利用含锌烟尘制备超细氧化锌的工艺研究

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1、第一章引言1.1课题研究的背景及意义1.1.1课题研究的背景随着我国钢铁工业的迅猛发展，高炉炼铁过程中产生粉尘的数量越来越多。该粉尘大多含有锌、铅等物质，如直接作为返矿使用，会对高炉冶炼造成负面影响。现多数厂家都采取堆放进行处理，导致占用大量土地，对周围环境造成污染,同时也造成粉尘中所含的锌、铁、碳等资源的浪费。某钢铁厂高炉瓦斯泥含锌4～5%，并含有大于40%的铁。为了充分回收瓦斯泥中铁锌资源，该厂用回转窑处理高炉瓦斯泥。在焙烧过程中锌等低挥发点金属形成蒸气，其中锌[1]蒸气进而被氧化形成氧化锌，与其它粉尘一起被收集而形成富含锌的烟尘。处理后的瓦斯泥为含锌较低、含铁较高的物料

2、，作为本厂烧结、造球的原料。焙烧得到的锌烟灰中含锌大于40%，是很好炼锌原料。如何经济、简便地处理该烟灰，是回收利用瓦斯泥中锌资源的关键问题。因此，开发利用和优化二次资源锌烟灰来制备高档次的锌产品如超细活性氧化锌就显得非常重要。[2]通常处理这种含锌物料的工艺主要有酸浸法和氨浸法，在处理含锌物料过程中，由于物料的组成不同即便是采用同一种浸出工艺，其影响因素亦不同，工艺条件会发生很大变化。本文分别采用硫酸法和氨配合法处理该厂锌烟尘，考察浸出过程影响因素变化规律，探索适宜的浸出条件，以便更好回收该厂锌烟尘中锌资源。活性氧化锌是一种重要的无机精细化工产品，由于其高表面活性和良好的分

3、散性，主要用作橡胶、电缆的补强剂和活性剂，能显著提高橡胶制品的强度和耐磨性；也可用于医药、陶瓷、塑料、纤维、涂料等工业。另外，白色氧化锌由于其优良的紫外屏蔽能力和较[3～9][10]宽的吸收波长范围在其它方面越来越得到广泛的应用。由于白色氧化锌颜色较白,将其用于化妆品中,会使人的皮肤显得苍白。利用元素或化合物的固溶,可以使氧化锌着色。例如氧化锰固溶于氧化锌可以使它呈黄色,氧化铅则使它显桃红色，但是这些重金属对人体有害,不适于化妆品和医药行业，而肤色氧化锌的出现成功的解决了这一难题，肤色超细氧化[11]锌在抗菌、抗紫外、导电等方面的功效超越了白色氧化锌。由于现行的活性氧化锌和肤

4、色超细氧化锌生产工艺中原料价格高、过程能耗高，结果成本高居高不下，大大限制了活[12]性氧化锌及肤色氧化锌的广泛应用。因此本文用价格低廉的锌烟尘制备高档次的氧化锌。1.1.2选题意义本课题研究利用含锌烟尘作为锌原料制备活性氧化锌和肤色超细活性氧化锌，采用浸1出-净化除杂-制备氧化锌这一工艺处理锌烟尘。本论文分别从硫酸和氨配合法浸出含锌烟尘两个角度进行实验，分别采用碳化法制备活性氧化锌前驱体和微波-超声波联合法制备肤色氧化锌前驱体，加热煅烧前驱体分别得到活性氧化锌和肤色超细氧化锌。利用微波-超声波联合法制备前驱体，这在肤色超细氧化锌制备方法中尚属首例。本课题以锌烟尘为原料制备活

5、性氧化锌和肤色超细氧化锌，该方法不仅可以克服锌原料、沉淀剂成本高，废水污染大等缺点，而且开发新的高档次产品提供了新的途径，同时为二次资源锌烟尘利用寻求了新的道路，这对企业实现可持续发展，增加锌产品品种、改善产品结构、提高经济效益均具有积极的促进作用。此外，该方法也可以生产碱式碳酸锌，这些产品可以直接出售。因此，本课题的研究不仅可以充分利用锌烟尘中的锌，变废为宝，还可以减少环境污染，具有很大的经济意义和现实意义。1.2研究现状1.2.1含锌烟尘的综合利用现状[13～14]国内外含锌烟尘处理的方法有湿法和火法两大类。(1)湿法工艺：主要有硫酸法、碳铵法、硫铵法和氯铵法等。①硫酸法

6、是以含锌烟尘、焙砂或低级氧化锌为原经硫酸浸出、溶液净化、碳酸盐转化、煅烧而制取等级氧化锌的工艺方法。该工艺可以产出符合国家一级品标准的等级氧化锌，而且这种氧化锌还具有蓬松、活性大，砷、铅、镉等有毒元素含量低等特点，除用于橡胶工业外，还可用于饲料工业。②碳铵法是以低级氧化锌或锌焙砂为原料，利用氧化锌易溶于氨-碳酸铵混合溶液，生成锌氨络合溶液这一特征，采用氨-铵混合溶液直接浸出，通过除杂、热解除氨而得到碱式碳酸锌沉淀，再经烘干、煅烧，最终获得活性氧化锌或等级氧化锌。该法与硫酸法工艺相比较，具有工艺相对简单、投资少、成本较低，对原料适应性强等优点。但其产品质量具有波动性，对环境污染

7、极其严重,系统的氨平衡和产品焙烧方面还需进一步完善。③硫铵法是直接由矿物原料制取氧化锌的新工艺。以硫酸铵-氨混合溶液为浸出剂，浸出的过程中，锌氧化物或碳酸盐形成锌-氨络合离子而溶解，溶液经净化后，转化成锌的沉淀物，最后煅烧成等级氧化锌。该法可用于处理多种氧化锌矿及氧化锌烟灰，即使在原料成分十分复杂的情况下，也能生产等级氧化锌。硫铵法的锌回收率主要取决于锌的浸出率，从浸出至生产出氧化锌，锌的回收率最高可达98.93%，但在原料中ZnO含量较低，成分复杂的情况下，浸出剂的消耗量非常大，对环境污染极其严重,去