnFe2O4和ZnO的物相形式存在。采用正交试验法,以铁和锌的浸出率为指标,考察煅烧温度、酸解温度、酸解时间的影响。实验结果表明,三因素的显著性顺序为酸解温度>焙烧温度>酸解时间。得到的最优方案为:煅烧温度650℃、酸解温度90℃、酸解时间4 h,该方案的Fe、Zn浸出率分别达95.92%和95.34%。
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