本发明涉及一种含锌冶金尘泥综合回收处理的方法，属于冶金工程与环境工程交叉的固体废弃物处理的技术领域。
背景技术：
现代钢铁生产以高炉炼铁、转炉和电炉炼钢为主要方式，在生产过程中产生大量的粉尘和污泥。大量的粉尘是钢铁厂主要的污染源之一，同时也是钢铁厂可以利用的二次资源。粉尘中不仅有较高的铁含量，同时还有较高的锌、铅含量。粉尘中锌的来源主要是在炼钢过程中大量使用的镀锌废钢以及铁、锌共生矿。铁矿和废钢中的锌在炉内挥发、氧化而几乎全部进入粉尘。国外的电炉采用大量的镀锌废钢作为原料，因此其电炉粉尘含锌量比较高。出于对Fe、Zn资源利用和环保的考虑，国内外对含锌粉尘的处理日益关注。
钢铁厂对含锌粉尘处理的目标是对其中的铁、锌、铅等金属二次资源进行分离和回收利用，同时不造成二次污染，还应考虑成本问题。传统的处理方法主要包括物理法、湿法、火法，以及厂内直接循环应用等。
具体而言，在现有的研究中，有如下几种处理方案：
1.一种从电炉粉尘中回收金属的方法和装置。所述方法是将氯成分和锌成分的总计质量百分比为12％以上的电炉粉尘利用电能进行熔融还原，回收其中的铁液和氧化锌，所用装置为熔融还原炉。但是，该技术采用的是电能熔融还原的方法，温度高，能耗大；并且会产生废渣，形成二次污染。
2.一种含锌电炉粉尘的处理方法。所述方法是将含锌电炉粉尘进行配碳、造球、干燥，放入转底炉中，在1100～1200℃温度条件下还原焙烧60～90min。还原产生的Zn蒸汽引入1100～1250℃氧化室氧化成ZnO，然后再引入冷却室收集ZnO粉末。还原后的球团冷却得到半金属化球团，金属化率60％左右，TFe含量大于50％，Zn含量小于2％。但是，该技术还原时间长，半金属化球团金属化率低，Zn含量较高，未实现进一步的利用。
3.一种电炉粉尘的处理方法。所述方法是将电炉粉尘、钢渣、还原剂分别研磨，研磨后进行混合、造球，制得球团；将球团进行还原焙烧，得到挥发物进行冷却收集，得到锌粉；还原后球团经水淬、磨矿、磁选分离，得到铁粉和尾矿；铁粉压块得到铁块，尾矿与生石灰及铝矾土进行混合并预熔得到预熔尾矿。但是，该技术采用的是高温预熔等方法，温度高，能耗大；并且收集的锌粉品位较低，不利于资源的高效提取和利用。
4.一种用离子液体处理电炉粉尘的方法。所述方法主要是将电炉粉尘溶于室温离子液体中，然后再对溶解后的混合液进行一系列的电化学技术来提取出锌等元素。尽管该技术具有能耗低、离子液体可循环利用、对环境污染少等优势，但同时也存在着一些问题，如电炉粉尘在离子液体中的溶解速度较慢，导致工艺处理时间较长，同时锌的提取率较低。原因在于含锌尘泥中锌主要是以氧化锌、铁酸锌等形式存在，氧化锌是两性氧化物，易溶于酸或碱，这部分锌可以完全浸出，铁酸锌具有四面体和密排的氧离子形式的共价键，结构十分温度，难于浸出或还原，因而铁酸锌中锌的浸出或还原成为从电炉粉尘中回收锌的主要问题。
综上所述，含锌冶金尘泥中锌的高效提取和分离是冶金和环境领域亟待解决的难题，迫切需要一种节能、高效、流程短的回收处理方法用于提取含锌冶金尘泥中的锌资源。
技术实现要素：
针对含锌冶金尘泥资源的生产现状和尘泥中有价元素提取研究中存在的问题，本发明提供了一种含锌冶金尘泥综合回收处理的方法，可以对含锌冶金尘泥中的铁、锌进行回收，环境友好，不会产生二次污染。
本发明公开一种含锌冶金尘泥综合回收处理的方法，所述方法包括以下步骤：
