微波處理氧化鋅煙塵脫除氟氯的反應(yīng)機(jī)理研究項(xiàng)目摘要

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(xiàng)目以高鉛高氟氯氧化鋅煙塵為研究對(duì)象，充分發(fā)揮微波獨(dú)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(diǎn)，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(chǎng)及溫度場(chǎng)分布關(guān)聯(lián)規(guī)律、微波場(chǎng)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(shí)驗(yàn)、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(duì)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)。

針對(duì)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(duì)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(cè)定氧化鋅煙塵中微量氯新方法，測(cè)定過程簡(jiǎn)單快速，具有干擾少、選擇性好、加標(biāo)回收率高、測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確和可靠等優(yōu)點(diǎn)。 （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(cè)試平臺(tái)，測(cè)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(duì)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(chǎng)軟件，動(dòng)態(tài)仿真溫度、微波加熱時(shí)間、動(dòng)態(tài)物料、不同介電特性、多源饋口等工藝參數(shù)對(duì)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(duì)四種物料，研究了焙燒溫度、保溫時(shí)間、空氣流量和攪拌速度等工藝對(duì)脫氟氯的影響，利用響應(yīng)曲面法對(duì)主要影響因素進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，獲得了優(yōu)化工藝參數(shù)；系統(tǒng)研究了微波場(chǎng)中氧化鋅煙塵氟、氯組元遷移的影響規(guī)律，對(duì)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(duì)氧化鋅煙塵中氯化的物揮發(fā)反應(yīng)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)研究，計(jì)算得到的指前因子、活化能和機(jī)理函數(shù)表明550℃-650℃時(shí)，在微波焙燒條件下氯化物易發(fā)生揮發(fā)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)其脫除。 通過項(xiàng)目實(shí)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(qǐng)專利11項(xiàng)，授權(quán)4項(xiàng)，公開7項(xiàng)。組織國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)會(huì)議2次；參加國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)交流7次，大會(huì)特邀報(bào)告4次，主講報(bào)告1次。項(xiàng)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(guó)有色金屬優(yōu)秀青年科技工作者稱號(hào)。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。