除尘灰的水热处理及应用研究(附件)【字数：13298】
摘 要摘 要除尘灰是一种对环境造成严重污染的固体废弃物，它颗粒细小是炼铁过程产生的副产物。目前，国内和国外开发出火法、选冶、返回烧结等方法来回收提取粉尘中的有价元素，但这些方法和技术并不完善，还仅处于实验或中试阶段。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。本文以除尘灰为研究对象，对除尘灰进行了水热浸出处理；然后再以浸出液为铁源，通过加入氧化锌，水热合成出产物铁酸锌，并进行了XRD、SEM和EDS表征。最后以所得产物作为光催化剂，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℃，4h，盐酸浓度3mol/L。水热合成铁酸锌的条件为FeZn=21，6h，180℃；焙烧温度对产物的结晶度有显著影响。在太阳光下，所得铁酸锌对配制的50mg/L甲基橙、龙胆紫、亚甲基蓝和孔雀石绿溶液的脱色率分别为30.56%、42.6%、92.25%和93.58%。关键词除尘灰；水热处理；铁酸锌；光催化
目 录
第一章 绪论 1
1.1 除尘灰组成及性质 1
1.2 除尘灰的处理和利用 1
1.3 浸出 2
1.3.1水溶液浸出 2
1.3.2非水溶液浸出 3
1.3.3常压浸出 3
1.3.4加压浸出 3
1.4水热法 4
1.5铁酸盐的制备方法 4
1.5.1 共沉淀法 5
1.5.2微乳液法 5
1.5.3水热合成法 5
1.5.4 铁酸盐材料的应用 6
1.6研究意义和主要内容 8
第二章 实验部分 9
2.1 实验设备和试剂 9
2.1.1 设备 9
2.1.2 试剂 9
2.2实验步骤 9
2.2.1水热浸出 9
2.2.2铁酸锌的合成 10
2.2.3光催化实验 10
2.3分析方法 10
2.3.1方法原理 10
2.3.2试剂配置 10
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
2.3.3操作步骤 11
2.4材料的表征 11
第三章 数据分析与讨论 13
3.1除尘灰的成分 13
3.2水热浸出的影响因素 13
3.2.1盐酸初始浓度对浸出的影响 14
3.2.2温度对浸出的影响 15
3.2.3反应时间对浸出的影响 15
3.2.4 小结 16
3.3 铁酸锌的水热合成 16
3.3.1 XRD 17
3.3.2 铁酸锌SEM和EDS 18
3.4 铁酸锌的光催化性能 19
3.4.1 染料标准曲线的绘制 19
3.4.2对不同染料的脱色率 21
结 论 23
致 谢 24
参考文献 25
第一章 绪论
当今世界，保护环境、节能减排、保护地球是全世界共同的话题。气候变化已经给人类带来非常大的影响甚至灾难。2009 年哥本哈根会议，世界各国正在商讨减排的相关协议，中国也已经向世界作出减排承诺。在所有工业企业中，钢铁行业是一个高能耗、高排放、高污染的行业，在它的生产过程中会不断排放各种废水、废气和废渣，如果不对这些排放物加以控制将会对环境造成严重的污染。
除尘灰主要在铁前的烧结和炼焦时产生，炼铁、炼钢或者轧钢都会产生大量的粉尘，每年大约有1000万吨的粉尘产生，产量约为每年铁产量的1%～3%。高炉除尘灰含有大量的铁元素、碳，Zn、Na、Mg等碱土金属和一些少量的贵重金属[12]。回收利用这些金属不但有很好的经济的价值，而且对生态环保、节能减排也有很大的帮助。本文着眼于除尘灰的研究与处理，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 除尘灰组成及性质
除尘灰主要由赤铁矿、磁铁矿、锌、焦炭、脉石等组成。赤铁矿是除尘灰中的主要矿物成分，含量约为40%～45%，粒度多在0.02～0.1mm，磁铁矿含量约为10%，主要存在于赤铁矿颗粒中，很少单独存在。此外，除尘灰含C量为15%～25%，Al2O3、SiO2、CaO和MgO的含量分别为2%～5%,7%～20%，2%～6%，1%～12%，有的高炉除尘灰中还含有较高的Zn、Pb等金属。除尘灰表面粗糙质量轻，而且粒度小不均匀，具有一定的毒性和腐蚀性，由于晶相复杂，给有价金属的回收带来一定的困难。
