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回收电弧炉粉尘以获取高品质ZnO摘要： 电弧炉（电炉）炼钢时会产生一种副产品-电弧炉粉尘。由于这些炼钢粉尘中含有重金属，并且可能在略带酸雨的条件下浸出，所以大多数工业化国家将其视为有害残留物。然而，由于锌盐的存在，这些烟尘又可作为获取副产品的宝贵资源。目前已有关于使用碳酸铵溶液处理电弧炉烟尘的调查结果。一旦锌溶解： ZnO+4NH3+H2OZn（NH3）42+2OH-其他杂质（如镉和铜），通过金属锌置换而被除去。纯锌溶液蒸发（蒸馏）直到有碳酸锌盐沉淀，然后煅烧碳酸锌得到高一级的氧化锌。对与浸出操作产生物的主要成分为锌和铁的残渣，可以考虑以下几种处理方法：重新进入熔炉，更进一步的处理为用氢氧化钠处理或由于其相对惰性可采用比较安全的倾倒处理。关键词：电弧炉粉尘；氧化锌；碳酸铵回收；1. 引言 采用电弧炉（电炉）炼钢可以增加钢产量。与此同时，电炉炼钢过程中也会向大气中释放有害物质，包括除其他污染物的电炉粉尘。由于电炉粉尘物理和化学（重金属含量）的特性，根据美国环保局在1980年的废物分类，电弧炉粉尘被归类为危险废物。在大多数工业化国家，电弧炉粉尘被视为危险废物，这些残留物必须存放在专门垃圾填埋场。然而，由于这些粉尘中含有某些物质，例如锌，它可以作为二级原材料生产金属或其他产品。由于这些因素的存在，我们需要处理这些粉尘以减少其对环境的影响。有2种可能的处理电炉粉尘的方法：湿法冶金和管理这些冶金过程的电弧炉粉尘。由于这些粉尘中含有可以提取的有色金属，如锌，所以要回收炼钢业产生的废渣；然而，在处理含锌量较低的物质的方法中，湿法冶金被视为更环保。由于这些粉尘的低活性，我们也可以考虑第三种方法，即它们在稳定时永久倾倒。 如今，几种从这些废物中通过湿法回收锌和其他金属的方法已被提出。这些方法中，一些方法通常的顺序为浸出-萃取-电积，这种顺序已用于回收锌。当然也可以考虑其他类型的处理，生产其他适销产品，例如氧化锌，进而为这些原材料打开市场。在目前的工作中，通过碳酸铵溶液浸出电弧炉烟尘和随后的置换，蒸发（蒸馏）和焙烧处理，可以获得高品位氧化锌。2. 实验本实验使用的烟尘取自位于马德里（西班牙）的钢厂。其组成如表1所示，这些数据很好的符合一个典型描述。通常所有这些元素在材料中为氧化物；在锌的情况下，这些元素是作为氧化锌（氧化锌，氧化锌和锌）或锌铁化合物（铁酸锌，锌铁矿），在锌铁化合物中比例接近50%。浸渗实验在一个有机械震动和温度为20的玻璃反应器中进行。X射线粉末衍射在西门子D500衍射设备中进行，而在3.5节中描述的热分解调查研究使用的是岛津海D50设备。分析不同的元素在不同的步骤的变化采用原子吸收法，设备为扩增型分光光度计1100B。 表1 粉尘的组成Zn29%Cu0.3%Pb4%Cd0.07%Fe25%Cl4%MnO3%SiO23%3. 结果和讨论3.1 水浸出通过水浸出消除粉尘中的氯；这一初步预处理是必要的，以避免氯离子污染最终产品。这个消除步骤需要在浆密度为30%、温度为20 .的条件下反应1小时。同时，没有任何明显的金属量（除了钙）浸出。3,2碳酸铵溶液浸出碳酸铵被选择用来浸出粉尘有两个原因，首先是因为它能络合锌，其次是因为它是可以再生的相当好从而进一步回收。初步结果表明，碳酸铵浓度范围在60200g/L变化时对锌浸出影响不大（平均回收率为45%）。不同浆料密度和接触时间条件也被实验，实验条件为，PH值10.5，碳酸铵浓度为100g/L，这些实验的结果如表2所示。 