[發明專利]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

無效

• 申請號: 201210122328.1
• 申請日: 2012-04-24
• 公開（公告）號: CN102643978A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 柴立元;彭兵;閆緩;李密;彭寧;王紀明;侯棟科
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22B1/02
• 分類號: C22B1/02;C22B19/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 袁靖

技術領域：

本發明屬于冶金工程與環境工程的交叉領域，具體涉及一種選擇性還原的方法，特別涉及一種利用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，當今獲得大規模工業應用的濕法煉鋅流程通常由氧化焙燒、浸出、凈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℃-1100℃)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，凈化后送入電解工序生產電解鋅。硫化鋅精礦中含有5％-15％的鐵，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。為解決這一問題，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工藝的燒結工序配料，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年代以后新發展的一種高溫高酸浸出工藝逐漸獲得廣泛應用，控制浸出酸度200-300g/l、浸出溫度90-95℃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，為了保證后續電解工段正常運行，必須對溶液中的鐵鋅進行分離，工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。

為了解決以上問題，提出一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。由此避免沉鐵工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，對我國鋅冶煉工業的產業升級和技術創新具有重要意義。

發明內容：

本發明提供一種利用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，由此縮短沉鐵工序，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75μm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/(CO+CO₂)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0.065αL/g·min-0.13αL/g·min范圍內，焙燒溫度控制為700℃-750℃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：

3ZnFe₂O₄+CO＝3ZnO+2Fe₃O₄+CO₂????????????????????????(1)

ZnFe₂O₄+CO＝ZnO+2FeO+CO₂????????????????????????????(2)

ZnFe₂O₄+FeO＝ZnO+Fe₃O₄??????????????????????????????(3)

Fe₃O₄+CO＝FeO+CO₂???????????????????????????????????(4)