权利要求
其中，所述第三换热器和第一吸收塔连接的第一管道和浸出槽连接;
所述第一吸收塔和第五换热器连接的第二管道和所述浸出槽连接;
所述浸出槽还与净化系统连接。
2.根据权利要求1所述一种锌锰阳极泥浸出锰元素回用的装置，其特征在于，所述浸出槽与净化系统连接的管道上设置有第一阀门。
3.根据权利要求1所述一种锌锰阳极泥浸出锰元素回用的装置，其特征在于，所述第二管道和所述浸出槽连接的管道上设置有第二阀门。
4.根据权利要求1所述一种锌锰阳极泥浸出锰元素回用的装置，其特征在于，所述第一管道和浸出槽连接的管道上设置有第三阀门。
5.根据权利要求1所述一种锌锰阳极泥浸出锰元素回用的装置，其特征在于，所述浸出槽的底部依次与压滤机和储液槽连接。
6.根据权利要求1所述一种锌锰阳极泥浸出锰元素回用的装置，其特征在于，所述第五换热器还与转化系统连接。
7.一种锌锰阳极泥浸出锰元素回用的方法，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述装置，具体包括以下步骤：
(1)转化系统的烟气经过第三热交换器进入第一吸收塔吸收烟气中的三氧化硫，第一管道引出的分支管道进入浸出槽，通过第三阀门调节烟气的量来调节溶液酸度;
(2)经第一吸收塔处理后的烟气回至第五换热器，第二管道引出分支进入浸出槽，通过第二阀门调节烟气的量来还原所述浸出槽中锌锰阳极泥，所述浸出槽中逸出的烟气通过调节第一阀门进入净化系统的负压系统，避免烟气逸出;
(3)所述浸出槽中的浸出液通过压滤机压滤，得到滤渣进行回收利用，得到滤液进入储液槽，备用。
8.根据权利要求7所述一种锌锰阳极泥浸出锰元素回用的方法，其特征在于，步骤(1)中所述调节溶液酸度通过烟气中的三氧化硫。
9.根据权利要求7所述一种锌锰阳极泥浸出锰元素回用的方法，其特征在于，步骤(1)中所述溶液酸度为酸浓度为18-30g/L。
10.根据权利要求7所述一种锌锰阳极泥浸出锰元素回用的方法，其特征在于，步骤(2)中所述还原通过烟气中的二氧化硫，所述还原的温度为80-95℃。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及湿法冶金技术领域，具体涉及一种锌锰阳极泥浸出锰元素回用的装置及方法。
背景技术
[0002]锌锰阳极泥作为有色金属冶炼过程中产生的典型废渣，其内部富含锰元素，具备较高的资源回收价值，将其中的锰元素高效浸出并回用至锌冶炼系统，能够实现废渣资源化利用、提升冶炼生产的资源利用率与经济效益，是湿法冶金领域的重要研究与应用方向。
[0003]目前行业内针对锌锰阳极泥中锰元素的浸出，主流采用传统酸浸工艺，但该工艺在实际工业化应用中，受反应机制、工艺设计、成本控制及环保要求等多方面因素限制，暴露出诸多亟待解决的问题，难以满足高效、节能、环保、稳定的工业化生产需求，具体问题如下：
[0004]锰元素浸出效率偏低，资源利用率不足：锌锰阳极泥的矿物组成复杂，锰元素常以高价锰氧化物(如MnO2)形式存在于致密的矿物晶格中，传统酸浸工艺受反应动力学特性限制，酸液与锰氧化物的反应难以充分进行，常温条件下酸浸对高价锰的溶出效果极差，即便调整工艺参数，仍无法实现锰元素的充分浸出，导致大量锰资源随废渣流失，资源回收利用率偏低;
生产能耗与试剂成本居高不下：为改善浸出效率低的问题，现有工艺通常采取提升反应温度、添加强氧化剂的补救措施，一方面需将反应温度提升至80℃以上，需依靠外部蒸汽等热源持续供热，造成生产能耗大幅增加;另一方面需额外添加H2O2、KMnO4等强氧化剂，强化高价锰的还原溶出，不仅增加了试剂采购与消耗成本，还提升了工艺操作的物料管控难度，整体拉高了锰元素浸出的生产综合成本;
环保压力突出，废水处理成本高：传统酸浸工艺需使用高浓度酸液作为浸出介质，生产过程中易产生酸雾泄漏、酸液损耗等问题，同时浸出后产生的废液中含有大量未反应的酸根离子及锌、锰、重金属离子，其污染物浓度远超环保排放标准;为实现废水达标排放，企业需投入大量资金搭建复杂的废水处理系统，对废液进行中和、沉淀、过滤等多道处理工序，后续废水处理的设备、药剂、运维成本持续增加，环保处理负担沉重;
工艺适应性差，难以实现稳定化生产：工业生产中产生的锌锰阳极泥，其成分受冶炼原料、生产工艺参数波动等影响，锰元素含量及杂质组成差异较大，而传统酸浸工艺的参数调节体系缺乏灵活性，酸液浓度、反应温度、氧化剂添加量等参数多为固定设置，无法根据阳极泥的实际成分进行精准、动态调整，导致面对不同成分的阳极泥时，浸出效率波动大、锰离子溶出浓度不稳定，难以适配工业化连续、稳定生产的要求，工艺的实用性与适配性受限。
