本發(fā)明涉及一種加工含鋅鐵氧體鐵/鋅材料的方法，例如，鐵/鋅粉塵諸如電弧爐粉塵，該方法包括控制還原步驟。

背景技術(shù)：

1、在鋼工業(yè)中產(chǎn)生大量電弧爐粉塵(eafd)，每年每噸鋼約20千克。這意味著每年產(chǎn)生超過800萬噸的eafd。eafd含有鐵和鋅以及其他有價金屬，諸如鈷、銅、鉻和鎘。

2、eafd的組成不同，然而按重量計，其往往含有10％至50％的鋅、20％至50％的鐵；3％至20％的鈣、高達4％的鉻、高達6％的錳以及高達5％的鎂。一些鋅以易于獲取的zno形式存在，然而，相當(dāng)一部分的鋅以鋅鐵氧體(znfe2o4)的形式存在，很難從該鋅鐵氧體中提取鋅。溶解鋅鐵氧體的過程直接將鋅和相當(dāng)一部分的鐵帶入溶液中，這使得提取鋅的分離過程更加復(fù)雜。

3、eafd是顆粒材料，其通常都小于100微米，并且大多往往只具有10％至15％的10微米以上的顆粒。由于相當(dāng)一部分(大于85％)的eafd小于10微米，在移動氣流中夾帶的風(fēng)險很高，并且這就會使處理和加工成問題。通常利用碳對eafd)進行?；越档蛫A帶和與細分進料相關(guān)聯(lián)的其他問題，并且wo2000039351a1表明這是必要的。這種?；歉郊映杀静襟E，可能會使一些eafd工藝長期不經(jīng)濟。碳通常用作顆粒粘結(jié)劑的一部分，其能夠增加粒化的eafd加工期間co2的釋放量，這對環(huán)境造成了挑戰(zhàn)。

4、如果粒化eafd，則任何加工步驟都可能受限于擴散效應(yīng)，導(dǎo)致通過顆粒進行分化加工的風(fēng)險增加。盡管在一些情況下已經(jīng)發(fā)現(xiàn)粒化可以改善傳熱。這一擴散問題能夠通過仔細分級顆粒和/或顆粒成分以維持孔隙率來部分或完全緩解。風(fēng)險在于，為了維持高孔隙率顆粒的結(jié)構(gòu)完整性，在加工期間，它們可能會變脆并且發(fā)生機械(或熱機械)分解。

5、從eafd中回收鋅的最常見方法是利用碳進行?；环Q為威爾茲法。威爾茲法使用碳作為還原劑來生成鋅金屬，該鋅金屬在使用溫度(1000℃至1500℃)下被形成為蒸汽。生成的鋅蒸汽然后與空氣/氧氣流發(fā)生反應(yīng)形成氧化鋅，該氧化鋅然后被過濾形成富鋅液，鋅從該富鋅液中回收。

6、威爾茲法以及許多其他回收工藝首先利用碳和粘結(jié)劑?；痚afd，參見例如，us?4,612,041(住友重機械工業(yè))和us?3,262,771(班)以及pl406290。然后該工藝涉及注入富碳還原氣體，例如一氧化碳、甲烷或類似氣體，以還原存在的金屬。?；瘻p少了粉塵移動問題，但是工藝中的碳生成大量的二氧化碳。

7、威爾茲法以及基于該威爾茲法的那些工藝的另一個問題是，在與氧氣或空氣反應(yīng)前，產(chǎn)生鋅蒸汽，該鋅蒸汽可以冷卻，通常低于鋅的沸點，導(dǎo)致鋅的冷凝和潛在凝固。如果鋅冷凝或凝固，則它能夠阻止或限制從加工容器流出的流體并且需要機械移除。鋅蒸汽也被認(rèn)為會縮短爐襯的壽命。

8、為了減緩鋅的冷凝，cn109457123包括鉛雨冷凝器，這只有在加工的進料中有足夠的鉛才可行。

9、有許多與eafd的加工有關(guān)的科學(xué)研究和專利，并且許多這樣的科學(xué)研究和專利使用由鋅鐵氧體和氧化鋅組成的合成eafd。遺憾的是，真實eafd并不像這些合成eafd那樣表現(xiàn)出來，并且從合成eafd實驗獲取實驗室規(guī)模結(jié)果通常是不起作用的。例如，真實eafd能夠含有高達5％的鹵化物和1％的碳(按重量計)?？紤]真實eafd和合成eafd之間的差別的一篇論文是lee?fui?tong和peter?hayes(2006)的《鋅鐵氧體在h2/n2氣體混合物中的還原機制》，于《礦物加工和提取冶金評論》，28:2,127-157,doi:10.1080/08827500601012878。