步骤A：含锌冶金尘泥选择性还原和磁选分离：使用还原剂在600℃～1000℃温度条件下还原含锌冶金尘泥，将还原后的混合物进行粉碎，并采用磁选法进行分离，获得富铁粉和富锌粉；
步骤B：低共晶溶剂配位浸出锌：在50℃～100℃温度条件下，将富锌粉在低共晶溶剂中进行浸出、过滤和分离，获得含锌浸出液和滤渣；
步骤C：浸出液电化学提取锌：在50℃～100℃温度条件下，将浸出液进行电解，获得含锌阴极产物；将电解后所得的阴极产物取出，进行清洗，获得高纯度锌。
优选地，所述步骤A中的还原剂为固体还原剂或气体还原剂。更优选地，所述的固体还原剂为碳粉、焦炭、煤粉，所述的气体还原剂为CO气体、H2气体、CO气体和H2气体的混合气体、CO气体和CO2气体的混合气体。
优选地，所述步骤A中的还原温度为750℃～850℃，还原时间为0.5～2h。
优选地，所述步骤B中的低共晶溶剂为氯化胆碱-尿素混合物，其中尿素摩尔分数0.40～0.75。
优选地，所述步骤B中的浸出时间为1～50小时。
优选地，所述步骤C中的电解方式为恒压电解，电压范围为0.5V～3.5V；更优选地，所述步骤C中的电解方式为脉冲电解，峰电压范围为0.5V～3.5V，占空比为0.1～10，脉冲频率为0～1000Hz；进一步优选地，所述步骤C中的电解方式为恒流电解，电流密度为0.1～15mA/cm2。
本发明采用选择性还原-配位浸出-电化学提取的工艺方法对含锌冶金尘泥进行综合回收处理，实现了含锌冶金尘泥中铁、锌的高效提取分离。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明在选择性还原过程中通过控制还原剂类型、还原温度、还原时间等参数，实现含锌冶金尘泥中铁酸锌的充分离解，能够在较低温度下选择性分解铁酸锌，降低能耗，且同时铁大部分以四氧化三铁存在，有利于后续的铁资源回收；采用氯化胆碱-尿素这一新型低共晶溶剂实现低温锌的浸出，克服了传统的酸、碱浸出过程中的问题，实现锌的配位溶解，且低共晶溶剂可循环利用，环境友好，成本低廉；通过电化学提取浸出液中的锌，实现锌的高效提取并获得高纯度锌；整个工艺流程设备简单，条件温和，成本较低，可实现连续化生产，实现绿色冶金。
附图说明
图1为一种含锌冶金尘泥综合回收处理的方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。
实施例1
一种含锌冶金尘泥综合回收处理的方法，其流程如图1所示，包括以下过程和步骤：
本实施例中的含锌冶金尘泥成分如下：Fe2O3(全铁折算的含量)≤80wt％，ZnO≤15wt％，其他≤5wt％。将含锌冶金尘泥研磨至75μm以下、烘干，配入固体还原剂煤粉进行充分混合，然后在密闭高温炉中以850℃温度条件还原焙烧1小时。还原后的粉末经冷却、破碎、研磨、磁选分离后获得TFe品位为89.5％的富铁粉末和Zn品位为34.2wt％的富锌粉末，其中铁的收得率为95％，锌的收得率为92％。将富铁粉末返回厂内直接循环应用；将富锌粉末加入氯化胆碱-尿素(摩尔比1∶2)低共晶溶剂中，在85℃下搅拌浸出5小时，然后抽滤分离，获得浸出液和滤渣，浸出液中锌的收得率为90％。在75℃下对浸出液进行电解，电解方式为恒流电解，电流密度为1.5mA/cm2，电解时间为5小时，在阴极获得纯度为99.5wt％的纯锌，锌的收得率为98％。含锌冶金尘泥中锌的总收得率为81％，铁的总收得率为95％。
