真空碳熱還原法提取高爐粉塵中鋅的研究.pdf

1、鋅在高爐中是一種微量元素，主要以氧化物和硫化物形態(tài)進(jìn)入高爐中。鋅在高爐中的循環(huán)主要是在高爐內(nèi)部的小循環(huán)和在燒結(jié)-高爐間大循環(huán)。當(dāng)高爐粉塵中含鋅量較高時，返回高爐會產(chǎn)生很大危害，軟化爐襯，降低高爐壽命，并降低高爐產(chǎn)量，影響鐵水質(zhì)量。納米氧化鋅是一種多功能性的新型無機(jī)材料，與傳統(tǒng)氧化鋅相比，納米氧化鋅具有比表面積大、化學(xué)活性高等特點，近年來發(fā)現(xiàn)它在催化、光學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)等方面展現(xiàn)出許多特殊功能。
　　本文以常州中天鋼鐵廠高爐粉塵為原料

2、，采用真空碳熱還原方法提取高爐粉塵中鋅，富集的含鐵、碳的還原殘渣作為煉鐵原料返回?zé)掕F系統(tǒng)循環(huán)使用。通過EDS、SEM及XRD等檢測手段，分析了產(chǎn)物形貌影響。根據(jù)“收縮核模型”和擴(kuò)散理論研究了高爐粉塵球團(tuán)真空碳熱還原過程中Zn還原動力學(xué)，詳細(xì)考察了系統(tǒng)壓強(qiáng)、球團(tuán)直徑、還原溫度對Zn還原率的影響。探討了冷凝物水洗、真空蒸餾、熔析除碳和真空控氧法制備納米氧化鋅的工藝過程和條件。
　　實驗結(jié)果表明：在還原溫度1173 K，還原時間45mi

3、n，壓強(qiáng)1Kpa條件下真空碳熱還原高爐粉塵，Zn的還原率為93.19％，還原殘渣中鋅含量較低。真空碳熱還原動力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，相對于鋅蒸汽和CO氣體的擴(kuò)散表觀活化能來說，碳?xì)饣徒缑娣磻?yīng)的表觀活化能較小，其對Zn還原過程的影響較小，而氣體擴(kuò)散對Zn還原過程的影響較大，高爐粉塵球團(tuán)真空碳熱還原過程中Zn還原的控制步驟為內(nèi)擴(kuò)散，表觀反應(yīng)級數(shù)為1。在實驗選取的溫度范圍內(nèi)1023K-1173K，反應(yīng)的表觀活化能為172.39 kJ/mol。

4、　　水洗可以除去真空碳熱還原得到的冷凝物中全部的KCl和NaCl；采用真空蒸餾方法可以使冷凝物中的Zn和Pb、Cu、Al等雜質(zhì)分離；采用熔析的方法可以除去真空蒸餾后得到的冷凝物中的碳，得到粗鋅。以粗鋅為原料，采用真空控氧法制備納米氧化鋅，當(dāng)溫度1123K、反應(yīng)時間9min、系統(tǒng)壓力22KPa時，納米氧化鋅純度大于≥99.8%，其晶體結(jié)構(gòu)為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，其形貌和尺寸都比較均勻，基本都是針狀結(jié)構(gòu)，其根部直徑為30-70nm，針長0.5μm