【摘要】：氧化型含鋅危險廢物會對環(huán)境造成嚴重的危害,因此無害化、資源化處理氧化型含鋅危險廢物勢在必行,本著改善環(huán)境質(zhì)量,緩解鋅需求量急劇增加與鋅精礦資源日趨枯竭的矛盾、克服傳統(tǒng)濕法提鋅工藝的缺陷目的,本論文基于鋅的強堿介質(zhì)選擇性浸出、低電解能耗優(yōu)勢,對氧化型含鋅危險廢物的堿浸—凈化—電解—苛化生產(chǎn)金屬鋅粉技術展開了系統(tǒng)地研究。通過優(yōu)化浸取條件、徹底凈化雜質(zhì)、高值化電積回收等技術,使堿浸—電解工藝的工業(yè)化應用取得良好環(huán)境和經(jīng)濟效益,并得到以下主要結(jié)論： (1)構建了Zn(Ⅱ)-NaOH-H2O體系熱力學模型,在強堿性溶液中,鋅是以zn(OH)42-和ZnO22-形式存在的,并確定了鋅的平衡濃度與堿濃度的關系,用實驗進行驗證,測得在不同堿濃度下,鋅的平衡濃度計算值和實驗值相對偏差的絕對平均值為0.1298%,說明熱力學模型是正確的。 (2)氧化型含鋅廢料強堿浸取時,含鋅煙灰原料最佳浸出條件為：NaOH濃度6mol/L、溫度90℃、浸出時間120min、液固比10：1、顆粒直徑100～160目、攪拌速率為300r/min,鋅浸出率可達90%以上：ZnCO3原料最佳浸取條件為：NaOH濃度6mol/L、溫度90℃、浸出時間120min、液固比10：1、顆粒直徑100～160目、攪拌速率450r/min,鋅浸出率超過90%；Zn2Si04原料最佳浸取條件為：NaOH濃度8mol/L、溫度90℃、浸出時間240min、液固比8：1、顆粒直徑100-160目、攪拌速率450r/min,鋅浸出率接近85%。浸取參數(shù)對鋅浸出影響大小的順序分別為：ZnO原料,RTCNaOHDtV；ZnC03原料,RTVDCNaOHt；Zn2Si04原料,tVTRCNaOHD。 (3)含鋅煙灰在強堿性溶液中的活化能為42.00kJ/mol、碳酸鋅礦的活化能為43.15kJ/mol,表明堿浸取含鋅煙塵和碳酸鋅礦過程主要受化學反應控制；硅酸鋅礦在堿溶液中的浸出過程分為兩段,在0～10min內(nèi)其活化能為13.59kJ/mol,表明在浸取開始段內(nèi)是受內(nèi)擴散控制,浸出后端其活化能為31.86kJ/mol,表明浸取后段的過程是受化學反應和內(nèi)擴散共同控制。 (4)硫化鈉可選擇性定量分離強堿性溶液中的鉛鋅,并發(fā)現(xiàn)硫酸鐵、硫酸鈉、氧化鈣對強堿性溶液中的砷、鋁等雜質(zhì)具有一定的凈化作用,以此提出了浸出液深度凈化工藝：將浸取液升溫到70℃,加入硫化鈉,硫化鈉的加入量為浸取液中鉛含量的1.8倍(質(zhì)量比),攪拌1.5h；加入硅酸鈉,硅酸鈉的加入量為每升浸取液1.5g,攪拌1h；加入硫酸鐵,硫酸鐵的加入量為每升浸取液1g,攪拌1h；再加入石灰,石灰的加入量為硫化鈉加入量的0.8倍,攪拌1h；靜置4h,過濾,輸送入陳化池陳化48小時后電解。 (5)對Zn(Ⅱ)-NaOH-H2O體系中鋅電積理論分解電壓進行了計算,在強堿性溶液中鋅電積的理論分解電壓為1.728V,比傳統(tǒng)硫酸鋅溶液鋅電積分解電壓低0.352V；其鋅電積的最佳工藝條件為：電流密度800～1000A/m2,堿濃度180～200g/L,電解溫度30-50℃,鋅濃度30-40g/L,電流效率可達99%以上,電能耗為2.38kWh/kg鋅粉；鋅在陰極板上析出時,增加電流密度、降低溶液溫度,鋅粉從麥穗狀向具有更大比表面積的薄片狀轉(zhuǎn)變；增大電解液堿濃度,鋅粉從薄片狀向?qū)訝�、石塊狀轉(zhuǎn)變；電解液鋅濃度越大,越易形成粒徑較大的鋅粉。 (6)研究了As、Cl-、SiO32-、SO42、CO32-、F-、Al、Pb、 Mg、Fe、Ni、Mn、Ca、Cd、Cr、Cu等對電解金屬鋅粉的影響,確定電解液中雜質(zhì)許可的濃度范圍。 (7)提出了廢電解液的苛化處理工藝：在廢電解液中加入堿,使堿濃度達到350g/L,通過提高堿濃度使碳酸鈉和一些雜質(zhì)結(jié)晶生成沉淀。在沉淀中加入洗渣水等廢水,控制苛化液的堿濃度在80-100g/L范圍內(nèi),碳酸鈉的濃度在40g/L以上。苛化工藝參數(shù)確定為：氧化鈣的加入量為理論值的1.5～1.8倍；溫度為90℃；苛化時間為30min；廢電解液經(jīng)過苛化處理后,1m3的廢電解液可苛化出約28kg堿,廢電解液在經(jīng)過苛化處理后,廢液中的鐵、銅、鎂、錳、鎘、鉻等重金屬的去除率在10-40%左右,對砷的去除率達到62%,廢電解液苛化工藝具有較好的除雜效果。 (8)設計了年處理1萬噸氧化型含鋅危險廢料再生加工廠,對磨礦、浸取、凈化、電解、鋅粉清洗干燥粉碎工藝段的設備進行了最優(yōu)化設計。根據(jù)設計建成的某鋅廢料再生加工廠鋅浸取率達到90%以上,生產(chǎn)的金屬鋅粉能達到國家鋅粉二級標準,運營狀況良好。 (9)經(jīng)過堿浸處理的氧化型含鋅危險廢料變?yōu)橐话愎腆w廢棄物,實現(xiàn)了無害化,對環(huán)境的危害大大降低。 總之,無論從經(jīng)濟效益、環(huán)境效益還是社會效益方面含鋅危險廢物的堿浸—電解—制備金屬鋅粉工藝比傳統(tǒng)鋅粉生產(chǎn)方法更具有競爭優(yōu)勢,它可以利用酸法煉鋅不能利用的含氟、氯、硅的貧雜氧化鋅礦和含鋅廢料,是氧化型含鋅危險廢料的全濕法清潔工藝,具有廣闊的工業(yè)化應用前景。
【學位授予單位】：中南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：X70

