碱法处理转炉富锌铅炉灰工艺特点分析

文_申瑞 山西沁润泽环保科技有限公司

针对转底炉富锌铅炉灰的二次利用技术于1978 年开始投入使用，至今已形成了一定的规模，并产生了极高的商业价值。相关技术经过不断完善，通过碱法选择性浸出-电解新工艺对转底炉富锌铅炉灰进行直接的锌提取，可实现利用较短的生产流程完成锌的高回收率，并有效控制了回收过程对周边环境的影响，对降低生产成本、提倡环保节能、协调生态环境具有重要意义。

1 碱法浸出技术的特点

做为矿物生产中的一项重要技术，碱法浸出工艺可以有效促进矿物质的分离，提升矿物提取品质和利用率，更好地发挥矿物质的价值。首先，碱法浸出工艺可以降低整体开采的下限，将传统提取方式中无法获取的物质更有效地提取出来，将原本的矿物残渣转化为要利用物质，提高资源的利用率；其次，由于提高了对矿物资源的提取利用率，使传统矿物生产带来的环境污染问题得到了更好的控制；第三，由于碱法浸出工艺操作流程简单、速度快，使得相关生产环节的消耗少、效率高，对周边环境影响小，目前我国在重金属开发领域受到了普遍认可和重视。

2 碱法处理实验

本文以马钢三铁总厂转底炉炉灰为实验对象，就碱法浸出提取其中的锌物质的相关工艺进行分析。

2.1 实验原料

马钢三铁总厂转底炉炉灰，为白色袋灰和淡紫色锅灰，颗粒粒度＜140 目，属挥发烟尘。

2.2 实验方法

2.2.1 主要实验试剂

乙酸-乙酸钠缓冲溶液(pH5．5 ～6．0)：用水溶解47．67g无水乙酸钠，并加入5mL 冰乙酸稀释至500mL，摇匀制成。

锌标准溶液(2mg/mL)：用500mL 烧杯将2g 金属锌与1：1盐酸充分溶解后，用水稀释至1000mL，摇匀制成。

铅标准溶液(lmg/mL)：称取1．598g 硝酸铅，与1%浓度硝酸溶液一起倒入1000mL 容量瓶中稀释至刻度制成。

EDTA 标准溶液1 (滴定铅)：在烧杯中倒入3．50g 乙二胺四乙酸二钠，并加水稀释至1000mL，充分溶解摇匀，采用铅标准溶液标定。

锌铅总量EDTA标准溶液：在500mL容量的烧杯中倒入20g二胺乙酸钠，加水溶解稀释至1000mL 后用锌标准溶液标定。

重铬酸钾标准溶液：在100mL 容量的烧杯中放入用固定质量称量法准确称取的在150 ～180℃下烘干2h 的K2Cr2O7固体，加入50mL 水搅拌至完全溶解后转移至250mL 容量瓶中，用水稀释至刻度摇匀。

2.2.2 炉灰中锌成分含量分析方法原理

采用的是EDTA 滴定法测定实验材料中的锌成分。向过滤硫酸铅后的溶液中滴入氨水，待其中的氢氧化铁完全沉淀后进行抽滤，保留氢氧化铁沉淀物进行铁的测定。同时将滤液倒入pH5．0 ～6．0 的乙酸-乙酸钠缓冲溶液中用EDTA 标准溶液滴定，指示剂为二甲酚橙。相关分析采用的公式为：

2.2.3 炉灰样品元素含量测定

根据以上分析原理，对实验用马钢转底炉灰的成分进行分析。样品需经过取样研磨，在烘箱中以105℃烘烤24h 的前处理，前处理完成后置于干燥皿中待用。

称取0．2～0．5g 炉灰放入150mL 容量烧杯中，加入少量水和15mL 盐酸，在低温电炉上加热溶解后蒸发至3 ～5mL，再加入10mL 硝酸继续加热数分钟后冷却，再加入1：1 硫酸30mL，继续加热至冒浓烟，保持5min 后取出冷却，用50mL 蒸馏水淋洗杯壁后，加热煮沸2min，放置2h 或过夜后用定性滤纸过滤，再用10%硫酸洗液洗涤烧杯和沉淀各4 ～5 次，再将沉淀连同滤纸放入原烧杯中加入50mL 乙酸-乙酸钠缓冲溶液加热，至沸腾后保持5min，待硫酸铅沉淀完全溶解后取出冷却，再向滤液中滴入氨水，使其中的氢氧化铁完全沉淀，再加热煮沸2min后冷却过滤，将冷却后的滤液倒入装有10mL 氨水的250mL 容量瓶中，吸取其中的25mL 滤液置于一个250mL 容量锥形瓶中，加入0．1g 氟化铵加热煮沸，蒸发其中大部分氨后取出冷却，再加入0．5g 亚硫酸钠、0．2g 抗坏血酸和0．1%甲基橙指示剂1 滴，用1：1 的盐酸和氨水调整溶液至橙色。再加入1．g 硫脲和20mL 乙酸-乙酸钠缓冲溶液，同时加水稀释至100mL，加入0．2%二甲酚橙指示剂3 ～4 滴，用EDTA 标准溶液滴定至溶液由酒红色变为亮黄色为终点。根据以下公式对样品中的锌含量进行计算：