10、許多現(xiàn)有加工eafd的方法形成在酸浸步驟中溶解的元素鐵和氧化鐵。浸出液中的這種鐵是有問題的，因為它增加了回收鋅的難度和/或成本。鑒于酸浸產(chǎn)生的問題，一些研究人員認(rèn)為使用酸浸在商業(yè)上是不可行的，特別是使用硫酸。例如參見j.antrekowitsch,h.antrekowitsch,《以濕法冶金方式從電弧爐粉塵回收鋅》，jom.53(2001)26-28.https://doi.org/10.1007/s11837-001-0008-9。

11、lee,han-saem&park,da&hwang,yuhoon&ha,jong&shin,hyung.(2019).《用于從具有不同物化性質(zhì)的電弧爐粉塵回收和選擇性浸出鋅》.環(huán)境工程研究25.10.4491/eer.2019.132.表明，堿浸的成本高于酸浸，然而，酸浸將更高含量的鐵帶入溶液中，這是不可取的，因此，酸浸尚未被廣泛采用。酸浸表明，“酸浸工藝的另一個劣勢在于fe和zn同時浸出【5】。在eafd【3,6】中zn的不同形態(tài)中，znfe2o4在正常酸浸條件下具有很強的抗溶解性。因此，從znfe2o4中回收鋅要求更苛刻的條件，包括浸出期間的高溫、高壓、以及高酸濃度【12】。然而，這些方法受到大量fe浸出和高能源成本的影響?！边@些方法建議通過fe/zn比選擇最佳eafd，并且使用ph大于4.5的硫酸來盡量減少fe溶解。該工藝選擇低鋅鐵氧體含量的eafd，因為它們具有在引起低鐵溶解性條件下易于浸出的高含量的zno。

12、zhang,c.,zhuang,l.,wang,j.,bai,j.,&yuan,w..(2016).《通過堿浸從鋅鐵氧體提取鋅:通過利用金屬鐵的機械化學(xué)還原提高回收率》.《南非礦冶學(xué)院學(xué)報》，116(12),1111-1114.https://dx.doi.org/10.17159/2411-9717/2016/v116n12a3j討論了使用鐵進行鋅的機械化學(xué)還原，接下來討論了堿浸步驟以最大程度地減少浸出液中的鐵。這就要求在將鋅鐵氧體在球磨機中研磨6小時，然后利用6m?naoh浸出生成材料。由于存在雜質(zhì)，是否可以從eafd中獲得相同的結(jié)果是不確定的。

13、antrekowitsch,h.antrekowitsch,《以濕法冶金方式從電弧爐粉塵回收鋅》,jom.53(2001)26-28.https://doi.org/10.1007/s11837-001-0008-9發(fā)現(xiàn)，如果使用苛性堿浸，在eafd上使用具有50％的氫氣的氫/氧氣還原氣體可以成功回收100％的鋅。由于在還原步驟之后，以酸溶性形式存在的鐵含量很高，需要苛性堿浸步驟。硫酸酸浸生成高鐵污染的浸出液，這就增加了回收任何存在的鋅的成本和復(fù)雜性。他們還注意到，當(dāng)還原氣體具有低于50％的氫氣時，鋅回收率下降，當(dāng)還原氣體為約10％的氫氣時，鋅回收率下降至50％。通過堿浸步驟和高氫含量，該工藝能夠從eafd中回收基本上所有的鋅。如前所述，使用堿浸步驟的成本高于酸浸步驟，然而，這避免了鐵溶解到浸出液中。對于該工藝，還原氣體的氫含量需要為約50％，以取得一個好的結(jié)果。這種高氫含量存在重大火災(zāi)/爆炸風(fēng)險并且增加成本。

14、其他工業(yè)過程生成含鋅鐵氧體材料，這些工業(yè)包括鋅礦開采和精煉，并且鋅通常使用常加熱至100℃以上的堿或酸浸溶液回收。這些浸蝕性浸出工藝經(jīng)常產(chǎn)生需要回收或處理的強腐蝕性廢液，這通常很昂貴或?qū)Νh(huán)境有害，有時二者皆有。

15、說明書中對現(xiàn)有技術(shù)的任何討論并非承認(rèn)這種現(xiàn)有技術(shù)是周知的或構(gòu)成該領(lǐng)域公知常識的一部分。

16、本發(fā)明提供了一種加工eafd的方法，該方法還原鋅鐵氧體而不生成大量的酸溶性鐵或鋅蒸汽，或本發(fā)明為消費者提供了一種有用選擇。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種用于加工含鋅鐵氧體源材料的方法，該方法依次包括以下步驟:

