微波處理氧化鋅煙塵脫除氟氯的反應(yīng)機(jī)理研究結(jié)題摘要

針對現(xiàn)有氧化鋅煙塵氟氯脫除存在效率低、能耗高、污染嚴(yán)重等工藝難題，以鉛鋅冶煉中間產(chǎn)物-煙化爐高鉛氧化鋅煙塵、鋅浸出渣回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)氧化鋅煙塵、鋅浮渣、含氯銅渣為研究對象，提出了微波焙燒氧化鋅煙塵選擇性脫除氟氯新技術(shù)，研究結(jié)果如下： （1）建立的火焰原子吸收法間接測定氧化鋅煙塵中微量氯新方法，測定過程簡單快速，具有干擾少、選擇性好、加標(biāo)回收率高、測定結(jié)果準(zhǔn)確和可靠等優(yōu)點。 （2）基于諧振腔微擾法原理建立的冶金顆粒物料的高溫介電特性測試平臺，測量了氧化鋅煙塵物料在室溫-600℃之間的介電參數(shù)；研究了溫度、密度等物理參量對氧化鋅煙塵介電特性的影響規(guī)律，結(jié)果表明鹵化物的吸波特性優(yōu)于氧化鋅等基體物料，為微波焙燒氧化鋅煙塵選擇性脫氟氯奠定理論基礎(chǔ)。 （3）基于COMSOL多物理場軟件，動態(tài)仿真溫度、微波加熱時間、動態(tài)物料、不同介電特性、多源饋口等工藝參數(shù)對腔體及氧化鋅煙塵微波能量吸收效率的影響；提出了基于遺傳算法的饋口反射功率優(yōu)化方法，基于仿真結(jié)果開發(fā)了微波焙燒高溫反應(yīng)裝置。 （4）針對四種物料，研究了焙燒溫度、保溫時間、空氣流量和攪拌速度等工藝對脫氟氯的影響，利用響應(yīng)曲面法對主要影響因素進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，獲得了優(yōu)化工藝參數(shù)；系統(tǒng)研究了微波場中氧化鋅煙塵氟、氯組元遷移的影響規(guī)律，對微波焙燒后的產(chǎn)物進(jìn)行物相分析和微觀結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)在空氣氣氛下，強(qiáng)吸波的鉛鋅鹵化物吸收微波被直接加熱快速揮發(fā)，部分鹵化物與O2和H2O發(fā)生氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為HCl和Cl2氣體溢出，進(jìn)而表明氟氯的脫除主要是由鉛鋅鹵化物的高溫?fù)]發(fā)、氧化轉(zhuǎn)化揮發(fā)等過程組成。 （5）對氧化鋅煙塵中氯化的物揮發(fā)反應(yīng)進(jìn)行了動力學(xué)研究，計算得到的指前因子、活化能和機(jī)理函數(shù)表明550℃-650℃時，在微波焙燒條件下氯化物易發(fā)生揮發(fā)反應(yīng)實現(xiàn)其脫除。 通過項目實施，共撰寫論文23篇，發(fā)表16篇，已被SCI、EI收錄10篇；錄用待刊4篇（SCI刊源3篇，EI刊源1篇）；投稿3篇，均為SCI刊源。申請專利11項，授權(quán)4項，公開7項。組織國內(nèi)學(xué)術(shù)會議2次；參加國內(nèi)外學(xué)術(shù)交流7次，大會特邀報告4次，主講報告1次。項目負(fù)責(zé)人獲云南省技術(shù)和學(xué)術(shù)帶頭人后備人才，云南省政府特殊津貼，獲第一屆全國有色金屬優(yōu)秀青年科技工作者稱號。共培養(yǎng)研究生9名，2名獲博士學(xué)位，6名獲碩士學(xué)位。

氧化鋅煙塵的綜合利用是緩解當(dāng)前鉛鋅企業(yè)原料來源緊張的有效途徑，然而氟氯含量過高帶來的加工能耗高是首要問題，本項目以高鉛高氟氯氧化鋅煙塵為研究對象，充分發(fā)揮微波獨特的能量傳輸方式和選擇性加熱特性，利用鹵化物吸波性能強(qiáng)的特點，擬開展微波處理氧化鋅煙塵脫除氟氯新工藝反應(yīng)機(jī)理的研究。著重研究氧化鋅煙塵的微波電磁特性，反應(yīng)腔中微波場及溫度場分布關(guān)聯(lián)規(guī)律、微波場中組元強(qiáng)化遷移傳遞與反應(yīng)過程的機(jī)制等；通過系統(tǒng)實驗、理論分析和模擬仿真等手段，探索微波作用下反應(yīng)傳熱與傳質(zhì)機(jī)理，獲得不同反應(yīng)條件下操作特性及各過程參數(shù)的變化規(guī)律等，擬揭示雜質(zhì)組元傳遞與揮發(fā)過程的強(qiáng)化機(jī)理；總結(jié)多種氧化鋅煙塵微波處理脫除氟氯的反應(yīng)機(jī)理，對比其與常規(guī)加熱的差異，開展適應(yīng)性和移植性研究，為氧化鋅煙塵中氟氯的有效分離、鋅的高效提取和低耗生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ)。