其中T—EDTA标准溶液对铅的滴定度(g/mL)；V—滴定消耗EDTA标准溶液体积(mL)；m—炉灰质量(g)。

2.2.4 炉灰锌元素含量分析结果

根据以上分析方法，获得实验用马钢炉灰中锌元素含量占比为45．36%，属于富锌炉灰，可通过碱法处理提取其中的锌元素，加工成具有较高经济价值的生产原料。

3 碱法处理转炉富铅锌炉灰工艺

3.1 工艺原理

根据以上成分分析可知，转底炉炉灰的成分以锌为主，根据化学浸出原理，采用NaOH 溶液可对其中的锌成分进行选择性浸出，同时在氢氧化钠溶液中因锌元素的析出电位不同导致两种元素出现电沉积的时间不同，由此可通过电解铅后再电解锌的方法进行锌元素的提取，因此确定碱浸出-电解法回收锌的工艺流程如图1 所示。

图1 碱法处理转底富铅锌炉灰工艺流程

3.2 碱法处理转炉富铅锌炉灰工艺分析

3.2.1 NaOH浓度对锌浸出率的影响

采用液固比为11：1、浸出温度60℃、浸出时间9h 及中等搅拌速率的试验条件，对NaOH 溶液浓度浸出锌的情况进行数据分析发现，随着NaOH 溶液浓度的不断增加，炉灰中锌的浸出率随之增加，但是当NaOH 溶液达到时，锌的浸出率达到最高，由此可以确定NaOH 溶液的浓度控制在，可以在液固比为11：1、浸出温度60℃、浸出时间9h 及中等搅拌速率的条件下获得最佳的浸出率。

3.2.2 液固比变化对锌浸出率的影响

采用浸出温度60℃、 NaOH 浓度、浸出时间9h 及中等搅拌速度的试验条件，对液固比变化浸出炉灰锌的情况进行数据分析发现，随着液固比的增加，炉灰中锌的浸出率随之增加。同时，液固比越大，浸出过程中NaOH 的消耗量也随之增加，由此确定液固比为11：1。

3.2.3 浸出温度对锌浸出率的影响

采用液固比为11：1、NaOH 浓度、浸出时间9h 及中等搅拌速率的试验条件，对浸出温度变化浸出炉灰锌的情况进行数据分析发现，当浸出温度不断升高的过程中，炉灰中的锌浸出率随之升高，当浸出温度达到60℃时，浸出率达到最高，当浸出温度高于60℃时，随着温度的继续升高，锌的浸出率呈逐渐下降趋势。由此可以确定60℃为炉灰锌浸出最佳温度。

3.2.4 浸出时间对锌浸出率的影响

采用液固比为11：1、NaOH 浓度、浸出温度60℃及中等搅拌速率的试验条件，对浸出时间变化浸出炉灰锌的情况进行数据分析发现，当浸出时间在0 ～3h 时，锌的浸出量增长较快，当浸出时间达到3 ～9h 时，锌的浸出量增长逐渐缓慢。由此确定9h 为炉灰锌浸出最佳时间。

4 结语

通过回收利用钢铁厂生产过程中产生的富锌粉尘，不仅可以有效解决锌资源日趋紧张的问题，还有利于环境的保护，是可持续发展的必然选择。针对富锌铅炉灰中锌元素的提取，相关技术人员经过长时间的探索和研究，总结出了行之有效的碱法浸出-电积工艺。马钢三铁总厂转底炉炉灰进行碱法浸出工艺参数对转底炉炉灰中锌浸出率的影响的相关实验证明，转底炉袋灰的最佳浸出工艺条件为：袋灰粒度＜140 目，氢氧化钠浓度为5mol/L、浸出温度为60℃、液固比为11：1、浸出时间为9h，在此条件下锌的浸出率可达到大于75%。由此说明采用碱法浸出工艺进行富锌粉尘的锌元素提起取，可以创造较高的经济价值，同时对于环境治理有一定的帮助，是目前较为先进的工艺，符合我国可持续发展的需求。