锌还原熔炼过程中铅与锌铟铁间的相互作用行为研究

High indium marmatite is the primary resource which is only mined in China. There are a series of problems in hydrometallurgy process such as long process, heavy load of wastewater treatment etc. How to efficiently enrich indium in the process of extracting zinc is the key to realize the efficient utilization of high iron and high indium in the process of high temperature reduction volatilization process. This project carry out a new idea adding lead in melting process to enrich indium high efficiently in the smelting process. The methods of computational simulation and experimental research are used to study the key issues in the prosess. .Firstly, the transformation mechanism of zinc indium lead will be obtained through the study of thermodynamics and kinetics of reduction reaction. Secondly, according to the "clusters to alloy" and "Binary to Ternary and Quaternary" the AIMD research approach is using. The Cooperative behavior and interaction mechanism of Zn-In-Pb、Fe-In-Pb can be clear in the melt .The distribution and regulatory mechanism will be cleared of enrich indium by adding lead in high temperature reduction volatilization smelting process. This project will lay theoretical and practical foundation of comprehensive utilization of high-indium marmatite.

高铁高铟闪锌矿是我国特有的锌铟资源，采用湿法处理存在流程长、废水处理负荷重等问题。采用高温还原挥发熔炼工艺处理时，如何在提取锌的过程中高效富集铟是实现高铁高铟闪锌矿资源高效利用的关键。本项目提出还原熔炼过程中加铅高效富集铟的的新思路，针对其中的关键问题，采用计算模拟和实验研究相结合的方法进行研究。首先，通过对还原反应热力学及动力学研究，获得高铁高铟闪锌矿焙砂还原熔炼过程中锌铟铅的转化机理；然后，采用从头算分子动力学模拟，按照“团簇-合金”、“二元-三元”研究思路，研究还原熔炼熔体中Zn-In-Pb、Fe-In-Pb间的协同行为及相互作用机理。以明确还原熔炼过程中铅对铟的富集及调控机理，为多金属闪锌矿还原熔炼技术升级及资源综合回收提供理论支撑，推动高铁高铟闪锌矿冶炼技术的发展。

项目针对高铁高铟闪锌矿的火法冶炼，如何在提取锌的过程中高效富集铟。项目提出还原熔炼过程中加铅富集铟的新思路，针对其中的关键问题进行研究，具体研究结果如下：.（1）还原过程中锌、铅、铟化合物的还原均受与气氛中的CO/CO2分压相关，温度是影响还原的关键因素。确定了还原过程中铅、锌的还原反应途径。.（2）还原产物锌的与CO/CO2相互作用的实验研究表明，CO2对锌的氧化作用强于CO，并且与锌反应生成的氧化锌和碳均不会共沉积，Ar、CO和CO2气体参与锌蒸气的冷凝过程并改变了锌的晶粒尺寸和晶粒形体。.（3）非等温动力学研究表明：还原过程大致经历了还原开始阶段的加速反应→较大温度区间的加速还原→较大温度区间的减速还原→还原反应趋于平缓至结束四个主要反应阶段。.（4）通过还原熔炼过程中铟损失较大的问题提出的了锌铅混合熔炼提高铟富集率的方法。首先采用从头算分子动力学模拟（AIMD）研究了还原熔炼过程加铅富集铟的可行性，确定ZnInPb间的相互作用行为。采用从头算分子动力学的方法在研究二元团簇、三元团簇及熔体、Pb-In-Fe熔体以及四元的Pb-In-Zn-Fe熔体结构进行了研究。 . 1）对二元团簇的研究结果表明，Pb-In有较强的相互作用力，Fe聚集在与 Pb、In 团簇体系的中部，且Fe-In、Fe-Pb趋于分散。 . 2）不同铅铟配比的ZnInPb三元团簇的研究发现，在铅铟比为 3：1时，Zn会最大程度的脱离本体且与Pb、In有明显分界线，铅对铟富集效果最好。 . 3）三元Pb-In-Zn熔体中，Pb原子与In原子很明显的聚集在一起，Pb-In-Zn熔体的径向分布函数与均方位移结果也证实了Pb对In的富集作用。 . 4）三元Pb-In-Fe、Pb-In-Fe-Zn熔体，Fe对Pb、In有一定的分散作用，铁的存在与含量会对加铅富集铟过程会产生较大的影响。 .（5）发表论文4篇，其中SCI检索2篇，SCI刊源录用1篇，获专利授权3件，参加学术会议4次，硕士毕业2人，指导在读硕士研究生4人。