[发明专利]一种加入硫酸铁焙烧-水浸回收含铁酸锌废渣中锌的方法

说明书

技术领域：

本发明属于冶金工程和环境工程交叉领域，具体涉及一种高效分解铁酸锌和回收锌的方法。

技术背景：

锌是重要的战略性基础材料，我国是世界第一产锌大国。目前锌的常规湿法冶炼工艺主要为氧化焙烧-浸出-电积。锌矿中常伴有8-15%的铁元素，氧化焙烧过程中这部分铁不可避免地与氧化锌发生反应生成铁酸锌。铁酸锌（ZnFe₂O₄）属于尖晶石类型（AB₂O₄），晶格十分稳定，一般酸碱难于溶出锌，导致锌的回收率低，并且产生了大量的含铁酸锌的废渣。这些废渣难处理，渣量逐年累积堆存占用了大量的土地，同时也造成环境污染。另外，废渣的堆存造成了锌资源的大量浪费，如何高效回收其中的锌在资源日益枯竭的今天已成为一个亟待解决的问题。

目前，分解铁酸锌处理含锌废渣的方法有火法和湿法工艺。常规火法工艺有回转窑挥发法，将含锌废渣添加40-50%的还原焦炭，在1100℃-1300℃的高温下将铁酸锌还原为锌蒸气，锌蒸气经氧化收集后返回锌浸出工段。该工艺耗能高、劳动操作强度大、锌的回收率不高、环境污染严重。产生的回转窑渣主要为炭、铁及稀散金属的固溶体，硬度大磨矿困难，难于后续处理，大量堆积污染环境。湿法处理工艺主要为高温高酸浸出-沉铁工艺，其净化流程复杂、生产成本大，因此湿法处理工艺有一定的局限。

发明内容：

本发明的目的是提供一种加入硫酸铁焙烧-水浸回收含铁酸锌废渣中锌的方法，其是一种含铁酸锌固废高效资源化的技术，通过将含铁酸锌的废渣与硫酸铁混和后焙烧，铁酸锌高效分解转化为硫酸锌与氧化铁，废渣中氧化锌、硫化锌、硅酸锌等可同时转化为硫酸锌，然后直接水浸溶出锌，获得含杂质离子少的硫酸锌溶液，可以直接返回炼锌工艺回收锌，铁以氧化铁形式存在于浸出渣中，实现锌铁高效分离。本工艺可有效克服锌浸出渣挥发窑处理能耗高、污染严重、以及传统热酸浸出-沉铁工艺酸耗高、净化流程复杂的缺点，具有工艺简单、成本低廉、节能环保的优点。

一种加入硫酸铁焙烧-水浸回收含铁酸锌废渣中锌的方法，包括以下步骤：1）将含铁酸锌的废渣与硫酸铁混合均匀后焙烧；

2）将焙烧所得产物浸出回收。

步骤1）所述的焙烧温度为500～1000℃。

步骤1）所述的焙烧时间为30～180min。

步骤1）所述的硫酸铁的量为将废渣中所有锌都转化为硫酸锌的理论质量的0.8-2.5倍。

步骤2）所述的浸出介质为水。

步骤2）所述的浸出液固质量比为（3～10）：1。

步骤2）所述的浸出温度为25～60℃。

步骤2）所述的浸出时间为15～45min。

所述的含铁酸锌的废渣是锌冶炼过程中产生的。

本发明的基本原理和技术优势：

1、在加热过程中，硫酸铁会发生一系列不同的反应，图1为纯硫酸铁的DTA-DTG图，如图所示，硫酸铁在100℃和250℃附近分别脱去表面水和结合水。当温度继续升高，硫酸铁在600℃-760℃之间有明显的失重峰，这是因为硫酸铁分解释放出三氧化硫。在600℃-760℃内，废渣中的铁酸锌、氧化锌、硅酸锌可以被硫酸铁分解释放出来的三氧化硫高效转化为硫酸锌，相关热力学数据见图2。由图2可知，在600℃-760℃温度范围内，铁酸锌、氧化锌、硅酸锌与三氧化硫反应的ΔG<0，这说明这些反应在热力学上可自发进行，铁酸锌、氧化锌、硅酸锌可以被转化为硫酸锌。同时，废渣中的硫化锌在此温度范围内直接被焙烧炉中的氧气氧化成硫酸锌，热力学数据见图3。综上所述，废渣中的铁酸锌和少量的氧化锌、硅酸锌和硫化锌等经过本发明焙烧后都可以转化为硫酸锌，为实现水浸高效回收锌提供了基础。焙烧前后物相变化以实施例1为例，图4为实施例1中原废渣的XRD图谱，图5为原废渣经过本工艺处理后的XRD图谱，对比二者的物相变化可以看出，废渣中的铁酸锌经过本发明处理后被分解转化为硫酸锌，实现了锌铁分离。

2、废渣中的铁酸锌以及少量的氧化锌、硅酸锌和硫化锌等经过本发明焙烧后都可以转化为硫酸锌，可直接用水浸，浸出条件温和，锌回收率高，对设备无损伤。

3、滤液为硫酸锌溶液且含杂质离子少，可以直接返回炼锌工艺，回收锌。附图说明

图1为纯硫酸铁的DTA-DTG图；

图2为废渣中的铁酸锌、氧化锌、硅酸锌被硫酸铁分解释放出来的三氧化硫高效转化为硫酸锌的相关热力学数据;