有色冶炼行业低价值物料的高值化利用研究

摘要

我国有色冶炼行业每年产生大量固体废弃物，如:炉底废渣、烟道灰等，这些废弃物对环境造成了一系列恶劣影响，对其进行高效、清洁治理已刻不容缓。同时，现有传统工艺资源利用率较低，副产很多低价值中间产品，亟需高值化利用。针对目前有色行业固废及低端产品积压严重的现状，本文以有色冶炼行业较常见的两种低价值物料:烟道灰和次氧化锌为代表，开展了全湿法处理有色行业低价值物料的新工艺研究，以实现物料有价金属的绿色、低成本、高值化利用。主要研究内容及成果如下:
　　(1)成功设计了湿法处理烟道灰的工艺流程为:水洗-磁选-酸浸-后续分离。发现:不溶性砷酸盐是所测烟道灰物料中锌和砷的主要存在形式，水溶性锌、砷主要以硫酸锌和三氧化二砷的形式被水洗浸出。磁选后，磁性物质的铁品位达到36.8％，主要成分为Fe和Fe3O4。通过对比单一硫酸、盐酸及混合硫酸硝酸、混合盐酸硝酸四种酸浸体系，发现硫酸-硝酸混酸体系为最优，在优化工艺条件为:硝酸用量8 mL/100g，反应温度80℃，反应时间2h时，其Cu、Zn、As、Bi的浸出率分别为92.14％、92.34％、90.00％，10.01％，而Pb没有浸出。
　　(2)深入研究了水洗液锌砷分离过程，在单一硫酸铁和氧化钙除砷工艺的基础上，原创性地提出了硫酸铁-氧化钙-氨水三步锌砷选择性分离新工艺。在优化工艺条件下，As的脱除率大于98.9％，而Zn的损失小于10％。进一步的机理研究发现:体系pH值在2-3之间变化时，As的脱出率无明显改变;而Zn的脱除率变化较大，其原因不仅与溶度积常数有关，Fe3+、Ca2+的竞争吸附也产生了一定影响。
　　(3)确定了次氧化锌制备纳米氧化锌的工艺流程为:酸浸-除杂-前驱体制备-煅烧。考察了一步法及两步法酸浸工艺过程对硫酸锌溶液的影响;优化了ZnO-硫酸铜/锌粉-锌粉除杂顺序，得到了合格的硫酸锌溶液。
　　(4)通过对比碳酸氢铵、碳酸钠、氨水三种沉淀体系，原创性地提出了超声-阳离子表面活性剂耦合沉淀新工艺，获得了六方晶系结构的优级品纳米氧化锌样品，其BET数值达到46.99m2/g。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 研究背景

1．2 有色冶炼行业低价值物料的主要来源

1．2．1 烟道灰的主要来源

1．2．2 次氧化锌的主要来源

1．3 有色冶炼行业低价值物料的工业回收利用方式

1．3．1 烟道灰的工业回收利用方式

1．3．2 次氧化锌的工业回收利用方式

1．4 氧化锌及其纳米结构简介

1．4．1 氧化锌的基本物理性质

1．4．2 纳米氧化锌的结构简介

1．4．3 纳米氧化锌的制备方法

1．4．3 纳米氧化锌的应用

1．5 湿法处理烟道灰的新工艺

1．6 由次氧化锌生产纳米氧化锌的工艺

1．7 本论文研究的目的和研究内容

1．7．1 本论文的研究目的

1．7．2 本论文的研究内容

2 实验部分

2．1 实验原料、试剂和仪器

2．1．1 实验原料

2．1．2 实验试剂

2．1．3 实验仪器

2．2 实验方法

2．2．1 烟道灰水洗实验

2．2．2 烟道灰磁选实验

2．2．3 烟道灰酸浸实验

2．2．4 烟道灰水洗液锌砷分离实验

2．2．5 次氧化锌酸浸实验

2．2．6 次氧化锌酸浸液除杂

2．2．7 次氧化锌前驱体制备实验

2．2．8 次氧化锌前驱体煅烧实验

2．3 分析方法

2．3．1 浸出率的计算

2．3．2 X射线衍射物相分析(XRD)

2．3．3 粉末X荧光半定量分析(XRF)

2．3．4 ICP-OES分析

2．3．5 SEM分析

2．3．6 比表面积分析

3 湿法处理烟道灰工艺

3．1 烟道灰的成分分析和性质研究

3．1．1 烟道灰的成分分析

3．1．2 烟道灰的性质研究

3．2 水洗工艺

3．2．1 水洗工艺原理

3．2．2 水洗工艺条件探索

3．2．3 水洗工艺改进

3．2．4 水洗产品分析

3．2．5 水洗工艺小结

3．3 磁选工艺

3．3．1 磁选工艺原理

3．3．2 磁选强度选择

3．3．3 铁磁性物质分析

3．4 酸浸工艺

3．4．1 酸浸工艺原理

3．4．2 酸浸剂选择

3．4．3 酸浸工艺条件探索

3．4．4 酸浸工艺小结

3．5 水洗液锌砷分离工艺

3．5．1 单一硫酸铁、氧化钙除砷工艺

3．5．2 硫酸铁-氧化钙-氨水锌砷分离工艺

3．5．3 水洗液锌砷分离工艺产物分析

3．5．4 水洗液锌砷分离工艺小结

3．6 本章小结

4 由次氧化锌制备纳米氧化锌

4．1 次氧化锌的成分分析和性质研究

4．1．1 次氧化锌的成分分析

4．1．2 次氧化锌的性质研究

4．2 酸浸工艺

4．2．1 酸浸工艺原理

4．2．2 一步法稀酸酸浸工艺条件探索

4．2．3 两步法浓酸酸浸-水洗工艺条件探索

4．2．4 两种酸浸方法对比

4．2．5 酸浸工艺小结

4．3 除杂

4．3．1 除杂原理

4．3．2 除杂工艺条件

4．4 前驱体的制备和煅烧

4．4．1 前驱体制备原理

4．4．2 前驱体煅烧原理

4．4．2 沉淀剂对纳米氧化锌性能的影响

4．4．3 添加剂对纳米氧化锌性能的影响

4．5 纳米氧化锌产品

4．6 本章小结

5 结论和展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

个人简历

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