表2 电炉粉尘的碳酸铵浸出液浆密度 %时间Zn %Pb %Cd %Cu %2.430min401499702h422099764.830min431577682h491686729.130min301235492h33123348 从这些结果，可以推断，浆密度对锌从粉尘浸出的百分比有相当的影响，当采用较高的浆密度时，差异更加明显。考虑到浸出其他贱金属，可以得出结论，当浆密度降低时，这些元素浸出的百分比增加。可以预计，浸出液中无氯。接触时间的改变对浸出金属没有很大的影响。从表2可以看出，在这一步中，锌大约被回收了45%，显然这是由于粉尘中存在抗腐蚀的锌铁氧体物。锌的溶解可以表示为一个简化的形式： ZnO+nNH3+H2OZn（NH3）n2+2OH-这个反应一般也代表铜和钙的溶解。在这个方程中，n可以代表值从1到4，但由于这项实验中的实验条件所限，后者是最有可能的协调氨配体数。另一方面，由于这些残渣的组成（化学和矿物学）具有单独的特点，浸出这些危险物的实验条件需要单独进行研究。3.3置换阶段含锌浸出液获得于烟尘与碳酸铵溶液的浆密度为4.8%的溶液中，然后传递到置换步骤。锌被选定为置换物的原因，是它能置换出浸出液中几乎所有的金属并且它不会污染浸出液。表3显示了从这个步骤所取得的成果，其中其他实验条件是：20，10分钟的反应时间和每升溶液添加5克锌粉。可以看到在浸出液中几乎没有铜、铅和镉。同时也可以看到，大量的锌被用作置换物，但这将延长反应所需时间。如果用这种方法提取金属是可行的、经济的，就可以考虑这种处理方法。 表3 Zn置换粉尘浸出液ZnPbCdCu饱和浸出液 g/L7.20.340.030.07置换后浸出液 g/L8.10.010.00080.002置换百分百 %97.197.397.1 表4 获得ZnO的分析重量损失 %29.8Zn %80Cu %0.01Pb %0.06Cd %0.05Mn %0.023.4碳酸锌沉淀以上获得滤液的进一步处理是蒸馏；这一步可以做水蒸气蒸馏或真空蒸馏操作；在任何情况下，有必要增加溶液的温度接近80.90。因为在这一温度下，氨和二氧化碳从溶液中溢出，进而可回收浸出物。在本次调查中，当溶液蒸发已停止，溶液中锌含量大约为0.2克/升，该溶液可以回收用于浸出阶段。分析这一步的固体获得显示，锌含量为57.6%相比于59.5%（从水锌矿计算）；从这个结果可以看出，获得了纯净的碳酸锌；X射线衍射研究固体表明，锌沉淀物种为Zn5（CO3)2(OH)6（水锌矿）。3.5煅烧得到氧化锌为了知道碳酸锌转化为氧化锌的温度，需要进行一系列时间为2h、温度范围从300到1100的实验。这些实验结果表明，碳酸锌分解的温度是500 .C以上。在煅烧过程的调查表明，在一般情况下，反应时间是2h或4h不像温度那样重要。这一步获得物的典型分析，即在900和2h，如表4所示，该产品很好的匹配纯氧化锌（锌80.34%）。可以看出，品位高（ 99.5%）氧化锌可以从烟尘获得。 3.6处理碳酸铵浸出液的残渣 从表2可以看出，通过碳酸铵浸出后，锌和铅的回收是不完全的，然而，通过与氢氧化钠的进一步反应，这些金属可以被回收。例如，在5-8M和75-90的温度下，锌和铅可以溶解形成MO22-，其中M代表锌或铅，这样可以回收大约30-35%电炉尘中的锌。在这种情况下，由于铁锌氧化物的存在，一部分锌仍残留于残渣中。即使第二种情况没有被证明，但是当溶液与固体氢氧化钠反应时可以获得更多的锌。另一方面，进行过程预计有硅酸盐生成： SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O可以通过加氢氧化钙来消除： Na2SiO3+Ca(OH)2CaSiO3+2NaOH在上述反应顺序中，铁一直作为一个固体相（可能为赤铁矿），这可以避免其在溶液中的相关问题，即促进阳极的腐蚀和锌阴极电解时对铁吸收的增加。在碱性溶液中，通过锌置换或沉淀，铅作