焦炭过滤床在线分离电炉粉尘中氧化锌的研究

采用电炉粉尘与焦炭粉的混合试样,对利用焦炭过滤床在线回收电炉粉尘,在CO/CO2混合气体中氧化锌的还原分离工艺进行了模拟研究.热力学分析表明,在所设焦炭过滤床的温度及气氛条件下,固-固还原和气-固还原反应都可以发生,氧化锌的还原分离是可以实现的.实验结果表明,与单独被固体碳或CO还原时相比较,混合试样在固体碳和CO同时存在时的初期减重率变化最快,最终还原率最高.在粉尘颗粒表面,被还原的金属铁生成及聚积长大后,将对还原气体向颗粒内部进一步扩散起到阻碍作用,对颗粒内部残存的微量ZnO的还原产生不利影响.如何加快氧化锌的还原分离而抑制氧化铁的还原及聚集长大将成为提高氧化锌回收率的关键.     

含锌电炉粉尘水浸处理-真空碳热还原工艺

根据国家对绿色冶金的倡导,对如何高效无污染回收含锌电炉粉尘中的金属锌及K、Na元素进行研究,采用水浸预处理回收粉尘中K、Na元素,再进行真空碳热还原回收金属锌。试验结果表明,水浸最佳方案为固液比为1∶10(g/ml)、搅拌速度为300 r/min、水浸时间为70 min。此条件下,K元素浸出率达91.09%,Na元素浸出率达85.68%。通过FactSage 8.0软件模拟真空碳热还原电炉粉尘在不同含碳条件下热力学行为,并结合前期探索试验表明,水浸渣添加质量分数为10%的焦炭、还原温度为950 ℃、保温时间为60 min的条件下进行真空碳热还原试验可有效分离Fe、Zn元素,获得金属锌锭(Zn质量分数为98.15%)及高品质铁精粉(Fe质量分数为61.93%)。     

含锌电炉粉尘处理的扩大性实验

分析研究了运用配碳球团的直接还原技术处理的电炉粉尘,并完成了实验室扩大性实验;得到了还原焙烧法的合理工艺条件,即碳过量系数为12,还原温度为1〖KG-*9〗150 ℃,料层厚30 mm,加热时间60 min。还原后的球团为半金属化球团,其w(TFe)为50%左右,最高可达54.7%;金属化率60%～70%,最高可达88%;收集的粉尘含氧化锌达90%以上,球团中锌的还原挥发率大于90%,说明用配碳球团的直接还原技术处理含锌电炉粉尘是成功的。     

高碱度电炉粉尘碳热还原动力学及反应机制

为研究高碱度电炉粉尘碳热还原反应动力学和反应机制。通过不同温度条件下含碳高碱度电炉粉尘的物相(XRD)解析其物相转变过程。采用热重分析法对不同配碳量和碱度的高碱度电炉粉尘进行热重实验,实验结果表明,配碳量和碱度能促进电炉粉尘碳热还原反应,提高碱度能降低反应所需的温度。最后,通过非等温动力学分析法对高碱度电炉粉尘进行动力学分析,基于KAS法和Coats-Redfern法,确定了主要的动力学参数,根据转化率(α)高碱度电炉粉尘碳热还原过程分为3个阶段：α=0～0.082,α=0.082～0.5和α=0.5～1.0。第1阶段,平均活化能为380.68 kJ/mol,反应由一维扩散控制。第2阶段和第3阶段的平均活化能分别为318.79 kJ/mol和264.42 kJ/mol,其反应均由化学反应控制。     

温度对电炉粉尘中ZnO还原挥发的影响

研究了硅铁还原电炉粉尘过程中温度对锌还原挥发的影响,以中频电磁感应炉为加热设备,实验样品采用XRF、XRD、SEM-eds及化学分析等方法分析.试验结果表明,样品在不同温度下加热时,铁和锌的氧化物同时被还原;随着温度的升高锌的还原挥发率逐渐增加,1 300℃时锌的挥发率为95.90％.硅还原电炉粉尘的反应为固-固反应,金属铁的生成有利于ZnO的还原.粉尘中残留的锌主要以尖晶石固溶体(Mg,Fe,Zn) (Cr,Fe)2O4的形式弥散在金属铁相附近,此外有少量的锌固溶在硅灰石相(CaSiO3)内.     