2、b.使用含氫還原氣體部分還原源材料以形成還原材料；

3、其中步驟b使用載氣中含至少0.25％(按體積計)的氫氣的還原氣體在1000℃或1000℃以下進行。

4、優(yōu)選地，步驟b在800℃或800℃以下進行。

5、優(yōu)選地，還原氣體中的氫氣不超過70％(按體積計)。在一高度優(yōu)選形式中，還原氣體中的氫氣不超過60％(按體積計)。

6、優(yōu)選地，源材料是加工前未制粒的顆粒材料。

7、優(yōu)選地，源材料來自鋼或鐵制造業(yè)，或鋅開采和/或精煉業(yè)。優(yōu)選地，源材料來自爐。在一高度優(yōu)選形式中，源材料是電弧爐粉塵(eafd)。

8、在一替代優(yōu)選形式中，源材料來自鋅工業(yè)。在一高度優(yōu)選形式中，源材料是鋅開采和/或精煉廢料。

9、優(yōu)選地，步驟b在500℃和750℃之間進行。在一高度優(yōu)選形式中，步驟b中的溫度不超過700℃。在另一優(yōu)選形式中，步驟b中的溫度不超過650℃。在另一優(yōu)選項中，溫度為至少650℃。優(yōu)選地，步驟b中的溫度不超過選自由550℃、600℃、650℃和700℃組成的組的溫度。優(yōu)選地，步驟b中的溫度不低于選自由550℃、600℃和650℃組成的組的溫度。

10、優(yōu)選地，該方法包括步驟c，其中步驟c在惰性氣體或還原氣體環(huán)境中將還原材料冷卻至不高于350℃的溫度。

11、優(yōu)選地，還原氣體的氫含量在0.25％和10％(按體積計)之間。

12、優(yōu)選地，步驟a在步驟b之前，其中，在步驟a中，分析源材料以確定總鋅和/或鋅鐵氧體濃度。在一高度優(yōu)選形式中，目前，總鋅由x-射線熒光(xrf)或標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)分析確定，并且鋅鐵氧體分?jǐn)?shù)由x-射線衍射確定。

13、在一高度優(yōu)選形式中，步驟a確定步驟b中要使用的提出的加工條件，包括還原時間(rt)、還原溫度(rt)以及還原氣體流速(gf)。優(yōu)選地，步驟a包括實驗室試驗以確認(rèn)提出的加工條件產(chǎn)生小于10％的質(zhì)量損失，并且優(yōu)選地，不超過(2+/-0.5)％的質(zhì)量損失。在另一優(yōu)選形式中，步驟a確認(rèn)任何加工條件下生產(chǎn)的方鐵礦和/或金屬鐵低于預(yù)定值。

14、在一優(yōu)選形式中，還原氣體還包括水。優(yōu)選地，在步驟b開始后，水在預(yù)定時間加入。優(yōu)選地，該預(yù)定時間是在步驟b中的溫度達到650℃之前。在另一優(yōu)選形式中，溫度選自由500℃、550℃、600℃和650℃組成的列表。在一替代優(yōu)選形式中，當(dāng)溫度在選自由500℃至550℃、550℃至600℃、600℃至650℃、500℃至600℃和500℃至650℃組成的列表的溫度范圍內(nèi)時，預(yù)定時間發(fā)生。在一高度優(yōu)選形式中，水氫比(h2o:h2)，以摩爾計，在20:1和1:5之間。優(yōu)選地，水氫比在1:2和2:5之間。在一高度優(yōu)選形式中，水氫比在5:1和1:1之間。

15、在替代形式中，還原氣體還包括一氧化碳，使得在載氣中濃度在0.25％至15％之間(按體積計)時，h2:h2o:co的摩爾比為2:(1至10):(0至10)。

16、優(yōu)選地，載氣是選自由氮氣、氦氣和氬氣組成的列表的中性載氣。在替代形式中，載氣是選自由氮氣、氦氣和氬氣組成的列表的一種或多種氣體的組合。優(yōu)選地，中性載氣是惰性氣體。

17、優(yōu)選地，步驟c之后是步驟d，其中步驟d是酸浸步驟。優(yōu)選地，酸浸步驟使用包括選自由硫酸、磷酸、鹽酸、氫氟酸組成的列表的一種或多種酸的酸浸液以及具有小于15個碳的有機酸。在一高度優(yōu)選形式中，步驟d在ph小于3下進行，并且優(yōu)選地，在ph2下進行。優(yōu)選地，使用的酸浸液含有硫酸。在一高度優(yōu)選形式中，酸浸液是硫酸。

18、優(yōu)選地，步驟b由以下項監(jiān)控和/或控制:通過確定存在的鐵的形式直接或間接測量還原程度、以及/或者確定爐中還原氣體的組成以及確定出口氣流的組成。優(yōu)選地，步驟b通過使用熱導(dǎo)檢測器確定出口氣體的組成來監(jiān)控和/或控制。