【參考文獻】

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1 顏煒;濕法煉鋅中電解過程添加劑的選擇[J];四川有色金屬;2004年02期

2 蔣繼穆;;我國鋅冶煉工業(yè)進展概況[J];中國有色建設;2007年02期

3 劉志宏;國內(nèi)外鋅冶煉技術的現(xiàn)狀及發(fā)展動向[J];世界有色金屬;2000年01期

4 馬永剛;鉛鋅精礦短缺制約我國鉛鋅工業(yè)長足發(fā)展[J];世界有色金屬;2002年02期

5 葛振華;我國鉛鋅資源現(xiàn)狀及未來的供需形勢[J];世界有色金屬;2003年09期

6 蘭興華;;硫化鋅精礦流化床焙燒過程中的礦物形態(tài)變化[J];世界有色金屬;2005年12期

7 鄧昕;;國外鉛鋅資源概覽[J];世界有色金屬;2008年10期

8 李清文,努爾買買提,夏熙;堿性介質(zhì)中電沉積制備鋅粉[J];電池;1997年01期

9 馬茁卉;;我國鋅資源形勢分析及可持續(xù)利用[J];當代經(jīng)濟;2010年20期

10 侯新剛,王勝,王玉棉;超細活性鋅粉的制備與表征[J];粉末冶金工業(yè);2004年01期

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2 徐毅;片狀鋅粉制備研究[D];中南大學;2004年

3 邵瓊;從低鋅高鎘渣中回收有價成分新工藝及其動力學研究[D];云南師范大學;2004年

本文編號：2789210