[0005]因此，传统锌锰阳极泥锰元素浸出工艺存在浸出效率低、能耗试剂成本高、环保压力大、工艺适应性差等诸多缺陷，研发一种高效、节能、环保、适配性强的锰元素浸出回用工艺，成为解决锌锰阳极泥资源化回收难题、推动有色金属冶炼废渣处理行业发展的迫切需求。
发明内容
[0006]为了解决上述问题，本发明提供了一种锌锰阳极泥浸出锰元素回用的装置及方法。
[0007]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种锌锰阳极泥浸出锰元素回用的装置，所述装置为：转化系统的烟气管道依次与第三换热器、第一吸收塔和第五换热器连接;
其中，所述第三换热器和第一吸收塔连接的第一管道和浸出槽连接;
所述第一吸收塔和第五换热器连接的第二管道和所述浸出槽连接;
所述浸出槽还与净化系统连接。
[0008]本发明装置使用硫酸生产烟气中三氧化硫替代硫酸调节酸度，优化了浸出过程中调节浸出液酸度方式;且利用烟气本身的热量(180℃)和三氧化硫与水的反应热加热浸出液，降低原有的蒸汽加热成本;同时为了避免烟气外逸，在使用烟气进行还原锌锰阳极泥过程中，保持浸出槽的负压，并通过管道回用于现有负压段的净化系统;本发明工艺参数可调性强，可适应不同成分的锌锰阳极泥，实现稳定高效生产并回用现有锌系统。
[0009]优选的，所述浸出槽与净化系统连接的管道上设置有第一阀门。
[0010]优选的，所述第二管道和所述浸出槽连接的管道上设置有第二阀门。
[0011]优选的，所述第一管道和浸出槽连接的管道上设置有第三阀门。
[0012]优选的，所述浸出槽的底部依次与压滤机和储液槽连接。
[0013]优选的，所述第五换热器还与转化系统连接。
[0014]优选的，所述转化系统是生产硫酸的核心工艺，其中包括转化器和5个换热器;所述转化器的原理是通过烟气中的二氧化硫通过转化器中的在钒触媒的催化作用下转化成三氧化硫;所述换热器属于列管式换热器，换热原理是将冷、热烟气通过换热器换热来完成各转化器和换热器的进出口温度。
[0015]一种锌锰阳极泥浸出锰元素回用的方法，采用上述所述装置，具体包括以下步骤：
(1)转化系统的烟气经过第三热交换器进入第一吸收塔吸收烟气中的三氧化硫，第一管道引出的分支管道进入浸出槽，通过第三阀门调节烟气的量来调节溶液酸度;
(2)经第一吸收塔处理后的烟气回至第五换热器，第二管道引出分支进入浸出槽，通过第二阀门调节烟气的量来还原所述浸出槽中锌锰阳极泥，所述浸出槽中逸出的烟气通过调节第一阀门进入净化系统的负压系统，避免烟气逸出;
(3)所述浸出槽中的浸出液通过压滤机压滤，得到滤渣进行回收利用，得到滤液进入储液槽，备用。
[0016]优选的，步骤(1)中所述调节溶液酸度通过烟气中的三氧化硫。
[0017]优选的，步骤(1)中所述溶液酸度为酸浓度为18-30g/L。
[0018]优选的，步骤(2)中所述还原通过烟气中的二氧化硫，所述还原的温度为80-95℃。
[0019]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明利用硫酸转化系统的高温烟气(约180℃)，不仅利用了其显热，更关键的是利用了三氧化硫溶于水生成硫酸的强放热反应，来替代传统的外部蒸汽加热，本发明打破了传统冶金工艺中酸浸必加热的固有思维，通过化学反应热和烟气显热的双重供热模式，实现了浸出过程的自热维持(80-95℃)，从而彻底取消了外部蒸汽热源，这种将“废热”与“反应热”协同利用以替代传统能源供给方式的技术方案，具有显著的进步和优势;
(2)现有技术中，硫酸的烟气流向是固定的(进入吸收塔制酸或经处理后排放)，本发明创造性地设计了双路分流、逆向回用的工艺流程：一路从第一吸收塔前引出富含SO3的烟气用于调酸;另一路从第一吸收塔后引出富含SO2的废烟气用于还原，降低浸出过程的能耗和试剂成本，适应工业化生产需求;
(3)本发明将浸出槽的逸出气体直接回用至净化系统的负压段，利用硫酸厂净化系统固有的负压环境，作为浸出槽内气体循环的动力源，构建了一个借力打力的闭环系统;不仅省去了独立的引风机和尾气处理设备，更重要的是解决了传统正压操作下酸性气体易泄漏、污染环境的难题，利用下游系统的势能来驱动上游系统反应的工艺设计，具有显著的进步;
