【摘要】：作為一種重要的有色金屬,鋅在社會(huì)生活的各個(gè)方面得到了廣泛應(yīng)用。隨著鋅產(chǎn)量和鋅消費(fèi)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(gè)重要方法是提高再生鋅的比例�；诖�,本論文以含鋅電爐粉塵為研究對(duì)象,重點(diǎn)開展了鋅的高效選擇性提取及粉塵中有價(jià)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(shí)為含鋅電爐粉塵中有價(jià)金屬元素的綜合利用奠定基礎(chǔ),本論文首先詳細(xì)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(shí)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(jī)理;詳細(xì)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(shí)驗(yàn)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(shí)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?zé)Y(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(shí)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(jī)制;系統(tǒng)研究了實(shí)驗(yàn)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(shí)間對(duì)Zn、Fe提取的影響。結(jié)果表明:當(dāng)RN/TE為7:3,水熱反應(yīng)溫度為220℃,水熱反應(yīng)時(shí)間為10 h時(shí),93.2%的Zn進(jìn)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?zé)Y(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(jī)理;詳細(xì)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(shí)間對(duì)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(shí)驗(yàn)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(qiáng)度(Ms)達(dá)到56.8 emu/g,矯頑力(Hc)為58.5 Oe。另外,分別采用美國(guó)(TCLP)和歐洲(EN12457)毒性檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)合成的樣品進(jìn)行了毒性檢測(cè)。結(jié)果表明制備的純相尖晶石鐵氧體為無(wú)毒產(chǎn)品,實(shí)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(dá)70%。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：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(xué)性能逡逑優(yōu)良的合金。因其具有防腐蝕性的特點(diǎn)，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(gè)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(gè)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(hào)：2749291