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热镀锌灰回收新工艺的研究

作　者: 余超
导　师: 丘克强
学　校: 中南大学
专　业: 冶金物理化学
关键词: 热镀锌灰碱洗真空硅热还原法真空蒸馏
分类号: X781.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

热镀锌灰是钢铁热镀过程产生的废渣,其含锌量高达65-80%左右,是重要的二次锌资源原料。本文研究了一种从热镀锌灰中回收锌的新工艺。热镀锌灰通过干磨过筛后分离为筛下物和筛上物。筛下物用碱洗法脱氯。在较佳反应条件即反应温度363K,碳酸钠浓度8g.L1,反应时间90min,液固比12.5:1(ml·g-1)的条件下,氯元素含量降低至0.4wt%,脱氯率为88.17%。筛上物采用真空蒸馏法脱氯。在真空度为35Pa,温度为723K条件下蒸发30min后,氯元素含量降至0.12 wt%,脱氯率为57.1%。筛上物经脱氯处理后采用真空蒸馏冷凝法回收锌。筛上物在20MPa的压力下干压成团块后,在温度为898K,体系压强为30Pa时蒸发20min,得到纯度为99.84%(质量分数)的金属锌。筛下物经脱氯处理后,其中的氧化锌采用真空硅热还原法还原成金属锌。通过热力学计算分析,在1100-1500K温度范围内硅热还原氧化锌具有热力学上的可行性,但是生成的Si02与反应物ZnO反应生成炉渣2ZnO·SiO2，导致约50%的ZnO不能被还原。如果加入CaO与Si02造渣,就能抑制2ZnO·SiO2的生成,保证ZnO完全被还原成金属Zn。实验结果表明,炉料中加入一定量CaO后,在温度为1448K、体系压强为20Pa、反应时间120min条件下通过硅热还原可得到具有良好结晶形状的金属Zn, ZnO还原率为92.81%,金属Zn的产率为89.82%。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-9
第一章文献综述  9-18
  1.1 概述  9-10
    1.1.1 锌的性质  9
    1.1.2 锌的用途  9-10
  1.2 研究背景  10-12
    1.2.1 锌矿资源现状  10
    1.2.2 二次锌资源回收现状  10-11
    1.2.3 重要的二次锌资源—热镀锌灰  11-12
  1.3 热镀锌灰回收处理方法  12-16
    1.3.1 横罐炼锌回收工艺  12
    1.3.2 密闭鼓风炉炼锌工艺  12
    1.3.3 酸浸-净化-电沉积工艺  12-13
    1.3.4 改进的溶剂萃取工艺  13-14
    1.3.5 酸浸-净化-沉锌-酸浸-电解工艺  14-15
    1.3.6 Zn(Ⅱ)-(NH_4)_2SO_4-H_2O体系电积工艺  15
    1.3.7 制备锌化工产品  15-16
  1.4 本课题研究的主要内容  16-18
    1.4.1 工艺流程  16
    1.4.2 研究内容  16-18
第二章热镀锌灰脱氯的实验研究  18-32
  2.1 研究背景  18
  2.2 实验原料  18-20
  2.3 实验原理  20-22
    2.3.1 碱洗脱氯原理  20
    2.3.2 真空蒸发脱氯原理  20-22
  2.4 实验装置  22-23
    2.4.1 碱洗脱氯实验装置  22
    2.4.2 真空蒸发脱氯实验装置  22-23
  2.5 实验方法  23
    2.5.1 碱洗脱氯实验  23
    2.5.2 真空蒸发脱氯实验  23
  2.6 检测与表征  23-24
  2.7 筛下物碱洗脱氯工艺条件研究  24-28
    2.7.1 反应温度对脱氯效果的影响  24-25
    2.7.2 碳酸钠质量浓度对脱氯效果的影响  25-26
    2.7.3 反应时间对脱氯效果的影响  26-27
    2.7.4 液固比对脱氯效果的影响  27-28
    2.7.5 碱洗脱氯较佳实验条件下的脱氯效果  28
  2.8 筛上物真空蒸发脱氯的研究  28-30
  2.9 本章小结  30-32
第三章真空蒸馏法回收热镀锌灰中的金属锌  32-43
  3.1 实验原料  32
  3.2 实验原理  32-35
  3.3 实验设备  35
  3.4 实验方法  35
  3.5 检测与表征  35-36
  3.6 结果与讨论  36-42
    3.6.1 蒸馏温度的影响  36-37
    3.6.2 恒温时间的影响  37-38
    3.6.3 体系压强的影响  38-39
    3.6.4 冷凝物表征  39-40
    3.6.5 制团对冷凝物的影响  40-42
  3.7 本章小结  42-43
第四章真空硅热还原氧化锌法回收锌  43-65
  4.1 实验原料  43-44
  4.2 真空硅热还原氧化锌的热力学原理  44-50
    4.2.1 真空硅热法炼锌体系的特点和热力学数据  44-46
    4.2.2 硅和锌与氧亲和力大小比较  46-47
    4.2.3 硅热还原氧化锌基本反应  47
    4.2.4 氧化钙对硅热还原氧化锌的影响  47-50
    4.2.5 真空条件下硅热还原氧化锌热力学  50
  4.3 实验设备  50-51
  4.4 实验方法  51-53
    4.4.1 炉料的配料  51-52
    4.4.2 炉料的压形  52-53
    4.4.3 炉料的反应过程  53
  4.5 检测与表征  53-54
  4.6 未添加氧化钙时硅热还原反应工艺研究  54-58
    4.6.1 反应温度的影响  54-55
    4.6.2 反应时间的影响  55-56
    4.6.3 体系压强的影响  56-57
    4.6.4 较佳实验条件下真空硅热还原反应  57-58
  4.7 添加造渣剂后硅热还原反应工艺研究  58-63
    4.7.1 反应时间的影响  58-59
    4.7.2 体系压强的影响  59-60
    4.7.3 反应温度的影响  60-61
    4.7.4 加入造渣剂后的较佳反应条件下的真空硅热反应  61-63
  4.8 硅热还原氧化锌理论能耗值计算  63-64
  4.9 本章小结  64-65
第五章结论与展望  65-67
  5.1 结论  65-66
  5.2 展望  66-67
参考文献  67-71
致谢  71-72
攻读硕士学位期间发表的学术成果  72

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