1.2 除尘灰的处理和利用
目前国内涌现出很多处理除尘灰的技术，但是发展缓慢而且也不完善。传统上的处理方法是把除尘灰继续混在烧结配料中使用，或者直接循环利用，但是二次污染严重；有的直接掩埋处理，但是对水体和土地造成污染非常严重，环保部门严禁这种做法。把除尘灰直接作为烧结配料，由于粒度大小差别很大，品质好坏也差距很多，而且还含有钾、铅等许多有害元素，这些有害元素容易在炉内聚集在一起，会对高炉的正常运行造成一定的影响。所以除尘灰的利用在国内的发展还比较缓慢，还需要进一步的开发和研究。
在烧结中相对与烧结矿产量来说，烧结除尘灰的产量并不是很大，并且很多铁元素富含在除尘灰中，因此一直是把除尘灰直接返回烧结配料中使用，以便回收利用其中的铁。但是由于除尘灰的颗粒不均匀，大部分颗粒都非常小，而且都经过了高温焙烧，表面能很低，疏水性强，很难与其他的原料[34]均匀充分地混合在一起。目前在国内使用这种方法制出来的样品有很大的弊端：如烧结矿的表面不均匀，有的没有反应完全，同时这种方法的原料、电耗都很大。
在国外的大多数企业都是把除尘灰作为烧结矿的原料来使用，但是其中氧化钙和二氧化硅的的质量分数很低，液相流动性、同化性能等都不如铁精矿，同时化学成分与精矿有很大的不同，导致烧结矿在焙烧时不能产生足够的液相量，而且成品矿的强度也很差，不能达到提高烧结质量[56]的目的。
目前所有的烧结矿生产企业面对的问题就是如何更好的处理除尘灰，回收利用其中的资源，把利益最大化，把污染和危害降到最低。首钢矿业公司与多个其他公司和高校一起合作探讨研究，共同研发了一套处理除尘灰的工艺和设备，向其中加入专用的添加剂，来解决除尘灰不易提前造球的问题。这项技术不需要改变烧结矿原来的工艺，为所有的企业都提供了一条科学处理除尘灰的新方法。
1.3 浸出
让有价元素与固体原料在水溶液中作用，变为可溶性化合物进入水溶液的过程称之为浸出。浸出的方法比较多，根据不同的浸出试剂，可以分为两种，水溶剂浸出和非水溶剂浸出。根据压力和温度条件的不同，可分为常温常压浸出以及高温高压浸出。就目前的发展情况来看，大多数企业都采用常压浸出，因为常压浸出成本较低，操作起来比较方便，但是高压浸出可以加速浸出速度，提高浸出率[7]，因此是一种发展前景很好的浸出方法。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 除尘灰组成及性质 1
1.2 除尘灰的处理和利用 1
1.3 浸出 2
1.3.1水溶液浸出 2
1.3.2非水溶液浸出 3
1.3.3常压浸出 3
1.3.4加压浸出 3
1.4水热法 4
1.5铁酸盐的制备方法 4
1.5.1 共沉淀法 5
1.5.2微乳液法 5
1.5.3水热合成法 5
1.5.4 铁酸盐材料的应用 6
1.6研究意义和主要内容 8
第二章 实验部分 9
2.1 实验设备和试剂 9
2.1.1 设备 9
2.1.2 试剂 9
2.2实验步骤 9
2.2.1水热浸出 9
2.2.2铁酸锌的合成 10
2.2.3光催化实验 10
2.3分析方法 10
2.3.1方法原理 10
2.3.2试剂配置 10
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
2.3.3操作步骤 11
2.4材料的表征 11
第三章 数据分析与讨论 13
3.1除尘灰的成分 13
3.2水热浸出的影响因素 13
3.2.1盐酸初始浓度对浸出的影响 14
3.2.2温度对浸出的影响 15
3.2.3反应时间对浸出的影响 15
3.2.4 小结 16
3.3 铁酸锌的水热合成 16
3.3.1 XRD 17
3.3.2 铁酸锌SEM和EDS 18
3.4 铁酸锌的光催化性能 19
3.4.1 染料标准曲线的绘制 19
