从电炉烟尘中火法提取锌的热力学及实验研究(附件)【字数：12324】
摘 要摘 要锌作为一种重要的有色金属在社会各个领域得到了广泛的应用。但是中国在锌的回收，再生和利用水平上却大大落后于世界先进国家，造成了资源、能源、水源的浪费和环境的污染。因此，提高我国的锌的回收，再生和利用水平具有重要的意义。回收锌能缓解有限锌资源和无限需求的矛盾，工厂再生产锌时能降低消耗并且减少生产成本，同时也能保护环境。本文以电炉烟尘为原料，采用真空碳热还原工艺提取锌。考察了系统压强、还原温度、还原时间等对Zn还原率的影响，借助于SEM和XRD等表征手段来进行分析。探究了Zn、Pb、Fe等及其氧化物的挥发性和稳定性以及这些氧化物在真空中的还原性；对电炉烟尘碳热还原热力学进行了分析，包括计算碳热还原反应的标准摩尔吉布斯自由能变化和计算相关物质的热力学数据。 实验结果表明，在条件是还原温度为1173K，还原时间为40min，还原压强为1000Pa时，得到还原率最高的组合，最高还原率为80.07％。采用真空碳热还原工艺，发现其中的Zn绝大部分被提取出来。本课题的研究可以充分利用含锌烟尘中的锌，变废为宝，使资源得到利用，并产生一定的经济效益和社会效益。关键词电炉烟尘；锌；碳热还原；热力学摘 要 I
目 录
摘 要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1 电炉烟尘的产生及处理 1
1.1.1 电炉炼钢厂的工艺流程 1
1.1.2 烟尘产生的原因 3
1.1.3 炼钢电炉烟尘治理 3
1.2 电炉烟尘的性质 4
1.2.1 物理性质 4
1.2.2 化学性质 5
1.3 电炉烟尘的处理工艺 5
1.3.1 火法 5
1.3.2 湿法 7
1.3.3 水力旋流分离技术 9
第二章 电炉烟尘碳热还原热力学分析 10
2.1 真空分离的意义 10
2.2 探究Zn、Pb、Fe及其氧化物的挥发性和稳定性 10
2.2.1 纯物质的沸点 10
2.2.2 饱和蒸汽压 11
2.3 还原反应热力学 13 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
2.3.1 标准状态下氧化锌的还原热力学 13
2.3.2 真空状态下氧化锌的还原热力学 14
2.3.3 标准摩尔吉布斯自由能变化的计算 17
2.3.4 有关物质的热力学数据及热力学计算结果 18
第三章 实验过程 21
3.1 实验原料 21
3.2 实验设备、流程及方法 21
3.2.1 实验设备 21
3.2.2 实验流程 21
3.2.3 实验方法 22
3.3 真空碳热还原实验方案 22
第四章 真空碳热还原实验结果分析 25
4.1 SEM表征分析 25
4.2 正交实验结果 27
4.3 实验结果分析 28
4.3.1 通过观察分析 28
4.3.2 计算极差分析 28
4.4 影响因素的分析 29
4.4.1 还原温度对还原率的影响 29
4.4.2 还原时间对还原率的影响 30
4.4.3 系统压强对还原率的影响 31
结 论 33
致 谢 34
参考文献 35
第一章 绪论
1.1 电炉烟尘的产生及处理
1.1.1 电炉炼钢厂的工艺流程
以前的方法：原料准备→补炉→装料→熔化期→氧化期→还原期→出钢，下面是对各阶段简单介绍[1]。
原料准备：电弧炉炼钢的主要材料是回收的废钢以及不合格的钢财。废钢质量直接影响冶炼出来钢的质量，冶炼的成本以及电路的生产率。废品质量要求如下：废钢表面不能有污渍和铁锈；废钢中不得混有铅、锡、砷、锌和铜等有色金属，会容易引起热脆；废钢中的一些钢产品不能是密封的容器，有可能在高温下产生爆炸，存在安全应还；回收的废钢要进行初步的加工和处理，使形状尺寸小都要小。
补炉：炼完一炉钢后，在装料前要进行补炉，其目的是维持正常的炉体形状，查除安全隐患，保证安全生产。补炉有以下要点：出钢后立刻检查炉衬，看是否需填补炉底，如果需要，炉底残渣要先全部扒出，然后才能进行补炉；补炉的原则为高温，先补炉门俩侧以及出钢口以及补炉的速度快。
（3）配料及装料：能不能够正常地进行冶炼操作要看配料是否正确，合理的配料能缩短冶炼时间[2]。配料时应注意以下几点：配料计算要正确，称量也必须要准确无误；要按比例搭配炉料的大小，使装料时能够好装从而达到快速熔化的作用；不能乱配料，配料的成分必须经过计算并且符合工艺要求。?v?
在装料之前，先在炉底铺上石灰，这样做的目的是提前造好熔化渣，并且能在早期就能够先去磷，并且能加速升温，减少钢液吸气。?v?
（4）熔化期：从开始通电到炉料全部熔化成钢液称为熔化期。熔化期的任务是保证炉体寿命的前提下，用最少的电耗将固体炉料迅速熔化成钢液（这里可以采用推料助熔，人工吹氧干预的方法），并造好烧化期的炉渣，以便稳定电弧，防止吸收气体和金属的挥发，并且提前去磷（在炉料熔化过程中，根据炉料中的含P量，可以加入适量的石灰及矿石造渣）。熔化期的操作工艺分为如下阶段：启弧阶段；穿井阶段；电极上升阶段；融化末了阶段；
（5）氧化期：从加入氧化剂(这里的氧化剂为氧气)，使钢液中的碳氧化而熔化池中产生沸腾现象的阶段叫作氧化期。氧化期的主要任务：脱碳、脱磷，去除气体和夹杂物，使钢液均匀加热升温[3]。氧化期的操作工艺如下：?v?
