【摘要】：作為一種重要的有色金屬,鋅在社會生活的各個方面得到了廣泛應(yīng)用。隨著鋅產(chǎn)量和鋅消費量的日益增加,造成了鋅礦資源的日益匱乏,緩解這一問題的一個重要方法是提高再生鋅的比例。基于此,本論文以含鋅電爐粉塵為研究對象,重點開展了鋅的高效選擇性提取及粉塵中有價金屬元素綜合利用制備綠色高附加值材料的研究。為探究鋅提取過程中各元素遷移規(guī)律并同時為含鋅電爐粉塵中有價金屬元素的綜合利用奠定基礎(chǔ),本論文首先詳細研究了含鋅電爐粉塵中主要元素Zn、Fe、Mn及Pb、Cr等的賦存狀態(tài)。結(jié)果表明各元素存在形式及相應(yīng)含量如下:(Zn,Mn)Fe2O4(34%),ZnO(1.5%),Fe3O4(34%),PbO(PbSO4)(1%),Cr2O3(CrO3/CrO42-)(0.3%);其它還包括 SiO2(5%),CaCO3(8%),CaO(1%)以及水溶性物質(zhì)KCl等(10%)。通過固態(tài)提取劑六水合氯化鐵(FeCl3·6H20)的選用,以其中所含結(jié)晶水為唯一水分子來源,采用較溫和的水熱法,實現(xiàn)了含鋅電爐粉塵中鋅的高效提取及二次廢液產(chǎn)生量的降低。通過分析水熱過程中FeCl3·6H20與鐵酸鋅(ZnFe2O4)物相轉(zhuǎn)變規(guī)律揭示高效提鋅機理;詳細探討了含鋅電爐粉塵中Fe、Pb、Cr、Mn、Ca等元素在鋅提取及分離過程中遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。結(jié)果表明:在最優(yōu)Zn提取實驗條件下(FeCl3·6H2O與水洗后含鋅電爐粉塵質(zhì)量比(RF/TE,g/g)7:7,反應(yīng)溫度 220℃,反應(yīng)時間 10h),Zn、Pb、Ca、Mn 的提取率分別為97.4%、98.3%、93.4%及97.5%。通過調(diào)控浸出液的pH值,制備得到了純度較高的Fe2O3、ZnO和ZnFe204。浸出渣主要物相為Fe203,可以返回燒結(jié)利用其中的Fe。以新型雙功能固態(tài)十二水合硫酸鐵銨(NH4Fe(SO4)2·12H2O)為提取劑,以提取劑中所含結(jié)晶水為唯一水分子來源,采用水熱法,一步實現(xiàn)了含鋅電爐粉塵中鋅的高效選擇性提取與鐵的去除。通過分析水熱過程中NH4Fe(SO4)2·12H20與含鋅電爐粉塵的物相轉(zhuǎn)變規(guī)律,揭示了粉塵中Zn、Fe一步高效分離機制;系統(tǒng)研究了實驗條件如NH4Fe(SO4)2·12H2O與水洗后粉塵的質(zhì)量比(RN/TE,g/g)、水熱溫度和時間對Zn、Fe提取的影響。結(jié)果表明:當RN/TE為7:3,水熱反應(yīng)溫度為220℃,水熱反應(yīng)時間為10 h時,93.2%的Zn進入浸出液;98.4%的Fe以NH4Fe3(SO4)2(OH)6和Fe2O3形式存在于浸出渣中,可以返回燒結(jié)利用其中的Fe。采用兩電極恒壓電沉積法,以上述浸出液(0.1mol/LZn2+)為電解液,不需要凈化,直接電沉積制備出納米花狀金屬鋅。以含鋅電爐粉塵為原料,采用固相反應(yīng)法,通過添加含鎳物質(zhì)成功制備出純度高、磁性能好的多金屬共摻雜Ni-Zn尖晶石鐵氧體。闡明了多金屬共摻雜尖晶石鐵氧體的合成機理;詳細研究了含鋅電爐粉塵與六水合氯化鎳(NiCl2·6H20)的質(zhì)量比(RZE/N,g/g)、反應(yīng)溫度及反應(yīng)時間對合成樣品的物相組成、微觀結(jié)構(gòu)、磁性能的影響。最優(yōu)實驗條件下(煅燒條件:RZE/N=2:1.2,1000 ℃,2h;稀醋酸(HAc)洗滌條件:25℃,翻轉(zhuǎn)震蕩30r/min,24h,pH=2.88,20:1 mL/g),制備得到的多金屬共摻雜Ni-Zn尖晶石鐵氧體飽和磁化強度(Ms)達到56.8 emu/g,矯頑力(Hc)為58.5 Oe。另外,分別采用美國(TCLP)和歐洲(EN12457)毒性檢測標準對合成的樣品進行了毒性檢測。結(jié)果表明制備的純相尖晶石鐵氧體為無毒產(chǎn)品,實現(xiàn)了有毒固體廢棄物向高附加值綠色磁性材料的轉(zhuǎn)化,并且含鋅電爐粉塵的整體利用率高達70%。
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TF813
【圖文】：

具有良好的壓延性、耐磨性等性質(zhì)，可與多種金屬壓鑄制成物理與化學性能逡逑優(yōu)良的合金。因其具有防腐蝕性的特點，廣泛用于鍍鋅領(lǐng)域［３］。鋅的用途主逡逑要集中在以下幾個方面［４，５］（圖２－１）。由圖２－１可知，５０％的鋅用于鍍鋅行業(yè)，逡逑其他兩個重要的行業(yè)分別為壓鑄和銅基合金，分配額大約均為１７％。逡逑金屬鋅的用途及其在各行業(yè)的分配逡逑＾邋Ｗ逡逑■鍍鋅板■壓鑄■黃恫和z詼病鱸俊齷疦用鋅■其他逡逑圖２－１金S殘康撓猛炯霸詬饜幸檔姆峙溴義希玻義

本文編號：2749291