3.4.2对不同染料的脱色率 21
结 论 23
致 谢 24
参考文献 25
第一章 绪论
当今世界，保护环境、节能减排、保护地球是全世界共同的话题。气候变化已经给人类带来非常大的影响甚至灾难。2009 年哥本哈根会议，世界各国正在商讨减排的相关协议，中国也已经向世界作出减排承诺。在所有工业企业中，钢铁行业是一个高能耗、高排放、高污染的行业，在它的生产过程中会不断排放各种废水、废气和废渣，如果不对这些排放物加以控制将会对环境造成严重的污染。
除尘灰主要在铁前的烧结和炼焦时产生，炼铁、炼钢或者轧钢都会产生大量的粉尘，每年大约有1000万吨的粉尘产生，产量约为每年铁产量的1%～3%。高炉除尘灰含有大量的铁元素、碳，Zn、Na、Mg等碱土金属和一些少量的贵重金属[12]。回收利用这些金属不但有很好的经济的价值，而且对生态环保、节能减排也有很大的帮助。本文着眼于除尘灰的研究与处理，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 除尘灰组成及性质
除尘灰主要由赤铁矿、磁铁矿、锌、焦炭、脉石等组成。赤铁矿是除尘灰中的主要矿物成分，含量约为40%～45%，粒度多在0.02～0.1mm，磁铁矿含量约为10%，主要存在于赤铁矿颗粒中，很少单独存在。此外，除尘灰含C量为15%～25%，Al2O3、SiO2、CaO和MgO的含量分别为2%～5%,7%～20%，2%～6%，1%～12%，有的高炉除尘灰中还含有较高的Zn、Pb等金属。除尘灰表面粗糙质量轻，而且粒度小不均匀，具有一定的毒性和腐蚀性，由于晶相复杂，给有价金属的回收带来一定的困难。
1.2 除尘灰的处理和利用
目前国内涌现出很多处理除尘灰的技术，但是发展缓慢而且也不完善。传统上的处理方法是把除尘灰继续混在烧结配料中使用，或者直接循环利用，但是二次污染严重；有的直接掩埋处理，但是对水体和土地造成污染非常严重，环保部门严禁这种做法。把除尘灰直接作为烧结配料，由于粒度大小差别很大，品质好坏也差距很多，而且还含有钾、铅等许多有害元素，这些有害元素容易在炉内聚集在一起，会对高炉的正常运行造成一定的影响。所以除尘灰的利用在国内的发展还比较缓慢，还需要进一步的开发和研究。
在烧结中相对与烧结矿产量来说，烧结除尘灰的产量并不是很大，并且很多铁元素富含在除尘灰中，因此一直是把除尘灰直接返回烧结配料中使用，以便回收利用其中的铁。但是由于除尘灰的颗粒不均匀，大部分颗粒都非常小，而且都经过了高温焙烧，表面能很低，疏水性强，很难与其他的原料[34]均匀充分地混合在一起。目前在国内使用这种方法制出来的样品有很大的弊端：如烧结矿的表面不均匀，有的没有反应完全，同时这种方法的原料、电耗都很大。
在国外的大多数企业都是把除尘灰作为烧结矿的原料来使用，但是其中氧化钙和二氧化硅的的质量分数很低，液相流动性、同化性能等都不如铁精矿，同时化学成分与精矿有很大的不同，导致烧结矿在焙烧时不能产生足够的液相量，而且成品矿的强度也很差，不能达到提高烧结质量[56]的目的。
目前所有的烧结矿生产企业面对的问题就是如何更好的处理除尘灰，回收利用其中的资源，把利益最大化，把污染和危害降到最低。首钢矿业公司与多个其他公司和高校一起合作探讨研究，共同研发了一套处理除尘灰的工艺和设备，向其中加入专用的添加剂，来解决除尘灰不易提前造球的问题。这项技术不需要改变烧结矿原来的工艺，为所有的企业都提供了一条科学处理除尘灰的新方法。
1.3 浸出
让有价元素与固体原料在水溶液中作用，变为可溶性化合物进入水溶液的过程称之为浸出。浸出的方法比较多，根据不同的浸出试剂，可以分为两种，水溶剂浸出和非水溶剂浸出。根据压力和温度条件的不同，可分为常温常压浸出以及高温高压浸出。就目前的发展情况来看，大多数企业都采用常压浸出，因为常压浸出成本较低，操作起来比较方便，但是高压浸出可以加速浸出速度，提高浸出率[7]，因此是一种发展前景很好的浸出方法。
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