电弧炉粉尘水热处理及合成铁酸锌研究(附件)【字数：10740】
电弧炉粉尘是冶金工业三废之固废的一种，回收和利用的问题一直是冶金与环境工作者关注和研究的焦点。尽管电炉粉尘回收利用已有一些研究或实际开发，但因粉尘成分及含量的差异，大部分粉尘的处理仍主要是露天堆放或填埋处理，占用土地资源，更危害自然与人类健康。铁酸盐材料是一种应用广泛的功能材料，已在吸附、催化、磁性材料、吸波材料等多个领域有所应用。虽然铁酸锌的合成方法多样，而水热合成法因其所得产物粒径均一而备受关注。本课题以天工电弧炉粉尘为研究对象，对电弧炉粉尘进行水热处理；再以浸出液为铁源，通过附加氧化锌，水热合成出目标产物铁酸锌，并进行了XRD和SEM表征。最后以所得产物为光催化剂，研究了其对模拟染料废水的光催化降解性能。实验表明，水热浸出的适宜条件为温度140℃，3h，盐酸浓度3mol/L。水热合成铁酸锌的条件为FeZn=21，180℃，6h；焙烧温度对产物的粒径有显著影响。在太阳光下，所得铁酸锌对配制的50mg/L甲基橙、龙胆紫和孔雀石绿溶液的脱色率分别为33.56%、49.09%和92.38%。关键词电弧炉粉尘；水热处理；铁酸锌；光催化
目录
第一章 绪论 1
1.1 电弧炉粉尘来源及组成 1
1.2 电弧炉粉尘的处理和利用现状 1
1.2.1 碳钢电弧炉粉尘的治理 2
1.2.2 不锈钢和特种钢电弧炉粉尘的处理 3
1.3 浸出 3
1.3.1酸浸出 3
1.3.2碱浸出 4
1.3.3氨浸出 4
1.3.4加压浸出 4
1.4 水热法 5
1.5 铁酸盐 6
1.5.1 铁酸盐材料的制备方法 6
1.5.2 铁酸盐材料的应用 7
1.6 研究意义和主要内容 8
第二章 实验部分 9
2.1 实验试剂和仪器 9
2.1.1 试剂 9
2.1.2 设备 9
2.2 实验步骤 9
2.2.1 电弧炉粉尘成分测定 9
2.2.2 水热浸出 10
2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
.2.3 铁酸锌合成 10
2.2.4 光催化实验 10
2.3 分析方法 11
2.3.1 总铁测定——EDTA滴定法 11
2.3.2 材料的表征 12
第三章 数据分析与讨论 14
3.1电弧炉粉尘成分 14
3.2 水热浸出影响因素 14
3.2.1盐酸初始浓度对浸出的影响 15
3.2.2温度对浸出的影响 16
3.2.3反应时间对浸出的影响 17
3.2.4 小结 18
3.3 铁酸锌的水热合成 18
3.3.1 XRD谱图分析 19
3.3.2 SEM电镜扫描 21
3.3.3 小结 21
3.4 铁酸锌的光催化性能 22
结论 23
致谢 24
参考文献 25
第一章 绪论
钢铁冶金工业是重工业的基础，也是国家建设与发展必不可少的组成部分。近年来，尤其是改革开放以来，我国国民经济发展取得了举世瞩目的成就，钢铁方面从原来的钢铁无法自给一跃成为如今的钢铁产量世界第一大国。然而，钢铁行业迅猛发展的同时也带来了各种各样的问题：三废的排放导致环境问题日趋严重，钢铁产能严重过剩，资源能源利用率低下等等。一系列问题的凸显促使我们思考钢铁冶金的未来，谋求解决问题之道，使得钢铁冶金业实现真正的良性可持续发展。
电弧炉粉尘是冶金工业固废的一种，粉尘的产量不断增长，其回收及综合利用受到了广泛的关注。国内对电炉粉尘利用的研究较少，大部分是将这些粉尘露天堆放或填埋处理，占用土地资源，污染环境，危害自然与人类的健康。本文着眼于电弧炉粉尘的研究与处理，旨在探索一条简单有效的途径，使作为废弃物的粉尘转化为具有广泛应用价值的功能性材料，为资源的再利用乃至有效利用提供一定的实验基础和理论依据。
1.1 电弧炉粉尘来源及组成
