淀粉水热法还原铁酸锌的基础研究

Because the traditional extraction method of EAF dust has the disadvantages of low recovery ratio of zinc, difficult separation of zinc from iron, serious pollution and high energy consumption, a key point of refractory zinc ferrite existed in the EAF dust was found and a new technique on hydrothermal reduction method of zinc ferrite with starch is proposed. Firstly, the thermodynamics on hydrothermal reduction of zinc ferrite, the hydrothermal reduction mechanism of starch and phase transformation law on zinc ferrite are investigated, and then the reaction mechanism is established. Secondly, the reduction transformation process parameters are optimized to establish the phase control mechanism; Finally, the process characteristics of hydrothermal reduction EAF dust are studied, and then the hydrothermal reduction technology of EAF dust is established. The study can open a new way for comprehensive utilization of refractory nonferrous metal resources, and provide theoretical basis and technical prototype for hydrothermal reduction of zinc ferrite.

针对目前开发的EAF烟尘处理方法存在的锌回收率低、锌铁分离难、环境污染严重、能耗高等问题，本项目从其所含的难溶化合物铁酸锌这一关键点着手，提出进行淀粉水热法还原铁酸锌的基础研究。通过研究铁酸锌水热还原反应热力学、淀粉在水热还原过程中的作用机理、铁酸锌的物相转变规律，揭示淀粉水热还原铁酸锌的反应机理；通过优化还原转化工艺参数，建立铁酸锌水热还原物相调控机制；通过研究水热法还原EAF烟尘的过程特征，构建水热法还原EAF烟尘的工艺基础。本项目的开展将形成水热法还原铁酸锌的基础理论和处理EAF烟尘的技术原型，为难冶有色金属资源的综合利用提供一条新思路。

电弧炉烟尘是电弧炉冶炼废钢过程中回收的得到的烟尘，其中富含锌、铁等有价金属，是一种重要的二次资源。然而，由于电弧炉烟尘中含有的铁酸锌具有稳定的结构和性质，导致其中的锌、铁难以高效回收利用。本项目正是抓住铁酸锌这一关键点，开展了碱性体系水热还原铁酸锌的基础研究。首先，以铁酸锌为研究对象，分别以淀粉和铁粉为还原剂，详细研究了不同反应因素对锌浸出率和铁还原率的影响，结果表明：温度、氢氧化钠浓度和液固比的升高能提高锌浸出率和铁酸锌的还原程度，还原剂的加入则进一步显著增加了锌的浸出率，而铁保留在浸出渣中，从而实现了锌与铁的分离；利用化学分析、XRD、SEM-EDS和VSM等手段确定了铁酸锌水热还原后的产物主要为四氧化三铁，且磁场强度提高至少十倍以上，为后续磁选回收铁奠定了基础。然后，以电弧炉烟尘为原料，构建了常压浸出-水热还原浸出的两段碱浸法选择性浸锌工艺路线，通过常压浸出实验，实现了烟尘中氧化锌的浸出，并优化了工艺参数；通过水热还原常压浸出渣，进一步促进了锌的浸出，锌的总浸出率达到了88%以上，并查明了常压浸出渣的主要物相为铁酸锌，水热还原浸出渣的主要物相为四氧化三铁，同时也实现了二次浸出液的循环利用。上述研究成果的取得，为清洁高效回收电弧炉烟尘中的锌、铁资源提供了理论基础和技术支持，同时也为难处理有色金属资源的回收提供一条新思路，具有广泛的学术价值和潜在的应用前景。