铅冶炼烟化渣制备基础玻璃的研究

作     者：介永帅 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：路殿坤

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：烟化渣 资源化利用 碳热还原 基础玻璃 熔分 

摘      要：铅冶炼过还原段炉渣再在烟化炉中经过烟化处理就产出最终的弃渣——烟化渣,每生产1万吨铅约排放7100吨烟化渣。我国是世界第一铅冶炼大国,2020年铅产量为644万吨,因此每年会产出大量烟化渣。烟化渣中存在的少量重金属及其他有毒有害成分对环境构成威胁,已经被列入《国家危险废物名录》。目前对烟化渣主要有堆存、固化后填埋两种无害化处置方式;此外还有少量有价金属提取、用作基建材料两种资源化综合利用方式,但仍然有利用量小和存在潜在环境风险的弊端;因此解决烟化渣全组分资源化利用无论对消除环境风险还是资源的有效利用都是非常重要的。鉴于铅冶炼烟化渣中除了铁之外的其它主要成分与玻璃陶瓷成分基本一致,本工作以国内某铅冶炼企业产生的烟化渣为原料,采用碳热还原熔分-熔分渣制备微晶玻璃前驱体——基础玻璃的“分质利用技术路线对其进行全组分综合利用研究。该烟化渣FeO约占44.77%,其次是SiO2、CaO、A12O3和MgO等。如果将烟化渣中的铁脱除95.00%左右时,除铁后烟化渣成分基本接近SiO2-CaO-Al2O3或SiO2-CaO-MgO系微晶玻璃的基础玻璃组成范围。烟化渣碳热还原理论研究结果表明:铅冶炼烟化渣中氧化亚铁的还原主要发生在850℃～1050℃区间;氧化锌还原主要发生在1050℃～1250℃区间;1250℃以上会使其他难还原组分(如硅锰)被还原。烟化渣粉煤还原实验得到的最佳条件为:配碳比为1.4、还原温度为1200℃、还原时间为60min;在此条件下铁的金属化率达到92.94%～94.04%,锌还原挥发率达到99.04%～99.81%。还原后的烟化渣在1550℃、保温60min条件下的熔分结果显示,熔分渣中Fe含量降低到0.90%,铁的去除率为97.42%。说明熔分过程发生了二次深度还原。熔分得到的Si 6.55%、Fe 89.51%并含有少量Mn、Al、Cu、Cr等杂质低Si铁合金。分别以透辉石和长石为目标析出晶相,设计了 1#和2#两个基础玻璃,同时尝试熔分渣添加10.00%TiO2晶核剂作为3#基础玻璃配方,熔分渣在1#、2#和3#基础玻璃中的掺量分别为63.10%、57.38%和90.00%;1#、2#和3#基础玻璃的形核温度分别为1000℃、985℃、987℃,析晶温度分别为1076℃、1080℃和 1072℃。