电弧炉粉尘是电弧炉各冶炼期产生的大量烟尘经收集而得的一种生产废弃物，其量约在炉料的1%~2%。粉尘的化学成分及含量与所冶炼钢种及工艺有关，一般来说冶炼碳钢和低合金钢的粉尘中锌和铅的含量较多，冶炼不锈钢和特种钢的粉尘铬、镍、钼的含量会比较多。由于电弧炉粉尘颗粒细小，运输处理难度较大，多数厂家采用填埋弃置处理。电弧炉粉尘还可渗出多种有毒物质，故为有害废弃物，要求处理成无害废物后方可填埋。 铅、镉和铬不能通过美国环保局针对电弧炉粉尘所做的毒性浸出试验所制定的环保法标准，因此将该粉尘归为有害废物。为此，各国都重视对电炉粉尘的处理和综合利用，并进行了多方面的尝试与探索，期望能够找出既能回收资源同时又不对环境造成污染的可行性成熟技术。
1.2 电弧炉粉尘的处理和利用现状
对于电弧炉粉尘的处理世界各地有着不同的方法，而这些方法主要是针对碳钢生产过程的粉尘，处理方法主要有火法[1]、湿法、火法和湿法结合[2]、固化或玻璃等分类。
火法处理是根据Zn、Pb、Sn等金属的低沸点特性，当其氧化物高温还原时，会因温度过高而变为蒸汽形式，随气流一起进入烟气中，从而实现与固相主体的分离。火法工艺所需设备占地面积小，生产效率高，对含锌粉尘的处理回收有突出优势，且处理过程中所需原料在一般钢铁厂中都有，原料资源丰富，同时，钢铁企业都能够提供火法工艺所需的1200℃~1400℃的处理温度。但火法工艺前期的设备购买所需资金较大，一般小型企业难以承担。
冶金粉尘中富含金属氧化物，而金属氧化物易溶于酸、碱等溶液。湿法处理工艺就是利用此性质，在一定条件下，将冶金粉尘溶于酸或碱中，使粉尘中的金属氧化物被溶解，实现目标金属的浸出。再通过电解方法，将溶液中的金属回收。湿法工艺中，对酸浸工艺的研究是比较成熟的[3]。研究发现，在常温条件下，盐酸、硫酸等强酸的浸出率相对较低。为了提高强酸的浸出率，可以采用升温升压的方法，但此时，溶液中铁的浸出率会随之升高，从而增大了电解液中铁的负担。同时，由于通过酸浸得到的铁和碳不能直接在其他工序中使用，需要经过进一步的加工处理，这样就使得酸浸的成本有所增加。相对于酸浸来说，碱浸的浸出率要低，但是碱浸工艺的浸出选择性好，且不会对设备有较大的腐蚀。
1.2.1 碳钢电弧炉粉尘的治理
在美国和墨西哥等地的一段威尔兹窑和两段威尔兹窑技术的使用，可使碳钢电弧炉粉尘的处理量达到85%~80%。其过程是产出的粉尘进入窑，锌、铅、镉和一些氯化物在第一节被分离，铁和其他非有毒产品返回到电弧炉，从第一节的窑除尘机到二段窑输出低纯度的氧化锌、铅和氯化镉[4]。
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第一章 绪论 1
1.1 电弧炉粉尘来源及组成 1
1.2 电弧炉粉尘的处理和利用现状 1
1.2.1 碳钢电弧炉粉尘的治理 2
1.2.2 不锈钢和特种钢电弧炉粉尘的处理 3
1.3 浸出 3
1.3.1酸浸出 3
1.3.2碱浸出 4
1.3.3氨浸出 4
1.3.4加压浸出 4
1.4 水热法 5
1.5 铁酸盐 6
1.5.1 铁酸盐材料的制备方法 6
1.5.2 铁酸盐材料的应用 7
1.6 研究意义和主要内容 8
第二章 实验部分 9
2.1 实验试剂和仪器 9
2.1.1 试剂 9
2.1.2 设备 9
2.2 实验步骤 9
2.2.1 电弧炉粉尘成分测定 9
2.2.2 水热浸出 10
2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
.2.3 铁酸锌合成 10
2.2.4 光催化实验 10
2.3 分析方法 11
2.3.1 总铁测定——EDTA滴定法 11
2.3.2 材料的表征 12
第三章 数据分析与讨论 14
3.1电弧炉粉尘成分 14
3.2 水热浸出影响因素 14
3.2.1盐酸初始浓度对浸出的影响 15
3.2.2温度对浸出的影响 16
3.2.3反应时间对浸出的影响 17
3.2.4 小结 18
3.3 铁酸锌的水热合成 18