实施例2
本实施例中的含锌冶金尘泥成分如下：Fe2O3(全铁折算的含量)≤60wt％，ZnO≤25wt％，其他≤15wt％。将含锌冶金尘泥研磨至75μm以下、烘干，配入固体还原剂碳粉进行充分混合，然后在密闭高温炉中以750℃温度条件还原焙烧1.5小时。还原后粉末经冷却、破碎、研磨、磁选分离后获得TFe品位为85.6wt％的富铁粉末和Zn品位为45.2wt％的富锌粉末，其中铁的收得率为93％，锌的收得率为91％。将富铁粉末返回厂内直接循环应用；将富锌粉末加入氯化胆碱-尿素(摩尔比1∶2)低共晶溶剂中，在65℃下搅拌浸出10小时，然后抽滤分离，获得浸出液和滤渣，浸出液中锌的收得率为88％。在70℃下对浸出液进行电解，电解方式为恒压电解，电压范围为2.5V，电解时间为4小时，在阴极获得纯度为98.2wt％的纯锌，锌的收得率为97％。含锌冶金尘泥中锌的总收得率为78％，铁的总收得率为93％。
实施例3
本实施例中的含锌冶金尘泥成分如下：Fe2O3(全铁折算的含量)≤75wt％，ZnO≤15wt％，其他≤10wt％。将含锌冶金尘泥研磨至75μm以下、烘干，然后装入在密闭高温炉中。利用气体体积为30％的CO气体在800℃下还原焙烧2小时。还原后粉末经冷却、破碎、研磨、磁选分离后获得TFe品位为82.6wt％的富铁粉末和Zn品位为29.2wt％的富锌粉末，其中铁的收得率为92％，锌的收得率为90％。将富铁粉末返回厂内直接循环应用；将富锌粉末加入氯化胆碱-尿素(摩尔比1∶2)低共晶溶剂中，在75℃下搅拌浸出30小时，然后抽滤分离，获得浸出液和滤渣，浸出液中锌的收得率为85％。在75℃下对浸出液进行电解，电解方式为脉冲电流电解，峰电压范围为1.5V，占空比为0.5，脉冲频率为200Hz，电解时间为3小时；在阴极获得纯度为98.2wt％的纯锌，锌的收得率为95％。含锌冶金尘泥中锌的总收得率为73％，铁的总收得率为92％。
实施例4
本实施例中的含锌冶金尘泥成分如下：Fe2O3(全铁折算的含量)≤75wt％，ZnO≤15wt％，其他≤10wt％。将含锌冶金尘泥研磨至75μm以下、烘干，然后装入在密闭高温炉中。利用气体体积为30％的CO气体在800℃下还原焙烧2小时。还原后粉末经冷却、破碎、研磨、磁选分离后获得TFe品位为87.6wt％的富铁粉末和Zn品位为26.1wt％的富锌粉末，其中铁的收得率为90％，锌的收得率为88％。将富铁粉末返回厂内直接循环应用；将富锌粉末加入氯化胆碱-尿素(摩尔比1∶2)低共晶溶剂中，在75℃下搅拌浸出15小时，然后抽滤分离，获得浸出液和滤渣，浸出液中锌的收得率为87％。在75℃下对浸出液进行电解，电解方式为脉冲电流电解，峰电压范围为2.5V，占空比为8，脉冲频率为500Hz，电解时间为6小时；在阴极获得纯度为98.2wt％的纯锌，锌的收得率为99％。含锌冶金尘泥中锌的总收得率为76％，铁的总收得率为90％。
实施例5