(4)本发明通过三个阀门的精密配合，实现了对酸度、还原气氛和系统压力的独立且协同的控制，特别是针对锌锰阳极泥成分波动大(锰含量10-30%)的特点，本发明将原料成分调节转化为气体流量控制，实现了工艺参数的灵活可调。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，本描述中的附图仅仅是本发明的实施例。
[0021]图1为本发明一种锌锰阳极泥浸出锰元素回用装置的结构示意图。
具体实施方式
[0022]下面描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不理解为对本发明的限制。
[0023]如图1本发明提供一种锌锰阳极泥浸出锰元素回用的装置，装置具体为：
转化系统的烟气管道依次与第三换热器1、第一吸收塔3和第五换热器4连接;
其中，第三换热器1和第一吸收塔3连接的第一管道和浸出槽2连接;
第一吸收塔3和第五换热器4连接的第二管道和浸出槽2连接;
浸出槽2还与净化系统连接;
进一步的，浸出槽2与净化系统连接的管道上设置有第一阀门11;
进一步的，第二管道和浸出槽2连接的管道上设置有第二阀门10;
进一步的，第一管道和浸出槽2连接的管道上设置有第三阀门9;
进一步的，浸出槽2的底部依次与压滤机6和储液槽7连接;
进一步的，第五换热器4连接还与转化系统连接;
进一步的，浸出槽2和压滤机6之间设有第一提升泵5，储液槽底部设有第二提升泵8。
[0024]工艺流程为：
(1)转化系统的烟气(主要成分体积分数：二氧化硫0.4-0.8%，三氧化硫8-10%，氧气6-7%，氮气81-85%)经过第三热交换器进入第一吸收塔利用浓硫酸(浓度98%)吸收烟气中的三氧化硫，第一管道引出的分支管道进入浸出槽，通过第三阀门调节烟气的量来调节溶液酸度;
(2)经第一吸收塔处理后的烟气(温度在90-100℃左右，烟气主要成分体积分数：二氧化硫0.43-0.88%，三氧化硫0.02%，氧气6.5-7.5%，氮气92-90%)，回至第五换热器，第五换热器作用是利用转化系统的热烟气(300-350℃)和第一吸收塔出来的烟气(90-100℃)进行热交换，第一吸收塔出来的烟气通过第五换热器后进入转化系统，通过转化系统的二次转化将剩余的二氧化硫转化成三氧化硫，通过换热器换热后，进入第二吸收塔，完成二次吸收，最终烟气进过脱硫后排放;第二管道引出分支进入浸出槽，通过第二阀门调节烟气的量来还原浸出槽中锌锰阳极泥，浸出槽中逸出的烟气通过调节第一阀门进入净化系统的负压系统，避免烟气逸出;
(3)浸出槽中的浸出液通过压滤机压滤，得到滤渣进行回收利用，得到滤液进入储液槽，通过输送泵送至下一工序使用。
[0025]实施例1
采用如图1装置，本发明提供一种锌锰阳极泥浸出锰元素回用的方法，具体包括以下步骤：
锌锰阳极泥中锰元素含量15.21%，进行浸出实验，将锌锰阳极泥加入到浸出槽中，按固液比例(液体为生产水)为1:5，开启搅拌使其均匀，开启第一阀门，保持浸出槽负压，然后慢慢开启第三阀门，其中通过第三阀门通入三氧化硫浓度为8%的烟气，使其提升溶液酸度，控制溶液硫酸浓度24-30g/L范围内，在此过程中，溶液温度同步逐渐升高至85-90℃，关闭第三阀门;然后在搅拌反应过程中开启第二阀门，缓慢通入经第一吸收塔处理后的烟气，其二氧化硫浓度0.3-0.5%(烟气温度90-95℃，正好维持浸出槽溶液温度)，用第一阀门控制反应槽负压，二氧化硫烟气控制不逸出;通气120min结束后，继续搅拌0.5h，将浸出液通入压缩机压滤，得到滤液的锰离子浓度为29.36g/L，浸出率达到96.5%。
[0026]实施例2
采用如图1装置，本发明提供一种锌锰阳极泥浸出锰元素回用的方法，具体包括以下步骤：
锌锰阳极泥中锰元素含量23.62%，进行浸出实验，将锌锰阳极泥加入到浸出槽中，按固液比例为1:5(液体为生产水)，开启搅拌使其均匀，开启第一阀门，保持浸出槽负压，然后慢慢开启第三阀门，其中通过第三阀门通入三氧化硫浓度为8%的烟气，使其提升溶液酸度，控制溶液硫酸浓度18-24g/L范围内，在此过程中，溶液温度同步逐渐升高至90-95℃，关闭第三阀门;然后在搅拌反应过程中开启第二阀门，缓慢通入经第一吸收塔处理后的烟气，其二氧化硫浓度0.3-0.5%(烟气温度90-95℃，正好维持浸出槽溶液温度)，用第一阀门控制反应槽负压，二氧化硫烟气控制不逸出;通气120min结束后，继续搅拌0.5h，将浸出液通入压缩机压滤，得到滤液的锰离子浓度为45.87g/L，浸出率达到97.1%。
[0027]以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
说明书附图(1)
