一種利用CO₂分壓抑制高鐵鋅焙砂還原焙燒過程中氧化亞鐵生成的方法

專利名稱：一種利用CO₂分壓抑制高鐵鋅焙砂還原焙燒過程中氧化亞鐵生成的方法
技術領域：
本發明屬于冶金工程與環境工程的交叉領域，具體涉及ー種選擇性還原的方法，特別涉及ー種利用CO2實現高鐵鋅焙砂中鐵酸鋅選擇性還原的方法。
背景技術：
我國鋅冶煉方法目前以濕法為主，大約占鋅產能的85%以上，當今獲得大規模エ業應用的濕法煉鋅流程通常由氧化焙燒、浸出、浄化和電積四大工序組成。硫化鋅精礦經高溫沸騰氧化焙燒(900°C -IlOO0C )后轉化為氧化鋅焙砂，所得焙砂經中性浸出或低酸浸出溶出鋅，富鋅溶液經除雜，凈化后送入電解エ序生產電解鋅。硫化鋅精礦中含有5% -15%的鉄，焙燒時鐵被氧化，生成大量的Fe2O3和少量Fe3O4,它們極易與生成的氧化鋅結合成鐵酸鋅。鐵酸鋅結構非常穩定，在稀硫酸、堿以及其他螯合劑等條件下都難以溶解，因此中性 浸出和低酸浸出過程中，20%左右的鋅以及90%以上的鐵將以鐵酸鋅的形式損失到浸出渣中。為解決這ー問題，20世紀60年代以前，根據浸出渣中鉛、鋅以及其他有價金屬的含量和各自冶煉條件而采用不同的火法處理工藝，如回轉窯還原揮發，硫酸化焙燒，或返回鉛鋅ISPエ藝的燒結エ序配料，這些火法處理工藝大都存在能耗高、流程長、貴金屬回收率低等缺點。20世紀60年代以后新發展的ー種高溫高酸浸出エ藝逐漸獲得廣泛應用，控制浸出酸度200-300g/l、浸出溫度90-95°C的條件下，對鋅浸出渣進行浸出。該條件下，鐵酸鋅接近完全分解，在保證鋅浸出率為95%以上的同時絕大部分鐵也被溶出，為了保證后續電解エ段正常運行，必須對溶液中的鐵鋅進行分離，エ業上常采用針鐵礦法、赤鐵礦法和黃鉀鐵礬法，使溶液中的鐵易于沉降和過濾。但此エ藝流程長，設備腐蝕嚴重，且產生的大量沉鐵渣無法利用，導致了鐵資源的浪費。為了解決以上問題，提出ー種方法即在沸騰焙燒后加一段還原焙燒，通過嚴格的氣氛控制將高鐵鋅焙砂中的鐵酸鋅選擇性轉化為便于磁選的高磁性氧化鐵，并且抑制氧化亞鐵的生成，絕大部分鋅則以易于溶出的氧化鋅形態存在，采用低酸浸出實現鐵鋅分離，從源頭上防止鐵進入煉鋅流程。由此避免沉鐵エ序和沉鐵渣堆存帶來的環境問題，具有環境友好、流程簡單、原料適應性強、經濟效益好等諸多優勢，對我國鋅冶煉エ業的產業升級和技術創新具有重要意義。

發明內容
本發明提供ー種利用CO2實現高鐵鋅焙砂中鐵酸鋅選擇性還原的方法，防止高鐵鋅焙砂中的鐵酸鋅高效分解過程中磁性四氧化三鐵向氧化亞鐵的轉化，從而抑制了弱酸浸出過程鐵的溶出，從源頭上防止鐵進入煉鋅流程，由此縮短沉鐵エ序，避免了沉鐵渣堆存帶來的環境問題。為實現以上目的，在還原焙燒過程中，通過嚴格的氣氛控制，抑制焙燒過程中氧化亞鐵的生成，絕大部分鋅轉化為易于溶出的氧化鋅，鐵則以磁性四氧化三鐵的形態存在。此方法可使鐵酸鋅的分解率達到85%以上，解決鋅冶煉過程中的鐵鋅分離困難、浸出渣量大、鐵渣難以資源化等問題。一種抑制高鐵鋅焙砂還原焙燒過程中氧化亞鐵生成的方法將高鐵鋅焙砂烘干后磨細篩分處理至粒徑小于75 μ m顆粒占95%以上；通入CO、Ar和CO2的混合氣作為還原劑還原焙燒，CO體積濃度為4% -6%，同時體積百分比CO/(C0+C02)為10% -30% ;根據鐵酸鋅在物料中的百分含量α，控制混合還原劑氣體流速在O. 065 a L/g · min-0. 13 a L/g · min范圍內，焙燒溫度控制為700°C _750°C范圍內；還原焙燒時間為30-60min。一般還原焙燒過程中，鐵酸鋅可能發生的化學反應如下
3ZnFe204+C0 = 3Zn0+2Fe304+C02(I)ZnFe204+C0 = Zn0+2Fe0+C02(2)ZnFe2O4+FeO = ZnCHFe3O4(3)Fe304+C0 = Fe0+C02(4)純鐵酸鋅和鋅焙砂分別在不同氣氛下還原焙燒后，分析了其物相變化，結果如圖I和圖2所示。由圖I和圖2可以看出，鐵酸鋅和鋅焙砂還原焙燒過程中都發生分解，但是在未通入CO2的焙燒條件下，有氧化亞鐵生成，通過嚴格控制C0/C0+C02分壓，抑制磁性四氧化三鐵向氧化亞鐵的轉化，鐵主要以磁性四氧化三鐵的物相形式存在。由此可見，CO2的加入阻止了 Fe304+C0 = FeCHCO2反應的發生，可以有效避免后續大量鐵的浸出。采用以上技術方案，與傳統濕法煉鋅中鐵酸鋅的處理工藝相比，具有以下優勢I)還原劑用量少，鐵酸鋅轉化率高。在CO濃度為4 % -6 %，C0/C0+C02為10% -30%的弱還原氣氛下完成還原焙燒，將鐵酸鋅高效分解為氧化鋅和磁性氧化鐵，降低后續弱酸浸出過程中鐵的溶出，從源頭上防止鐵進入煉鋅流程，簡化了濕法煉鋅流程，并且不會產生廢氣，不存在二次污染問題。2)操作簡單，易于控制，設備腐蝕程度低。預處理過程降低鋅焙砂顆粒粒徑，保證焙燒過程還原充分，通過還原氣氛控制，既可以避免氧化鋅直接還原為單質鋅，也避免了磁性氧化鐵過還原為單質鐵和氧化亞鐵；焙燒條件容易控制，對設備要求不高，而傳統的高溫高酸浸出工藝流程長，設備腐蝕嚴重，且產生的大量沉鐵渣無法利用，導致了鐵資源的浪費，此發明完全克服了以上缺點。3)這種抑制鐵酸鋅分解過程中氧化亞鐵生成的方法不僅適用于高鐵鋅焙砂，而且適用于所有含有鐵酸鋅的礦石原料，冶煉尾渣，功能材料及化工產品。因此，本發明具有操作簡單、環境友好、經濟效益好等諸多優勢，對我國鋅冶煉工業的產業升級和技術創新具有重要意義。