电炉粉尘中锌金属回收的试验研究

电炉炼钢会产生大量的电炉粉尘,多数钢铁厂把粉尘仅简单处理后填埋,造成环境和资源的双重压力。然而电炉粉尘中的铁、锌元素含量较高,具有较高的回收利用价值。针对电炉粉尘中铁锌分离、回收金属锌的可行性进行了理论分析,进而试验研究了焙烧温度、焙烧时间、不同碳/氧比对铁锌分离的影响。结果表明,当碳/氧比为1.2,焙烧温度1100℃,还原时间10min,可以得到金属化率为84.95%的球团,并且收集到金属锌。     

用硫酸从电炉粉尘中浸出锌、铁试验研究

研究了用硫酸从电炉粉尘中浸出锌、铁,考察了温度、硫酸浓度、固液质量体积比及反应时间对锌、铁浸出率的影响,分析了浸出反应动力学。结果表明：在温度85℃、硫酸浓度1.0 mol/L、固液质量体积比20 g/1 L、反应时间60 min条件下,锌、铁浸出率分别为94.8%和95.68%;浸出反应符合收缩核模型,反应表观活化能分别为49.08 kJ/mol和58.00 kJ/mol,表明均受界面化学反应控制。根据线性拟合结果确定了锌、铁浸出过程半经验参数方程。     

ZnO对焦炭气化反应的影响及动力学分析

为了研究ZnO对焦炭气化反应的催化作用,采用热重分析法(TGA)对不同ZnO质量分数的两种焦炭(Coke A和Coke B)气化反应进行对比研究。结果表明,在一定ZnO质量分数范围内,随着ZnO质量分数的增加,其对焦炭气化反应的催化作用越明显。通过对比特征温度,发现ZnO对Coke B气化反应的影响较明显。从碳转换速率(DTG)曲线中发现,添加ZnO后的焦炭气化反应速率从开始反应温度到950℃左右呈升高趋势,氧化锌质量分数越高,反应速率越快,950~1056℃时反应速率趋于稳定,之后再次呈上升趋势。利用Kissinger-AkahiraSunose(KAS)模型计算动力学参数,发现添加ZnO使焦炭气化反应活化能降低。     

不锈钢粉尘气体还原过程中Fe_2NiO_4的分解行为研究

研究CO和H_2气体还原Fe_2NiO_4的热力学过程和分解特征,探讨气体组成和温度对Fe_2NiO_4分解行为和还原产物的影响。结果表明,CO和H_2气体能够将Fe_2NiO_4还原为镍氧化物和铁氧化物,以及铁氧化物逐级还原,甚至直接还原成金属Ni和Fe;CO-H_2混合气体还原Fe_2NiO_4过程失重率随混合气体中H_2含量和温度发生明显变化,当温度820℃时,CO的还原能力比H_2强,失重率随着混合气体中H_2含量的增加而逐渐减小;当温度820℃时,H_2的还原能力比CO强,失重率随混合气体中H_2含量的增加而逐渐增大;若将Fe_2NiO_4完全还原为金属Ni和Fe,所需混合气体量至少为理论值的4倍。     

应用Fick定律计算CO/H2+N2混合气体还原铁矿石动力学参数的偏差

为了讨论采用Fick定律未反应核模型(Fick模型)计算CO/H2+N2混合气体还原铁矿石动力学参数的偏差,建立基于Maxwell-Stefan关系式的未反应核模型(M-S模型),对Fick模型计算得到的动力学参数和M-S模型中设定的动力学参数进行比较分析.结果表明:N2对CO/H2还原FeO的阻碍作用与其摩尔分数成正比;N2对正反应速率常数的计算没有影响;CO-N2体系中Fick模型所用的互扩散系数小于实际值,而H2-N2体系中其所用的互扩散系数大于实际值.     

电弧炉烟尘球团焙烧-洗涤脱卤制备低卤含量氧化锌的试验研究

针对电炉弧烟尘处理利用,进行了电弧炉烟尘球团焙烧-洗涤脱制备低卤含量氧化锌的试验研究,取得了满意的结果,在最佳球团焙烧工艺条件下,锌的挥发率>94%、铅的挥发率>90%,氟主要以难挥发的MnF2形式留在窑渣中,挥发氧化锌烟尘中难溶氟化物含量少,洗涤脱卤效果明显,洗涤后含锌62.14%,氟0.011%、氯0.20%,基本满足株冶氧化锌系统浸出原料的要求。     

氧化锌烟尘中铟锗的分离回收工艺

采用火法烟化挥发法处理湿法炼锌、火法炼铅渣后产生的氧化锌烟尘主要含锌、铁,还含有铟、锗等一种或多种稀有金属,具有较高的回收价值。常规处理氧化锌烟尘采用两段酸浸工艺处理,通常只能针对其中一种稀有金属进行单一回收,不能满足目前企业的原料变化和冶炼要求。以含铟、锗的氧化锌烟尘为原料,利用铟、锗浸出特性的不同,通过调控反应过程的酸度,分步浸出铟、锗,并通过铟、锗萃取特性的不同,进一步分离回收铟、锗,从而实现氧化锌烟尘中铟、锗的分离提取。结果表明,经三段中浸—低酸浸—高酸浸强化浸出,中浸液中铟含量在2 mg/L左右,锗含量在60 mg/L左右,可用于后续的沉淀回收锗;低酸浸出液的铟含量在280 mg/L左右,锗含量在70 mg/L左右,经过后续的中和沉淀,铟富集到10 075 g/t左右,中和渣进行浸出—萃取—电积得到精铟产品和含锗萃余液,萃余液返回中浸,达到了铟锗分离提取的目的,实现了对资源的综合利用。     