氧化期前一阶段：由于钢液温度低，主要发生脱磷反应。为了使第一阶段的脱磷效果更好，应当加强钢渣的搅拌，使钢液的流动性更好，反应更容易进行。
炉内的脱磷反应为：?????????
5FeO+2Fe3P=P2O5+11Fe+Q
P205+CaO=CaO?P205+Q
目 录
摘 要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1 电炉烟尘的产生及处理 1
1.1.1 电炉炼钢厂的工艺流程 1
1.1.2 烟尘产生的原因 3
1.1.3 炼钢电炉烟尘治理 3
1.2 电炉烟尘的性质 4
1.2.1 物理性质 4
1.2.2 化学性质 5
1.3 电炉烟尘的处理工艺 5
1.3.1 火法 5
1.3.2 湿法 7
1.3.3 水力旋流分离技术 9
第二章 电炉烟尘碳热还原热力学分析 10
2.1 真空分离的意义 10
2.2 探究Zn、Pb、Fe及其氧化物的挥发性和稳定性 10
2.2.1 纯物质的沸点 10
2.2.2 饱和蒸汽压 11
2.3 还原反应热力学 13 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
2.3.1 标准状态下氧化锌的还原热力学 13
2.3.2 真空状态下氧化锌的还原热力学 14
2.3.3 标准摩尔吉布斯自由能变化的计算 17
2.3.4 有关物质的热力学数据及热力学计算结果 18
第三章 实验过程 21
3.1 实验原料 21
3.2 实验设备、流程及方法 21
3.2.1 实验设备 21
3.2.2 实验流程 21
3.2.3 实验方法 22
3.3 真空碳热还原实验方案 22
第四章 真空碳热还原实验结果分析 25
4.1 SEM表征分析 25
4.2 正交实验结果 27
4.3 实验结果分析 28
4.3.1 通过观察分析 28
4.3.2 计算极差分析 28
4.4 影响因素的分析 29
4.4.1 还原温度对还原率的影响 29
4.4.2 还原时间对还原率的影响 30
4.4.3 系统压强对还原率的影响 31
结 论 33
致 谢 34
参考文献 35
第一章 绪论
1.1 电炉烟尘的产生及处理
1.1.1 电炉炼钢厂的工艺流程
以前的方法：原料准备→补炉→装料→熔化期→氧化期→还原期→出钢，下面是对各阶段简单介绍[1]。
原料准备：电弧炉炼钢的主要材料是回收的废钢以及不合格的钢财。废钢质量直接影响冶炼出来钢的质量，冶炼的成本以及电路的生产率。废品质量要求如下：废钢表面不能有污渍和铁锈；废钢中不得混有铅、锡、砷、锌和铜等有色金属，会容易引起热脆；废钢中的一些钢产品不能是密封的容器，有可能在高温下产生爆炸，存在安全应还；回收的废钢要进行初步的加工和处理，使形状尺寸小都要小。
补炉：炼完一炉钢后，在装料前要进行补炉，其目的是维持正常的炉体形状，查除安全隐患，保证安全生产。补炉有以下要点：出钢后立刻检查炉衬，看是否需填补炉底，如果需要，炉底残渣要先全部扒出，然后才能进行补炉；补炉的原则为高温，先补炉门俩侧以及出钢口以及补炉的速度快。
（3）配料及装料：能不能够正常地进行冶炼操作要看配料是否正确，合理的配料能缩短冶炼时间[2]。配料时应注意以下几点：配料计算要正确，称量也必须要准确无误；要按比例搭配炉料的大小，使装料时能够好装从而达到快速熔化的作用；不能乱配料，配料的成分必须经过计算并且符合工艺要求。?v?
在装料之前，先在炉底铺上石灰，这样做的目的是提前造好熔化渣，并且能在早期就能够先去磷，并且能加速升温，减少钢液吸气。?v?
（4）熔化期：从开始通电到炉料全部熔化成钢液称为熔化期。熔化期的任务是保证炉体寿命的前提下，用最少的电耗将固体炉料迅速熔化成钢液（这里可以采用推料助熔，人工吹氧干预的方法），并造好烧化期的炉渣，以便稳定电弧，防止吸收气体和金属的挥发，并且提前去磷（在炉料熔化过程中，根据炉料中的含P量，可以加入适量的石灰及矿石造渣）。熔化期的操作工艺分为如下阶段：启弧阶段；穿井阶段；电极上升阶段；融化末了阶段；
（5）氧化期：从加入氧化剂(这里的氧化剂为氧气)，使钢液中的碳氧化而熔化池中产生沸腾现象的阶段叫作氧化期。氧化期的主要任务：脱碳、脱磷，去除气体和夹杂物，使钢液均匀加热升温[3]。氧化期的操作工艺如下：?v?
氧化期前一阶段：由于钢液温度低，主要发生脱磷反应。为了使第一阶段的脱磷效果更好，应当加强钢渣的搅拌，使钢液的流动性更好，反应更容易进行。
炉内的脱磷反应为：?????????
5FeO+2Fe3P=P2O5+11Fe+Q
P205+CaO=CaO?P205+Q
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