摘要
在湿法炼锌过程中最常用到的沉铁方法是黄钾铁矾法，此法会产生大量铁矾渣，铁矾渣中元素种类众多，含有大量的有色金属和稀散元素，其中含量较高的金属元素为Fe、Zn、Pb元素。铁矾渣毒性较大，若不处理将对附近居民的身体健康和生态环境造成严重影响。本文采用碳热还原法处理铁矾渣，主要研究内容和结论如下： (1)研究铁矾渣的理化特性，其物相主要由(Zn,Mg)SO4·4H2O、PbSO4、CaSO4·2H2O、SiO2、Fe2O3、KFe3(SO4)2(OH)6和ZnFe2O4组成，锌的品位为8.09%。利用FactSage热力学软件对相关物相的饱和蒸气压进行计算、对相关反应的标准吉布斯自由能进行计算，利用HSCChemistry热力学软件绘制相关元素的优势区图，结果表明：Zn物相在试验条件下最易挥发，ZnFe2O4、ZnO和ZnSO4等含锌物相中的锌元素均能被还原为单质Zn，挥发出来的Zn与空气中的氧气反应生成ZnO，最终以ZnO的形式富集在烟尘中；影响锌选择性挥发的主要元素为Pb和In，热力学研究发现，在温度高于1150℃后Pb和In开始挥发，还原温度在1150℃以下时可以实现锌的选择性挥发。当温度高于907℃时，Zn的饱和蒸气压达到1atm，Zn的挥发性良好，所以还原温度应高于907℃，使铁矾渣中的锌充分挥发。根据热力学计算结果，设计单因素试验，采用碳热还原法研究单因素变量对锌选择性挥发的影响。结果表明：在还原温度1050℃，保温时间150min，配碳比20%的条件下，烟尘中ZnO的含量为99.58%，Zn挥发率为99.51%。 (2)采用碳热还原法研究不同保温时间下得到的ZnO烟尘的吸波性能。结果表明：ZnO烟尘结晶性良好，在150min的条件下得到的柱状ZnO烟尘吸波性能最好，在15.60GHz时的最小反射损耗值为-25.27dB，匹配厚度为5.00mm，有效吸波带宽为1.76GHz(14.80~16.56GHz)。 (3)采用碳热还原法研究在相同碳热还原条件下，通过改变集尘方式获得的不同微观形貌ZnO的吸波性能。结果表明：改变集尘方式能够有效调控ZnO的微观形貌，使其形成更复杂的结构，收集到的树枝状ZnO表现出了优异的吸波性能，在16.40GHz时的最小反射损耗值为-40.67dB，匹配厚度为5.00mm，有效吸波带宽为2.00GHz(15.52~17.52GHz)，吸波性能得到了进一步提高。
NETL