本实施例中的含锌冶金尘泥成分如下：Fe2O3(全铁折算的含量)≤70wt％，ZnO≤20wt％，其他≤10wt％。将含锌冶金尘泥研磨至75μm以下、烘干，然后装入在密闭高温炉中。利用C0和CO2混合气体在850℃下还原焙烧1小时，其中PCO/(PCO+PCO2)控制在20％左右。还原后粉末经冷却、破碎、研磨、磁选分离后获得TFe品位为83.1wt％的富铁粉末和Zn品位为36.3wt％的富锌粉末，其中铁的收得率为89％，锌的收得率为90％。将富铁粉末返回厂内直接循环应用；将富锌粉末加入氯化胆碱-尿素(摩尔比1∶2)低共晶溶剂中，在85℃下搅拌浸出20小时，然后抽滤分离，获得浸出液和滤渣，浸出液中锌的收得率为93％。在80℃下对浸出液进行电解，解方式为恒流电解，电流密度为1.0mA/cm2，电解时间为2.5小时；在阴极获得纯度为97.2wt％的纯锌，锌的收得率为97％。含锌冶金尘泥中锌的总收得率为81％，铁的总收得率为89％。
实施例6
本实施例中的含锌冶金尘泥成分如下：Fe2O3(全铁折算的含量)≤75wt％，ZnO≤15wt％，其他≤10wt％；将含锌冶金尘泥研磨至75μm以下、烘干，然后装入在密闭高温炉中。利用气体体积为10％的H2气体在750℃下还原焙烧1小时。还原后粉末经冷却、破碎、研磨、磁选分离后获得TFe品位为80.9wt％的富铁粉末和Zn品位为22.7wt％的富锌粉末，其中铁的收得率为91％，锌的收得率为89％。将富铁粉末返回厂内直接循环应用；将富锌粉末加入氯化胆碱-尿素(摩尔比1∶2)低共晶溶剂中，在90℃下搅拌浸出10小时，然后抽滤分离，获得浸出液和滤渣，浸出液中锌的收得率为96％。在65℃下对浸出液进行电解，电解方式为恒压电解，电压范围为1.5V，电解时间为6小时，在阴极获得纯度为95.2wt％的纯锌，锌的收得率为96％。含锌冶金尘泥中锌的总收得率为82％，铁的总收得率为91％。
对比例
本对比例中的含锌冶金尘泥成分如下：Fe2O3(全铁折算的含量)≤80wt％，ZnO≤15wt％，其他≤5wt％。将含锌冶金尘泥研磨至75μm以下、烘干，然后加入氯化胆碱-尿素(摩尔比1∶2)低共晶溶剂中，在80℃下搅拌浸出20小时，然后抽滤分离，获得浸出液和滤渣，浸出液中锌的收得率为40％，铁绝大部分在滤渣中。在80℃下对浸出液进行电解，电解方式为恒流电解，电流密度为1.5mA/cm2，电解时间为10小时，在阴极获得纯度为98.5wt％的纯锌，锌的收得率为90％。含锌冶金尘泥中锌的总收得率为36％。
实施例和对比例中各步骤下锌和铁的收得率见表1。
表1
通过比较可以发现，实施例1-6中锌的总收得率远高于对比例中的，且在低共晶溶剂浸出的步骤中，实施例1-6中的锌的收得率也远高于对比例中的；此外，实施例1-6中还能高效回收铁，铁的收得率近90％以上，而对比例中却无法有效回收铁。这主要在于，本发明实施例1-6中采用选择性还原-配位浸出-电化学提取的技术路线，对含锌冶金尘泥进行了选择性还原，通过控制还原剂类型、还原温度、还原时间等参数，实现含锌冶金尘泥中铁酸锌的充分离解，能够在较低温度下选择性分解铁酸锌，降低能耗，且同时铁大部分以四氧化三铁存在，有利于后续的铁资源回收；此外，本发明实施例1-6中还采用氯化胆碱-尿素这一新型低共晶溶剂实现低温锌的浸出，克服了传统的酸、碱浸出过程中的问题，实现锌的配位溶解，且低共晶溶剂可循环利用，环境友好，成本低廉。本发明提供的含锌冶金尘泥综合回收处理的方法，能够实现含锌冶金尘泥中铁、锌的高效提取分离，整个工艺流程设备简单，条件温和，成本较低，可实现连续化生产，实现绿色冶金。
需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用于说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。