3.3.1 XRD谱图分析 19
3.3.2 SEM电镜扫描 21
3.3.3 小结 21
3.4 铁酸锌的光催化性能 22
结论 23
致谢 24
参考文献 25
第一章 绪论
钢铁冶金工业是重工业的基础，也是国家建设与发展必不可少的组成部分。近年来，尤其是改革开放以来，我国国民经济发展取得了举世瞩目的成就，钢铁方面从原来的钢铁无法自给一跃成为如今的钢铁产量世界第一大国。然而，钢铁行业迅猛发展的同时也带来了各种各样的问题：三废的排放导致环境问题日趋严重，钢铁产能严重过剩，资源能源利用率低下等等。一系列问题的凸显促使我们思考钢铁冶金的未来，谋求解决问题之道，使得钢铁冶金业实现真正的良性可持续发展。
电弧炉粉尘是冶金工业固废的一种，粉尘的产量不断增长，其回收及综合利用受到了广泛的关注。国内对电炉粉尘利用的研究较少，大部分是将这些粉尘露天堆放或填埋处理，占用土地资源，污染环境，危害自然与人类的健康。本文着眼于电弧炉粉尘的研究与处理，旨在探索一条简单有效的途径，使作为废弃物的粉尘转化为具有广泛应用价值的功能性材料，为资源的再利用乃至有效利用提供一定的实验基础和理论依据。
1.1 电弧炉粉尘来源及组成
电弧炉粉尘是电弧炉各冶炼期产生的大量烟尘经收集而得的一种生产废弃物，其量约在炉料的1%~2%。粉尘的化学成分及含量与所冶炼钢种及工艺有关，一般来说冶炼碳钢和低合金钢的粉尘中锌和铅的含量较多，冶炼不锈钢和特种钢的粉尘铬、镍、钼的含量会比较多。由于电弧炉粉尘颗粒细小，运输处理难度较大，多数厂家采用填埋弃置处理。电弧炉粉尘还可渗出多种有毒物质，故为有害废弃物，要求处理成无害废物后方可填埋。 铅、镉和铬不能通过美国环保局针对电弧炉粉尘所做的毒性浸出试验所制定的环保法标准，因此将该粉尘归为有害废物。为此，各国都重视对电炉粉尘的处理和综合利用，并进行了多方面的尝试与探索，期望能够找出既能回收资源同时又不对环境造成污染的可行性成熟技术。
1.2 电弧炉粉尘的处理和利用现状
对于电弧炉粉尘的处理世界各地有着不同的方法，而这些方法主要是针对碳钢生产过程的粉尘，处理方法主要有火法[1]、湿法、火法和湿法结合[2]、固化或玻璃等分类。
火法处理是根据Zn、Pb、Sn等金属的低沸点特性，当其氧化物高温还原时，会因温度过高而变为蒸汽形式，随气流一起进入烟气中，从而实现与固相主体的分离。火法工艺所需设备占地面积小，生产效率高，对含锌粉尘的处理回收有突出优势，且处理过程中所需原料在一般钢铁厂中都有，原料资源丰富，同时，钢铁企业都能够提供火法工艺所需的1200℃~1400℃的处理温度。但火法工艺前期的设备购买所需资金较大，一般小型企业难以承担。
冶金粉尘中富含金属氧化物，而金属氧化物易溶于酸、碱等溶液。湿法处理工艺就是利用此性质，在一定条件下，将冶金粉尘溶于酸或碱中，使粉尘中的金属氧化物被溶解，实现目标金属的浸出。再通过电解方法，将溶液中的金属回收。湿法工艺中，对酸浸工艺的研究是比较成熟的[3]。研究发现，在常温条件下，盐酸、硫酸等强酸的浸出率相对较低。为了提高强酸的浸出率，可以采用升温升压的方法，但此时，溶液中铁的浸出率会随之升高，从而增大了电解液中铁的负担。同时，由于通过酸浸得到的铁和碳不能直接在其他工序中使用，需要经过进一步的加工处理，这样就使得酸浸的成本有所增加。相对于酸浸来说，碱浸的浸出率要低，但是碱浸工艺的浸出选择性好，且不会对设备有较大的腐蚀。
1.2.1 碳钢电弧炉粉尘的治理
在美国和墨西哥等地的一段威尔兹窑和两段威尔兹窑技术的使用，可使碳钢电弧炉粉尘的处理量达到85%~80%。其过程是产出的粉尘进入窑，锌、铅、镉和一些氯化物在第一节被分离，铁和其他非有毒产品返回到电弧炉，从第一节的窑除尘机到二段窑输出低纯度的氧化锌、铅和氯化镉[4]。
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