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炼钢粉尘是炼钢过程中产出的固体废料,炼钢粉尘主要由不同价态的氧化铁组成,除了产量大、含铁量高外,还具有含铁价态多、粒度小、比表面积大的特点。
实验分别采用通过化学组成分析、X射线粉末衍射仪(XRD)、热重—差示扫描量热分析仪(TG—DSC)、激光粒度仪、透射电镜(TEM)、比表面孔径分析仪(Brunauer—Emmett—Teller,简称BET)),系统对炼钢粉尘的化学组成、结晶相、粒度分布、颗粒尺寸、颗粒形状进行了研究和分析,得出炼钢粉尘的物理化学性质。
在了解了炼钢粉尘表面性质的基础上,进一步考察炼钢粉尘中铁在硫酸、盐酸中的浸出行为。分别研究了温度、酸初始浓度和炼钢粉尘用量对酸溶性铁离子浸出行为的影响。研究表明,酸溶性铁离子酸浸出行为可用颗粒不变缩核收缩芯模型进行描述。在硫酸体系中,确定酸溶性铁离子浸出过程为内扩散控制型,在硫酸酸浸的条件下体系表现活化能为12.72 kJ·mol-1:在盐酸体系中,浸出过程近似为化学反应控制,在盐酸酸浸的条件下体系表观活化能为37.70 kJ·mol-1。对在硫酸或者盐酸溶液中浸出的Fe2+浓度与浸出时间的研究发现:在初始的140min内,它们呈现出较好的线性关系。
在以上研究基础上,以炼钢粉尘酸浸液为铁离子来源,与H2O2配制成Fenton试剂,对亚甲基蓝的降解进行了研究。考察了铁离子浓度、H2O2浓度、反应时间对降解的影响,并对反应机理进行了探讨。结果表明,在铁离子浓度为0.34 mmol·L-1,H2O2浓度为5.9 mmol·L-1时,对亚甲基蓝的降解率高达96.7%。然后将其降解效果与传统的Fenton和类Fenton试剂进行了比较,以化学试剂FeSO4、FeCl3、FeSO4+FeCl3为铁离子来源,分别与H2O2配制成Fenton试剂,对亚甲基蓝的降解进行了研究。结果表明,炼钢粉尘酸浸液为铁离子来源的Fenton试剂对亚甲基蓝的降解效果最好。
以炼钢粉尘颗粒为铁离子来源,与H2O2配制成Fenton试剂,对有机染料亚甲基蓝、孔雀石绿的降解进行了研究。特点在于Fenton过程所必需的铁离子是从负载不同价态铁的炼钢粉尘表面逐渐释放到悬浮液中。降解前后亚甲基蓝、孔雀石绿的残余浓度用紫外—可见光谱法来测定。通过测定悬浮液中亚甲基蓝、孔雀石绿降解前后的残余浓度来评价降解效率。系统研究了炼钢粉尘用量、H2O2浓度、染料初始浓度、反应pH、反应时间、反应温度诸因素对染料降解的影响,并对降解机理进行了探讨。通过大量实验获得了用炼钢粉尘降解两种染料的最佳工艺参数。实验结果充分证明,以炼钢粉尘为铁离子来源的炼钢粉尘-Fenton法可对有机染料进行快速有效地降解。这为工业污染物-炼钢粉尘的深度开发利用,以废治废提供了一条新的途径。