微波氧化焙烧湿法炼锌含氯物料新工艺及理论研究

发布时间：2020-05-08 02:51

【摘要】：锌是社会经济发展和国防科技建设不可或缺的金属。目前,世界范围内85%左右的锌金属都是由湿法炼锌工艺产出。湿法炼锌过程中,为使硫酸锌溶液为达到电解要求,须进行脱氯净化处理。硫酸锌溶液脱氯的工艺中,如银离子沉淀脱氯、离子交换脱氯、萃取脱氯等方法都存在一些限制条件,影响其进一步的工业化应用。铜渣除氯法具有原料易得,工艺简单、生产成本低、初次脱氯率较高等优点,因而在工业中被广泛的应用。但铜渣脱氯法在生产过程中会产生一种以CuC1和Cu20沉淀为主要物相的残渣,这部分残渣目前还没有一个合理高效的处理方法,造成铜、锌资源的大量浪费。因此,寻求一种经济有效、环境友好的处理CuCl渣的新技术就显得尤为重要。现今,能源和环保问题备受人们关注,微波加热作为一种绿色环保、高效快速的加热方式,正被广泛的应用于化工、材料和冶金等领域。微波加热与常规加热方式存在着显著的不同,微波加热通过介质本身的介电损耗来加热物料,因此在宏观上表现出选择性加热、加热速度快、易于控制、可以降低反应温度等优点。对于铜渣法脱除硫酸锌溶液中氯后产生的CuCl渣,其主要含氯物相为CuCl,它在氧气气氛下发生的主要反应包括熔化、挥发以及氧化反应。在一定温度下,CuCl可以与02反应最终形成CuO和C12,同时达到回收金属和氯的目的。渣中的CuCl较其它成分在微波场下有较强的吸波特性,因此,利用微波选择性内部加热的优势,并结合通氧,强化杂质组元-氯化物的氧化脱氯反应。本文的主要研究内容如下：1.通过对CuCl渣微波氧化焙烧脱氯过程中可能发生的化学反应进行热力学计算,得到不同温度下各反应的AG-T图,结合文献和TG-DTA分析,得到CuCl的氧化规律,并通过对Cb-H20体系的E-pH图进行研究,得到了氯在尾气吸收液中的存在规律。2.采用谐振腔微扰法对13℃至450℃下CuCl渣的介电参数进行测量,并对其微波穿透深度进行计算。CuCl渣的介电常数随温度的升高不断变大,并且介电常数在13-450℃之间的变化规律趋近于线性关系：介电损耗因子和损耗角正切在温度为13-300℃之间时,稳定在一定值范围,而在温度为300-450℃之间时有明显升高：微波穿透深度在温度为13-300℃之间时,稳定在7.8-8.4 cm,而在温度为300-450℃之间时,物料的微波穿透深度下降至6.1 cm。CuCl渣在微波场中升温速率较快,15 min左右即可达到500℃以上,可以适用于微波焙烧脱氯实验。3.采用HFSS软件,对微波焙烧过程中的物料位置和厚度进行优化,并对矩形微波腔体在空载和负载情况下的场分布进行模拟。结果表明,物料位置位于腔体XOY平面中心和厚度为13 mm,即物料尺寸为90×60×13 mm且物料位于腔体中心位置时,微波加热效果最好,效率最高。4.开展常规和微波氧化焙烧CuCl渣脱氯的动力学研究发现,在相同条件下,微波加热不仅缩短了30 min的处理时间,且提高了12%的氯脱除率。根据动力学分析发现,氧化脱氯过程的主要控制步骤均为界面化学反应控制,微波和常规两种不同加热方式下的表观活化能分别为42.36和52.69kJ/mol,采用XRD、SEM-EDS、Raman等分析测试方法验证了上述结果。5.采用响应曲面法分别对常规和微波焙烧脱氯实验进行优化。结果显示：常规焙烧温度为456℃、保温时间为127 min、氧气流量为170 mL/min的条件下,氯的脱除率可以达到84%左右；微波氧化焙烧温度为438℃、保温时间为104 min、氧气流量为163 mL/min、微波功率为1183 W的条件下,氯的脱除率可以达到94%左右。6.基于小试实验的结果,开展扩大实验和产业化试生产,结果显示：对于120 kg级扩大实验,在焙烧温度450℃,搅拌转速10r/min,保温时间3h,通入氧气量7-8 m3/h的条件下,氯脱除率达到85%以上,处理CuCl渣能耗为0.5kW·h/kg左右；对于300埏级产业化试生产,在焙烧温度450℃,物料湿度3-5%,搅拌转速5 r/min,保温时间4 h,通入氧气量70-80 m3/h的条件下,氯脱除率可达86%左右。综上所述,本文针对现有处理CuCl渣工艺的不足,提出了微波氧化焙烧脱氯新技术。从反应的热力学和动力学等方面出发,采用模拟仿真、响应曲面优化等方法,对反应机理及实验工艺进行研究,并使用XRD、SEM-EDS和Raman等分析测试方法从微观角度对脱氯机理进行探求,开辟了含氯物料处理的新思路。
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磁控管,实物,微波,多腔速调管

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波照射后表面出现明显的裂缝，造成这种效果的原因是微波福射后，，煤中产生了逡逑较大的热应力。经微波福射和未经微波福射样品存在着明显的区别，并通过ＸＲＤ逡逑分析发现经过微波福射的煤具有更高的结晶衍射峰，如图１－６所示。逡逑１９逡逑
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TF813

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