电弧炉粉尘的水热处理及利用研究(附件)【字数：16915】
摘 要摘 要电弧炉冶炼技术是近代一种新型钢铁冶炼技术，但在其工艺过程中会产生大量粉尘。本论文以电弧炉粉尘为原料，以盐酸为浸出剂，采用水热浸出方法得到富含铁的浸出液，分别考察了时间、温度、酸浓度等对铁浸出率的影响。得到结论，粉尘在140摄氏度，酸浓度为3 mol/L,浸出时间为3小时铁的浸出率达到最大。再根据铁铜比2:1添加氯化铜，调节溶液pH为10，采用水热合成法制得铁酸铜前驱体，经500和700摄氏度温焙烧后得到铁酸铜。以铁酸铜作为催化剂，研究了其对龙胆紫和孔雀石绿的光催化降解性能。结果表明，在太阳光下，0.05g铁酸铜、pH为10时，龙胆紫的降解率达到最大为100%；0.05 g铁酸铜、pH为3和10时，孔雀石绿的降解率都能达到最大为100%。关键词:电弧炉粉尘；浸出；铁酸铜；光催化
Keywords: Electric arc furnace dust; Leaching; Copper ferrite; Photocatalysis 目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 浸出 4
1.4 水热法 4
1.5 铁酸盐材料 5
1.5.1 铁酸盐材料的应用 5
1.5.2 铁酸铜合成方法 7
1.6 研究的目的和意义 9
第二章 实验部分 11
2.1 实验试剂和仪器 11
2.1.1 实验试剂 11
2.1.2 实验设备 11
2.2 实验步骤 12
2.2.1 水热浸出 12
2.2.2 制备铁酸铜 12
2.2.3 以铁酸铜为催化剂的光催化性能测试 12
2.3 分析方法 14
2.3.1 铁含量的测定 14
2.3.2 材料的表征 15
第三章 数据分析与讨论 17
3.1 水热浸出的影响因素 18
3.1.1 酸浓度的影响 18
3.1.2 浸出温度的影响 19
3.1.3 浸出时间的影响 20
3.1.4 小结 20
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
3.2铁酸铜的合成 20
3.2.1不同焙烧温度对铁酸铜的影响 20
3.2.2 铁酸铜的SEM和EDS 22
3.3 铁酸铜的光催化性能 22
3.3.1 铁酸铜暗室条件下的吸附 22
3.3.2 pH值对降解率的影响 23
3.3.3不同溶液初始浓度的降解率 24
3.3.4 不同催化剂加入量的降解率 25
3.3.5 紫光灯照射下的光催化性能 26
结 论 28
致 谢 29
参考文献 30
第一章 绪论
1.1 引言
钢铁材料是现代社会发展建设的主流材料，不管是哪个领域或多或少都和钢铁材料有着间接或直接的联系。所以钢铁冶金工业的强大与否，关系到一个国家的发展和硬实力。钢铁工业是我国重要的重工业之一，虽然我国是世界上首屈一指的钢铁大国，但是在冶炼技术，高端产品质量和废弃物的处理方面，并不能与发达国家相比。我国钢铁行业在近代迅猛发展，因此冶炼新技术的发展和废弃物的处理等环保问题，将是首要攻克的难关。
电弧炉炼钢是近代一种新型冶炼技术，我国的发展还不成熟。电弧炉炼钢技术由国外率先开发研究并得到大力发展和推广，在近代由于对特种钢和不锈钢的需求增大，电弧炉炼钢适应了这一时代的发展需求，为此做出了巨大贡献。我国虽然是钢铁大国，但每年仍需从国外进口大量特种钢材，以前因为电力紧缺问题无法大力发展电弧炉炼钢，但随着三峡发电工程的发展，这一局面得到了改观。电弧炉炼钢虽然是一种新型冶炼技术，但是仍然会产出一部分废弃的粉尘。粉尘中主要含有铁等常见的金属元素。国外环保部门对粉尘进行测试后，电弧炉粉尘被列为有害废弃物。自从20世纪以来，由于电弧炉冶炼技术的发展产生了越来越多的粉尘，可是对粉尘的处理仍然采用传统填埋和倾倒，对环境造成了巨大的破坏。所以对电炉粉尘的处理，将是电弧炉炼钢生产的重要一环，而电弧炉炼钢将会是我国的钢铁工业发展的趋势，所以对电炉粉尘处理的研究将为电炉炼钢打下坚实的基础。
1.2 国内外研究现状