圖I.鐵酸鋅不同氣氛條件下還原焙燒后XRD圖譜；圖2.鋅焙砂不同氣氛條件下還原焙燒后XRD圖譜；圖3.鋅焙砂不同氣氛條件下還原焙燒后Fe2+/TFe圖譜。
具體實施例方式以下實施例旨在進一步說明本發明，而不是對本發明的限定。
實施例I :鐵酸鋅烘干后磨細篩分處理至粒徑小于75 ii m顆粒占95%以上，分別在750°C、C0濃度4%、無CO2條件下還原焙燒60min，750°C、通入CO、Ar和CO2的混合氣；其中CO濃度4%、C(V(C0+C02)為20%條件下還原焙燒60min，控制混合氣體流速在0. 065L/g min(該混合氣體流速是指單位質量的鐵酸鋅在単位時間內所需要的混合氣體的體積)。結果顯示鐵酸鋅還原焙燒過程中發生分解，但是在未通入CO2的焙燒條件下，有氧化亞鐵生成，通入CO2以后，鐵主要以磁性四氧化三鐵的物相形式存在。由此可見，CO2的加入避免了 Fe304+C0=FeCHCO2反應的發生，可以有效避免后續大量鐵的浸出。
實施例2 高鐵鋅焙砂預處理之后，分別在750°C、CO濃度4 %、無CO2條件下，還原焙燒60!^11，750で、通入0)、41'和0)2的混合氣；其中CO濃度4%、C(V (C0+C02)為20%條件下還原焙燒60min，根據鐵酸鋅含量，控制混合還原氣的流量為0. 0176L/g min (該混合氣體流速是指單位質量的鐵酸鋅在単位時間內所需要的混合氣體的體積，其中鐵酸鋅百分含量a為0.27)。還原焙燒后分析得出Fe2+/TFJ逭時間的變化規律如圖3所示。結果顯示，高鐵鋅焙砂中的鐵酸鋅在還原焙燒過程中分解，鐵酸鋅轉化為氧化鋅和磁性四氧化三鉄。在未通入CO2的焙燒條件下，鐵酸鋅發生過還原，四氧化三鐵被還原為氧化亞鐵，不利于后續鐵鋅分離。通入CO2以后，氧化亞鐵的含量明顯降低，鐵主要以磁性四氧化三鐵的物相形式存在，證明CO2的摻入可避免Fe304+C0 = FeCHCO2反應的發生，有利于實現鐵鋅的分離。
權利要求
1.一種利用CO2分壓抑制高鐵鋅焙砂還原焙燒過程中氧化亞鐵生成的方法，其特征在于，將高鐵鋅焙砂烘干后磨細篩分處理至粒徑小于75 μ m顆粒占95 %以上；通入CO、Ar和CO2的混合氣作為還原劑還原焙燒，CO體積濃度為4% -6%，同時體積百分比CO/(C0+C02)為10% -30%;根據鐵酸鋅在物料中的百分含量α，控制混合還原劑氣體流速在O. 065 a L/g · min-0. 13 α L/g · min范圍內，焙燒溫度控制為700°C _750°C范圍內；還原焙燒時間為30_60min。
全文摘要
本發明提供一種利用CO2分壓抑制高鐵鋅焙砂還原焙燒過程中氧化亞鐵生成的方法。采用高溫還原焙燒工藝，在弱還原氣氛條件下，通過嚴格控制CO濃度，CO/(CO+CO2)分壓，氣體流量，焙燒溫度，焙燒時間來抑制還原焙燒過程中磁性四氧化三鐵向氧化亞鐵的轉化，從而降低后續濕法浸鋅過程中鐵的溶出，極大的減輕了鋅浸出液的沉鐵負擔以及沉鐵渣堆存帶來的環境問題，更有利于實現鋅的清潔冶煉。
文檔編號C22B19/00GK102643978SQ201210122328
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月24日 優先權日2012年4月24日
發明者侯棟科, 彭兵, 彭寧, 李密, 柴立元, 王紀明, 閆緩 申請人:中南大學