摘要
我国是钢铁、铜、锌冶炼生产大国，仅钢铁产业每年生产的近 5000 万吨含锌烟尘是极具回收价值的二次资源，可为锌冶炼提供大约30%的原料。在传统氨法处理含锌烟尘系统中普遍采用的是高氨法，即总氨浓度超过7.5 mol/L。在实践中发现，高浓度的氨/铵带来诸多不利因素，如结晶，堵塞，尤其是锌片质量难以控制，表观形貌差，夹杂杂质高导致熔铸回收率低，电效低、能耗高等。因此，本文将采用低氨法炼锌结合隔膜电解技术将阴阳极室进行隔离以解决上述问题。同时从保氯保氨析氧角度研究阳极催化材料及措施降低阳极氯、氨的消耗等问题。 （1）采用低氨法，且仅利用氯化铵作为浸出剂对含锌烟尘浸出浸出。结合工业生产条件下锌浸出的初始浓度（50 g/L），确定以4 mol/L氯化铵即可满足要求。研究了在此条件下浸出动力学，热力学。实验表明，以4 mol/L氯化铵对含锌烟尘的浸出动力学受内扩散控制，反应速度较快。 （2）在浸出液净化环节，本文将创新采用超声强化纯锌片对浸出液进行初步净化。与传统锌粉净化相比，锌片净化将在初始阶段极大降低锌的损失，置换渣中含锌量仅约4%，含铅高达76%，对于二次回收铅极为有利。研究了锌片净化过程中的动力学，通过计算表明锌片净化过程中反应受化学反应控制，表观活化能30.65 kJ/mol。 （3）结合隔膜电解，将从不同阳极板、不同阴极板、不同电流密度以及不同 PEG分子量和浓度等条件下进行试验。阴极锌片 SEM 扫描显示，电解采用不同分子量的聚乙二醇、不同用量对阴极锌的析出产生很大影响。通过对不同阴极材料在4 mol/L 的Cl-环境下的电化学腐蚀曲线计算得出腐蚀电流表明，铝板在此环境下更容易被腐蚀，其次使用 304，316 和钛板，通过实验得出能耗证明了氨性体系下使用不锈钢阴极的可能。通过不同电流密度试验得出最大电流密度为500 A/m2时仍能保持较高的电流效率。通过在溶液中加入不同杂质离子得出氨性体系可溶性杂质对阴极锌的影响。 （4）创新研究了阳极保氯保氨析氧措施以达到防止氯气析出、降低NH3或者NH4+在体系中的消耗来降低生产成本、保护环境的目的。在以石墨为阳极材料的溶液中添加硫酸锌，以硫酸根阴离子阻隔层在降低阳极氮气的析出取得一定的效果。气相色谱结果显示，阳极气体中碳氧化物含量增加，预示着石墨的消耗。通过制备锰氧化物阳极进行电解，在溶液中添加硫酸根阴离子作为阻隔层、添加脲参与氯和氨的保持，其阳极气体气相色谱检测显示，阳极气体中氮气的析出可低于47%，说明锰阳极在高氯离子溶液环境中对氧的析出具有很大程度上的选择性。
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