随着时间的推进和对电弧炉冶炼技术的深入研究，处理方法主要有以下几种类型：火法工艺、湿法工艺、火法和湿法工艺相结合、固化和玻化[1]。
火法工艺的技术基础主要是利用原料中低沸点的金属元素氧化物，在高温下反应时，过高的温度会使其汽化蒸发从而与原料分离，从而进行回收。该种方法的特征：1.生产效率高2.比湿法工艺生产出的产品质量要差3.需要大量能源支持，对能量的利用率低下4.和湿法工艺相比较对原料要求低5.生产设备贵，维护技术要求高。综上所述火法工艺还是相对落后，粉尘中的金属元素汽化后必然会损失一部分，无法进行回收。这导致了资源的浪费，和烟尘混合在一起固相分离回收的那部分，可能会掺入新的杂质导致产品质量差。现行的火法工艺相对落后，生产中会暴露很多缺点，投资风险高回报低，所以研究新的火法工艺是近代冶金技术发展的必然。
湿法工艺的技术基础主要是：利用粉尘中的金属氧化物易溶于酸性溶液和碱性溶液，发生复分解反应生成金属盐溶液。将金属元素从固体转变为离子形式。最后用电解发生氧化还原反应，溶液在通电之后金属离子在阴极得电子被还原成金属单质。这种工艺主要特点：1.生产技术要求高，对操作人员要求严格但是相对的对生产设备的要求低，2.产品质量好但是产量低，金属回收率高，设备简单。3.要求原料成分稳定并且金属含量高对大多数粉尘来说难于达到。在湿法工艺中，对酸性浸出工艺的研究是比较成熟的[2]。但是酸浸法仍然存在较大的局限性。首先采用酸浸法就是为了提高粉尘中金属元素的浸出率，但是如果用弱酸（例如草酸、醋酸等）进行浸出的话，粉尘中的金属元素可能无法充分析出，导致资源的浪费，达不到较高的浸出效果。如果用强酸（例如硝酸，高氯酸、高锰酸等），在常温常压下，浸出率也很低，需要升温升压。但是由于浸出率提高了，溶液中的碳含量也会增多，但是这个阶段的碳无法在其他方面产生作用，留着还会影响下面的操作。所以要再增设一个独立的操作，把溶液中的碳元素进行处理。这样就增加了操作流程的复杂程度和设备的投入量，降低了回收粉尘的经济效益。和酸性浸出不同，碱性浸出的优缺点和酸浸的恰好相反。碱浸法优势在于设备和操作流程简单，不同于酸的强腐蚀性碱性溶液对设备伤害较低，维护费用将会少许多。但缺点也很明显浸出率要比酸浸低。
火法和湿法相结合主要是将二者的优点集合起来发挥出更大的优势，同时将用单一工艺无法处理的状况，用另一种工艺的技术处理，充分发挥二者所长弥补两者短处，强强联合实现“1+1”大于2。
Keywords: Electric arc furnace dust; Leaching; Copper ferrite; Photocatalysis 目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 浸出 4
1.4 水热法 4
1.5 铁酸盐材料 5
1.5.1 铁酸盐材料的应用 5
1.5.2 铁酸铜合成方法 7
1.6 研究的目的和意义 9
第二章 实验部分 11
2.1 实验试剂和仪器 11
2.1.1 实验试剂 11
2.1.2 实验设备 11
2.2 实验步骤 12
2.2.1 水热浸出 12
2.2.2 制备铁酸铜 12
2.2.3 以铁酸铜为催化剂的光催化性能测试 12
2.3 分析方法 14
2.3.1 铁含量的测定 14
2.3.2 材料的表征 15
第三章 数据分析与讨论 17
3.1 水热浸出的影响因素 18
3.1.1 酸浓度的影响 18
3.1.2 浸出温度的影响 19
3.1.3 浸出时间的影响 20
3.1.4 小结 20
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
3.2铁酸铜的合成 20
3.2.1不同焙烧温度对铁酸铜的影响 20
3.2.2 铁酸铜的SEM和EDS 22
3.3 铁酸铜的光催化性能 22
3.3.1 铁酸铜暗室条件下的吸附 22
3.3.2 pH值对降解率的影响 23
3.3.3不同溶液初始浓度的降解率 24
3.3.4 不同催化剂加入量的降解率 25
3.3.5 紫光灯照射下的光催化性能 26
