含锌电炉粉尘锌的高效选择性提取及有价金属元素综合利用基础研究
发布时间：2020-07-10 18:29
【摘要】：作为一种重要的有色金属,锌在社会生活的各个方面得到了广泛应用。随着锌产量和锌消费量的日益增加,造成了锌矿资源的日益匮乏,缓解这一问题的一个重要方法是提高再生锌的比例。基于此,本论文以含锌电炉粉尘为研究对象,重点开展了锌的高效选择性提取及粉尘中有价金属元素综合利用制备绿色高附加值材料的研究。为探究锌提取过程中各元素迁移规律并同时为含锌电炉粉尘中有价金属元素的综合利用奠定基础,本论文首先详细研究了含锌电炉粉尘中主要元素Zn、Fe、Mn及Pb、Cr等的赋存状态。结果表明各元素存在形式及相应含量如下:(Zn,Mn)Fe2O4(34%),ZnO(1.5%),Fe3O4(34%),PbO(PbSO4)(1%),Cr2O3(CrO3/CrO42-)(0.3%);其它还包括 SiO2(5%),CaCO3(8%),CaO(1%)以及水溶性物质KCl等(10%)。通过固态提取剂六水合氯化铁(FeCl3·6H20)的选用,以其中所含结晶水为唯一水分子来源,采用较温和的水热法,实现了含锌电炉粉尘中锌的高效提取及二次废液产生量的降低。通过分析水热过程中FeCl3·6H20与铁酸锌(ZnFe2O4)物相转变规律揭示高效提锌机理;详细探讨了含锌电炉粉尘中Fe、Pb、Cr、Mn、Ca等元素在锌提取及分离过程中迁移转化规律。结果表明:在最优Zn提取实验条件下(FeCl3·6H2O与水洗后含锌电炉粉尘质量比(RF/TE,g/g)7:7,反应温度 220℃,反应时间 10h),Zn、Pb、Ca、Mn 的提取率分别为97.4%、98.3%、93.4%及97.5%。通过调控浸出液的pH值,制备得到了纯度较高的Fe2O3、ZnO和ZnFe204。浸出渣主要物相为Fe203,可以返回烧结利用其中的Fe。以新型双功能固态十二水合硫酸铁铵(NH4Fe(SO4)2·12H2O)为提取剂,以提取剂中所含结晶水为唯一水分子来源,采用水热法,一步实现了含锌电炉粉尘中锌的高效选择性提取与铁的去除。通过分析水热过程中NH4Fe(SO4)2·12H20与含锌电炉粉尘的物相转变规律,揭示了粉尘中Zn、Fe一步高效分离机制;系统研究了实验条件如NH4Fe(SO4)2·12H2O与水洗后粉尘的质量比(RN/TE,g/g)、水热温度和时间对Zn、Fe提取的影响。结果表明:当RN/TE为7:3,水热反应温度为220℃,水热反应时间为10 h时,93.2%的Zn进入浸出液;98.4%的Fe以NH4Fe3(SO4)2(OH)6和Fe2O3形式存在于浸出渣中,可以返回烧结利用其中的Fe。采用两电极恒压电沉积法,以上述浸出液(0.1mol/LZn2+)为电解液,不需要净化,直接电沉积制备出纳米花状金属锌。以含锌电炉粉尘为原料,采用固相反应法,通过添加含镍物质成功制备出纯度高、磁性能好的多金属共掺杂Ni-Zn尖晶石铁氧体。阐明了多金属共掺杂尖晶石铁氧体的合成机理;详细研究了含锌电炉粉尘与六水合氯化镍(NiCl2·6H20)的质量比(RZE/N,g/g)、反应温度及反应时间对合成样品的物相组成、微观结构、磁性能的影响。最优实验条件下(煅烧条件:RZE/N=2:1.2,1000 ℃,2h;稀醋酸(HAc)洗涤条件:25℃,翻转震荡30r/min,24h,pH=2.88,20:1 mL/g),制备得到的多金属共掺杂Ni-Zn尖晶石铁氧体饱和磁化强度(Ms)达到56.8 emu/g,矫顽力(Hc)为58.5 Oe。另外,分别采用美国(TCLP)和欧洲(EN12457)毒性检测标准对合成的样品进行了毒性检测。结果表明制备的纯相尖晶石铁氧体为无毒产品,实现了有毒固体废弃物向高附加值绿色磁性材料的转化,并且含锌电炉粉尘的整体利用率高达70%。
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TF813
【图文】：
具有良好的压延性、耐磨性等性质，可与多种金属压铸制成物理与化学性能逡逑优良的合金。因其具有防腐蚀性的特点，广泛用于镀锌领域［３］。锌的用途主逡逑要集中在以下几个方面［４，５］（图２－１）。由图２－１可知，５０％的锌用于镀锌行业，逡逑其他两个重要的行业分别为压铸和铜基合金，分配额大约均为１７％。逡逑金属锌的用途及其在各行业的分配逡逑＾邋Ｗ逡逑■镀锌板■压铸■黄恫和z诙病鲈俊龌疦用锌■其他逡逑图２－１金S残康挠猛炯霸诟餍幸档姆峙溴义希玻义
本文编号：2749291
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TF813
【图文】：
具有良好的压延性、耐磨性等性质，可与多种金属压铸制成物理与化学性能逡逑优良的合金。因其具有防腐蚀性的特点，广泛用于镀锌领域［３］。锌的用途主逡逑要集中在以下几个方面［４，５］（图２－１）。由图２－１可知，５０％的锌用于镀锌行业，逡逑其他两个重要的行业分别为压铸和铜基合金，分配额大约均为１７％。逡逑金属锌的用途及其在各行业的分配逡逑＾邋Ｗ逡逑■镀锌板■压铸■黄恫和z诙病鲈俊龌疦用锌■其他逡逑图２－１金S残康挠猛炯霸诟餍幸档姆峙溴义希玻义
本文编号：2749291
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