《微波法處理冶金含鋅塵泥的研究》是依託安徽工業大學，由周雲擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：微波法處理冶金含鋅塵泥的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：周雲
- 依託單位：安徽工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
項目圍繞冶金塵泥在微波條件下鋅賦存狀態的變化，利用微波實現鋅還原,研究反應的熱力學、反應機理以及微波參數對鋅還原等套用基礎研究，基於該塵泥中碳等對微波高吸收性與鋅的低熔點、低沸點特性，探索在微波選擇性激發條件下，利用微波的均勻加熱、氣氛可控和壓力可調的優勢，促進鋅還原，抑制鐵元素還原的熱力學規律，並將塵泥中鋅組分原位快速還原、蒸發並被高純分離的物理化學行為特性。重點研究微波場能與塵泥中吸波礦物對鋅還原過程的相互作用機制這一關鍵科學問題，從中探求獲得微波場效應下複雜礦物體系中目標組分選擇性分離的一般物理化學規律。預期成果可為該類冶金固廢的高效利用提供科學支撐，同時也將豐富微波場效應下的冶金物理化學理論。
結題摘要
冶金過程產生的粉塵中含有鐵、鋅等元素，其中的鐵元素可循環利用，而鋅元素不可繼續大量地在冶金過程中循環使用，因此高效去除冶金粉塵中鋅元素是本項目的主要研究內容。傳統的高溫火法，能耗高、污染大、工序長、設備投入多，部分限制了該工藝的進一步套用。微波是一種清潔處理方式，能效高、處理快，能高效處理含碳冶金粉塵中的鋅，具有獨特的優勢。碳在微波條件下強烈吸收微波能，使得粉塵快速升溫，通過合適的還原氣氛，進而可迅速還原粉塵中的鋅元素，鋅被蒸發，從而與粉塵分離，達到高效清潔分離。 為此本項目主要研究了三個方面的內容：（1）系統研究了煉鐵高爐、煉鋼轉爐、電爐冶煉不鏽鋼等產生的粉塵的特點，查明了各粉塵中碳、鐵、鋅等主要有價元素的賦存特性，表明鋅元素主要與鐵元素賦存，組成鐵酸鋅礦相，碳元素主要獨立存在，氧化鈣、氧化矽、氧化鐵等組成鐵酸鈣和橄欖石、矽酸鹽等礦物相，有些粉塵如不鏽鋼粉塵中還賦存了部分的鉻元素，各顆粒相對細小；（2）在實驗室利用工業微波爐，完成了各微波參數對鋅還原和其熱力學的影響研究，結果表明微波加熱功率與其加熱速率有較大的相關性，功率越大，加熱速率隨之增大，在實驗室3-7KW下其加熱速率可達140-160K/min；反應氣氛對還原影響較大，實驗表明碳濃度越大，加熱速率越大，鋅、鐵的還原也越徹底，但從鋅分離的效率來看，在微波處理粉塵時合適的碳含量是12%；氣氛的壓力對加熱速率和還原速率均不顯著，當碳含量為16-18%，鋅的去除效率可達90%以上；（3）實驗完成了該反應的動力學及其機理的研究，得出反應最佳時間控制在10-15min，整個還原過程的速率由碳氣化以及反應中的氣相擴散所控制。建立了數學模型來描述微波下鋅鐵碳熱還原反應的化學反應速率常數與溫度之間的關係，並計算了相應的化學反應的活化能，其活化能為40-50KJ/mol，低於傳統火法高溫碳熱還原的活化能，表明微波能降低反應的活化能，促進反應的進行，提高鋅的還原率。通過實驗室的收集裝置，得到了高純氧化鋅產品，其純度達97%以上。 本項目的研究成果可為該類冶金固廢的高效利用提供科學支撐，同時也豐富了微波場效應下的冶金物理化學理論，補充了碳熱還原反應在微波場下的熱力學和動力學相關規律和科學內容。