结 论 28
致 谢 29
参考文献 30
第一章 绪论
1.1 引言
钢铁材料是现代社会发展建设的主流材料，不管是哪个领域或多或少都和钢铁材料有着间接或直接的联系。所以钢铁冶金工业的强大与否，关系到一个国家的发展和硬实力。钢铁工业是我国重要的重工业之一，虽然我国是世界上首屈一指的钢铁大国，但是在冶炼技术，高端产品质量和废弃物的处理方面，并不能与发达国家相比。我国钢铁行业在近代迅猛发展，因此冶炼新技术的发展和废弃物的处理等环保问题，将是首要攻克的难关。
电弧炉炼钢是近代一种新型冶炼技术，我国的发展还不成熟。电弧炉炼钢技术由国外率先开发研究并得到大力发展和推广，在近代由于对特种钢和不锈钢的需求增大，电弧炉炼钢适应了这一时代的发展需求，为此做出了巨大贡献。我国虽然是钢铁大国，但每年仍需从国外进口大量特种钢材，以前因为电力紧缺问题无法大力发展电弧炉炼钢，但随着三峡发电工程的发展，这一局面得到了改观。电弧炉炼钢虽然是一种新型冶炼技术，但是仍然会产出一部分废弃的粉尘。粉尘中主要含有铁等常见的金属元素。国外环保部门对粉尘进行测试后，电弧炉粉尘被列为有害废弃物。自从20世纪以来，由于电弧炉冶炼技术的发展产生了越来越多的粉尘，可是对粉尘的处理仍然采用传统填埋和倾倒，对环境造成了巨大的破坏。所以对电炉粉尘的处理，将是电弧炉炼钢生产的重要一环，而电弧炉炼钢将会是我国的钢铁工业发展的趋势，所以对电炉粉尘处理的研究将为电炉炼钢打下坚实的基础。
1.2 国内外研究现状
随着时间的推进和对电弧炉冶炼技术的深入研究，处理方法主要有以下几种类型：火法工艺、湿法工艺、火法和湿法工艺相结合、固化和玻化[1]。
火法工艺的技术基础主要是利用原料中低沸点的金属元素氧化物，在高温下反应时，过高的温度会使其汽化蒸发从而与原料分离，从而进行回收。该种方法的特征：1.生产效率高2.比湿法工艺生产出的产品质量要差3.需要大量能源支持，对能量的利用率低下4.和湿法工艺相比较对原料要求低5.生产设备贵，维护技术要求高。综上所述火法工艺还是相对落后，粉尘中的金属元素汽化后必然会损失一部分，无法进行回收。这导致了资源的浪费，和烟尘混合在一起固相分离回收的那部分，可能会掺入新的杂质导致产品质量差。现行的火法工艺相对落后，生产中会暴露很多缺点，投资风险高回报低，所以研究新的火法工艺是近代冶金技术发展的必然。
湿法工艺的技术基础主要是：利用粉尘中的金属氧化物易溶于酸性溶液和碱性溶液，发生复分解反应生成金属盐溶液。将金属元素从固体转变为离子形式。最后用电解发生氧化还原反应，溶液在通电之后金属离子在阴极得电子被还原成金属单质。这种工艺主要特点：1.生产技术要求高，对操作人员要求严格但是相对的对生产设备的要求低，2.产品质量好但是产量低，金属回收率高，设备简单。3.要求原料成分稳定并且金属含量高对大多数粉尘来说难于达到。在湿法工艺中，对酸性浸出工艺的研究是比较成熟的[2]。但是酸浸法仍然存在较大的局限性。首先采用酸浸法就是为了提高粉尘中金属元素的浸出率，但是如果用弱酸（例如草酸、醋酸等）进行浸出的话，粉尘中的金属元素可能无法充分析出，导致资源的浪费，达不到较高的浸出效果。如果用强酸（例如硝酸，高氯酸、高锰酸等），在常温常压下，浸出率也很低，需要升温升压。但是由于浸出率提高了，溶液中的碳含量也会增多，但是这个阶段的碳无法在其他方面产生作用，留着还会影响下面的操作。所以要再增设一个独立的操作，把溶液中的碳元素进行处理。这样就增加了操作流程的复杂程度和设备的投入量，降低了回收粉尘的经济效益。和酸性浸出不同，碱性浸出的优缺点和酸浸的恰好相反。碱浸法优势在于设备和操作流程简单，不同于酸的强腐蚀性碱性溶液对设备伤害较低，维护费用将会少许多。但缺点也很明显浸出率要比酸浸低。
火法和湿法相结合主要是将二者的优点集合起来发挥出更大的优势，同时将用单一工艺无法处理的状况，用另一种工艺的技术处理，充分发挥二者所长弥补两者短处，强强联合实现“1+1”大于2。
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