萃取法处理低品位锌烟尘的研究

采用P204对冶炼厂低品位锌烟尘的浸出液进行萃取试验。结果表明,采用P204三级逆流萃取,锌萃取率为53.7%,反萃率大于99%;中浸液中的杂质砷、锑、镉、镍、氟、氯留在萃余液中,降低了杂质的处理成本。     

氧化锌低酸上清经还原再用锌浮渣或氧化锌焙砂沉铟试验研究

针对某厂富集工段铟富集渣渣率大、铟品位低、杂质含量高等问题,以氧化锌低酸上清为铟富集原料,开展了低酸上清直接用锌浮渣沉铟、低酸上清经还原再用锌浮渣和氧化锌焙砂沉铟等试验。结果表明,低酸上清直接用锌浮渣或经还原再用氧化锌焙砂沉铟,所得铟富集渣渣率大、铟品位低且难以过滤,而低酸上清经还原再采用锌浮渣沉铟能较好地解决上述问题,铟富集渣含铟品位在2.5%以上,且杂质含量也低。     

氧化锌低酸上清经还原再用锌浮渣或氧化锌焙砂沉铟试验研究

针对公司富集工段铟富集渣渣率大、铟品位低、杂质含量高等问题,以氧化锌低酸上清为富集铟原料,开展了氧化锌低酸上清直接用锌浮渣沉铟,氧化锌低酸上清经还原再用锌浮渣或氧化锌焙砂沉铟等研究试验,同时考察了F、CI、As等元素在沉铟前后溶液中的变化。结果表明,氧化锌低酸上清直接用锌浮渣沉铟及经还原再用氧化锌焙烧沉铟,得到的铟富集渣渣率大、铟品位低及难以过滤等问题,而氧化锌低酸上清经还原采用锌浮渣沉铟较好地解决了上述问题,铟富集渣含铟品位在2.5%以上,且杂质含量也低。     

从含锗氧化锌烟尘中提取锌锗

以氧化锌烟尘为原料、硫酸为浸出剂,研究了含锗氧化锌烟尘的浸出过程。最佳工艺条件为:烟尘用量50g、硫酸用量20mL、反应温度80℃、反应时间2h、液固比41,在该条件下,锌、锗的浸出率分别为89.12%和89.75%。将浸出液的pH调至2.5,在沉淀温度60℃,搅拌时间30min的条件下,采用浸出液中锗量40倍的单宁酸进行沉锗,锗的沉淀率达97.2%,得到含锗0.809%的单宁渣,该沉淀渣在600℃灼烧1h后得到品位为14.55%的锗精矿。沉锗后液可返回锌生产。     

含锗氧化锌烟尘浸出锌锗的研究

采用富氧常压浸出—中和工艺处理含锗氧化锌烟尘,通过酸度控制和富氧浸出提高烟尘中锗的浸出率,同步控制溶液中铁价态与浓度。通过小型试验、扩大试验、工业化试验,烟尘在酸浸温度90℃、液固比7∶1、控制pH=0.3～0.5的条件下常压通氧酸浸4h;再控制矿浆pH=3.0～3.5、温度90℃、反应时间1.5h进行酸浸液的中和,锌浸出率达到90%以上,锗浸出率达到80%以上,同时可将溶液中Fe~(3+)浓度控制在0.02g/L以内,有利于后续溶液中锗的高效分离回收。     

微波还原焙烧中和渣制备氧化锌烟尘的研究

对中和渣在微波场中的升温特性进行了研究。结果表明,中和渣具有良好的吸波特性。随着物料温度的增加,铅、锌挥发率明显增加。在微波功率1kW、焙烧温度1 000℃条件下,微波焙烧中和渣过程中锌挥发率达到90.27%,铅挥发率高达98.63%,焙烧制备的氧化锌烟尘含锌49.06%、铅8.54%。微波焙烧中和渣制备氧化锌烟尘是可行的。     

氧化锌烟尘中氟氯脱除方法的研究进展

本文针对氧化锌烟尘含氟氯高,脱氟氯难等问题,综合论述了国内外各种脱氟氯方法和最新进展情况,可为湿法炼锌厂的脱氟氯工艺选择提供参考。氧化锌烟尘含F高达0．2％～0．3％,含Cl高达0．3％～0．4％,要使氧化锌烟尘中的氟氯脱除达到电解液要求,目前必须将几种除氟氯方法联合应用,才能达到深度净化目的。