机械化学法强化碱浸回收钢铁厂烟尘中金属锌及降解PCDD/Fs的基础研究

钢铁厂烟尘排放量大，含有锌铅等重金属元素及PCDD/Fs类物质，为危险废物，但因其含有大量铁、锌等有价金属，同时又是一种宝贵的二次资源。如何开发出能有效回收有价金属并实现无害化处理的清洁技术是亟待解决的问题。本研究根据锌、铅等碱溶性形态化合物可在碱性溶液中高效选择性溶解的特性，采用碱浸法回收钢铁厂烟尘中的锌铅资源；通过机械活化法强化烟尘中难浸组分铁酸锌的碱浸效率，同时通过机械化学作用促使烟尘中PCDD/Fs类物质的降解，实现无害化和资源化处理；通过对活化前后烟尘的微观结构和物质组成表征，探索机械活化铁酸锌及降解PCDD/Fs类物质的机理；通过对球磨过程中能量传递过程进行理论建模、模拟计算研究，对机械化学活化及降解效率的关键因素进行探讨。这些研究将为优化钢铁厂烟尘高效资源化及无害化处理提供新的技术途径，同时将为该类重金属及POPs污染物的处理提供必要的应用基础性科学依据。

本项目研究根据锌、铅等碱溶性化合物可在碱性溶液中高效选择性溶解的特性，采用碱浸法回收钢铁厂烟尘中的锌铅资源；从热力学角度分析，ZnO、ZnCO3和Zn2SiO4用NaOH溶液浸出是可行的。相对于ZnO和ZnCO3来说，溶解Zn2SiO4需要在更高的pH值条件（>14）下进行，锌离子活度为0.1时需要的OH-浓度在5.37 mol/L以上；而单纯采用强碱溶液是难以使ZnS和ZnFe2O4溶解的；针对ZnS在碱溶液中难于浸出的问题，提出了采用PbCO3将ZnS转化为PbS，而锌转化为Na2Zn(OH)4进入碱溶液的方法，实现了ZnS在碱溶液中的溶解。同时实现了进入浸出渣的PbS通过Na2CO3溶液转化为PbCO3以循环使用；针对钢铁厂含锌烟尘中铁酸锌难于在碱性溶液中浸出的问题，提出在有硫化合物存在和机械活化的条件下，含铁酸锌烟尘或废渣中的铁酸锌可以转化为硫化锌，而硫化锌在有铅化合物存在和机械活化的条件下，可以溶解于碱溶液中，则可使铁酸锌间接溶解于碱溶液中，从而实现铁酸锌的碱性湿法冶炼，浸出率可提高到31.5%；采用铁粉作为还原剂，通过机械活化强化还原反应后，ZnO•Fe2O3与Fe的摩尔比为1：1时，锌浸出率可提高到78.87%。通过机械活化法强化烟尘中难浸组分铁酸锌的碱浸效率，同时通过机械化学作用促使烟尘中PCDD/Fs类物质的降解，实现无害化和资源化处理；通过对活化前后烟尘的微观结构和物质组成表征，探索分析了机械活化铁酸锌及降解PCDD/Fs类物质的机理，铁酸锌颗粒与活化介质接触处在冲击的瞬间可出现局部性的瞬时温度和压力升高，导致反应速度加快是其提高浸出效率的主要原因；通过对球磨过程中能量传递过程进行理论建模、模拟计算研究，对机械化学活化及降解效率的关键因素进行探讨；通过极化曲线等方法对Zn(Ⅱ)-NaOH-H2O体系中锌电沉积的机理、工艺条件及杂质的影响进行了分析，并对电沉积工艺参数进行了优化；在此基础上扩展了研究对象，采用机械活化法可使废弃CRT含铅玻璃中铅的浸出率达到98％以上，克服了常压低温下含铅玻璃在碱溶液中不溶解的难题，实现含铅废玻璃的资源化。这些研究将为优化钢铁厂烟尘等含锌铅废弃物高效资源化及无害化处理提供新的技术途径，同时将为该类重金属及POPs污染物的处理提供必要的应用基础性科学依据。