含锌粉尘预处理-真空碳热还原高效回收锌基础研究

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钢铁企业在生产过程中会产生大量的含锌粉尘,含锌粉尘中含有大量如Zn、Fe等有价元素,直接堆放或填埋处理,不仅会造成Zn、Fe等有价资源的流失和浪费,还会增大环境的负担。基于我国锌矿资源的紧缺,如何实现高效利用含锌粉尘二次资源成为关键问题,真空碳热还原含锌粉尘能一步法实现Zn与粉尘中其他有价金属元素有效分离并获得高纯金属锌。本文以电炉含锌粉尘为研究对象,对其进行水浸预处理及真空碳热还原实验研究,获得以下主要结论:(1)水浸实验结果表明:随着固液比、搅拌速度及水浸时间的增大,电炉含锌粉尘中K、Na元素的浸出率随之增大;固液比、搅拌速度和水浸时间三因素对K、Na元素浸出率的影响主次关系依次为:固液比>水浸时间>搅拌速度。在固液比为1:10(g/ml),搅拌速度为300r/min和水浸时间为70min条件下,K元素的浸出率达到了最优值91.09%,Na元素的浸出率达到了最优值85.68%,可获得最佳电炉含锌粉尘水浸渣。(2)热力学计算结果表明:随着压强的降低,反应吉布斯自由能逐渐降低,电炉含锌粉尘水浸渣粉尘中金属元素的饱和蒸汽压越来越小,尤其是金属Zn的变化最显著。当压强从1atm降到10Pa时,其饱和蒸汽压降低了509℃;随着还原温度和配碳量的增大,金属Zn的挥发率越来越大,950℃,配碳量超过6%时,最大可高达99.8%,出于对成本的考虑,将最佳还原温度确定为950℃,最佳配碳量确定为12%;还原过程中含Zn主要物相的变化过程为:Zn Fe2O4→Zn O→Zn,含Fe主要物相的变化过程为:Zn Fe2O4→Fe3O4→Fe O→Fe。(3)真空碳热还原实验结果表明:随着还原温度的升高、还原时间的增长及配碳量的增加,电炉含锌粉尘水浸渣中Zn的挥发率不断增大,还原后渣相中Zn元素含量不断减小,Fe元素含量不断增大,收集到的冷凝物质量不断增大。在压强为10Pa,配碳量为12%,还原时间为60min,还原温度950℃时,Zn的脱出率高达99.52%,可获得Zn含量为0.18%的高品位铁渣,并收集得到6.2g冷凝物。(4)通过热力学计算结合实验研究,真空碳热还原电炉含锌粉尘水浸渣的最佳工艺参数为:系统压强为10Pa,还原温度为950℃,配碳量为12%,还原时间为60min。
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