碳热还原法处理湿法炼锌浸出渣及ZnO烟尘的高值化利用

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在湿法炼锌过程的浸出阶段,会产生大量成分复杂且有价金属含量较高的浸出渣。锌浸出渣中含有Zn、Pb、Fe、In、Ga等大量有色金属和稀散元素,具有毒性大、污染严重等不容忽视的环境问题。本文采用碳热还原法处理锌浸出渣,主要研究内容和结论如下:(1)研究了锌浸出渣的化学组成。其物相主要是由ZnS、SiO2、Fe2O3、KFe3(SO42(OH)6和ZnFe2O4组成。Zn的品位为7.15%,且主要以ZnO和ZnFe2O4形式赋存。利用FactSage热力学软件对碳热还原反应的标准吉布斯自由能进行了计算,结果表明:ZnFe2O4、ZnO、ZnS、Zn2SiO4和ZnSO4中的Zn元素均可被还原成单质Zn,由于高温下Zn的蒸气压较大,因此Zn挥发至烟尘与空气反应形成了ZnO,最终以ZnO的形式富集在烟尘中。(2)研究了锌浸出渣在碳热还原过程中,四种单因素变量(还原温度、保温时间、配碳比和CaO加入量)对Zn挥发率的影响。结果表明:在还原温度1250℃,保温时间60 min,配碳比50%,CaO加入量10%的条件下,Zn挥发率可到97.31%。(3)研究了在不同还原温度(1200℃、1250℃和1300℃)下得到的ZnO的微观形貌及吸波性能。结果表明:在1200℃和1300℃下得到的ZnO呈现出片层状的岛状聚体的微观结构,未形成明显颗粒,两种ZnO的最小反射损耗在8 GHz和15.12 GHz处分别为-5.23 d B和-2.46 dB;在1250℃的条件下,得到了棒状、球状的微米级ZnO颗粒,其最小反射损耗在15.84 GHz处为-25.56 dB,匹配厚度5 mm,具有一定的吸波性能。(4)研究设计了氮掺杂石墨烯(N G)/Zn O复合材料,并测试了其电化学性能。结果显示,NG/Zn O复合材料作为负极材料,在500 mA g-1的电流密度下首次放电容量为可达594.5 mAh g-1,明显高于于传统石墨负极材料的理论容量(372 mAh g-1),经过210次循环后,其可逆比容量仍可稳定维持在221.7 mAh g-1。这为有色金属废渣中组元的再利用提供了新的探索途径。
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