一种由电炉粉尘制备纳米锌及铁精矿的方法技术

本发明专利技术公开了一种由电炉粉尘制备纳米锌及铁精矿的方法。将电炉粉尘、生物炭、水混合获得混合料，混合料经压制成型、干燥获得球团，球团在微波加热下于950‑1100℃进行还原焙烧，得到挥发物和还原产物，所述挥发物经冷却收集即得具有完整晶格的纳米锌。还原产物经磁选分离，得到磁性铁精矿。本发明专利技术通过成型技术、微波加热处理工艺协同处理提高了还原热效率，并高效的获得了具有高附加值的产品纳米锌。本发明专利技术利用清洁能源微波及“碳中性”(不会额外增加大气中的CO2)生物炭强化还原过程，依托湿式磁选分离工艺达到电炉粉尘中的锌与铁元素清洁高效富集回收，无二次污染。

【技术实现步骤摘要】
一种由电炉粉尘制备纳米锌及铁精矿的方法
本专利技术涉及一种由电炉粉尘制备纳米锌及铁精矿的方法，属于固体废弃物再资源化利用领域。
技术介绍
随着炼钢工业的快速发展，2015年全球粗钢产量达到16.23亿吨，中国粗钢产量达8.0383亿吨。庞大的粗钢产量伴随着大量的废水、粉尘、废气等污染物的产生和排放，给环境带来沉重的压力。其中，钢铁厂粉尘是整个钢铁行业的副产品，产生量约为粗钢产量的10％左右，仅2015年世界钢铁厂粉尘产生量达1.623亿吨。电炉粉尘是一种典型的钢铁厂粉尘，主要产生于电弧炉炼钢过程中。一般生产1t钢产生的粉尘量大致为10-20kg，2014年全球电炉粉尘产量多达876.4万t。粉尘中除含有30-45％的Fe，3-17％的Zn，还有Pb、Cr、Cd等重金属元素，被美国环保局(EPA)归类为有害废物(K061)。电炉粉尘如果肆意堆放，在雨水的作用下Pb、Cr、Cd等重金属元素将渗入地下水，危害动植物以及人类生存环境。目前国内外电炉粉尘的处理方法分为火法工艺、湿法工艺、物理法。其中，湿法工艺复杂，对设备要求苛刻，无法大规模应用。而物理工艺，如磁性分离或湿(干)式机械进行分离，工艺操作简单，但锌的富集率仅约为60)，一般仅作为湿法和火法工艺的预处理环节。因此目前主要是火法工艺占据主体位置。火法工艺以威尔兹(Waelz)回转窑法工艺与转底炉直接还原工艺为代表，主要通过还原得到Zn、Pb等金属蒸气，冷凝后回收，剩余Fe等金属则从渣中回收，金属化率为75-80％，锌挥发率为90-95％。但是火法工艺设备投资大，且对环境污染严重。微波加热微波能是一种清洁能源，微波加热属于辐射型加热方式，可以对粉体物料进行快速选择性体加热。目前国内已有采用微波加热处理铁矿粉和冶金粉尘的相关报道。李圣辉等的文献“微波碳热还原含锌铅电炉粉尘”公开了用含锌铅电炉粉尘、焦炭、无烟煤和烟煤吸收微波能力强的特点，采用微波加热方法对配碳电炉粉尘进行碳热还原。但是该专利的条件下所得的还原产物中铁的金属化率仍然较低，且无法获得结晶性好的纳米锌。另外目前电炉粉尘仅限于对中、高锌粉尘的处锂，还未有低锌粉尘的处理。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种高效、清洁的电炉粉尘制备纳米锌及铁精矿的方法。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：将电炉粉尘、生物炭、水混合获得混合料，混合料经压制成型、干燥获得球团，球团在微波加热下于950-1100℃进行还原焙烧，得到挥发物和还原产物，所述挥发物经冷却收集即得纳米锌。优选的方案，所述纳米锌的晶粒大小为90～110nm。作为进一步的优选，所述纳米锌的晶粒大小为90～100nm。优选的方案，所述纳米锌具有六方晶格，其晶格参数为a＝b≠c，α＝β＝90°，γ＝120°。在本专利技术的技术方案中，对电炉粉尘的处理以生物炭作为还原剂，压制成球团后在微波加热的条件下进行还原焙烧，将挥发物冷却收集后获得了纳米级的单质锌，且所得单质锌，晶粒形态规则，结晶性好，为完整的六方晶格。极大的提高了电炉粉尘处理的附加价值，取得了意料之外的效果。实际操作过程中，电炉粉层和生物炭在混合前先经破碎、研磨、筛分。所述电炉粉层的粒径＜74μm。所述生物炭的粒径＜74μm。在本专利技术中，对于制备生物炭的原料采用本领域技术人员熟知的可用于制备生物炭的原料均可，如采用栗木制备的生物炭。优选的方案，所述混合料中，生物炭中的碳元素与电炉粉尘中的铁元素的质量比(碳铁比)为0.15～0.45。作为进一步的优选，所述混合料中，生物炭中的碳元素与电炉粉尘中的铁元素的质量比为：0.21～0.27。作为更进一步的优选，所述生物炭中的碳元素与电炉粉尘中的铁元素的质量比为：0.24～0.26。优选的方案，所述混合料中，水的质量分数为6～12wt％。优选的方案，所述压制成型的压力为25～100MPa。作为进一步的优选，所述压制成型的压力为50～70MPa。在本专利技术中，通过压制成型，干燥后的球团生球的抗压强度为50～100N。优选的方案，所述微波加热的频率为2400-2500MHz。专利技术人发现，在微波加热过程中，保持一定的升温速率，比采用同一功率加热更有利于锌的挥发。在专利技术的实际过程中，通过在升温过程中调整功率，以保持所需的升温速率。优选的方案，所述微波加热的升温速率为5～35℃/min。作为进一步的优选，所述微波加热的升温速率为10～30℃/min。作为更进一步的优选，所述微波加热的升温速率为10～25℃/min。优选的方案，所述还原焙烧的温度为1000～1050℃。作为更进一步的优选，所述还原焙烧的温度为1020～1050℃。优选的方案，所述还原焙烧的时间为5～30min。作为进一步的优选，所述还还原焙烧的时间为15～20min。在本专利技术中，所采用的生物炭具有碳中性，生物炭由可再生的生物质制备，具有可循环，零总碳量释放的特点。优选的方案，在微波加热过程中通入惰性气氛，所述惰性气氛的流量为0.03-0.25L/(min·g)(每克球团质量)。作为进一步的优选，所述惰性气氛的流量为0.03～0.15L/(min·g)作为进一步的优选，所述惰性气氛为氮气气氛和/或氩气气氛。专利技术人发现，在本专利技术的技术方案中，通入惰性气氛，并控制惰性气氛的流量，可以进一步的提升锌的挥发率，且可以防止所得单质纳米锌还被外界进入氧气氧化为纳米氧化锌。在本专利技术的技术方案中，所述锌的挥发率≥94％。所述还原产物中铁的金属化率≥90％。在本专利技术的优选方案中，所述锌的挥发率≥97.5％。所述还原产物中铁的金属化率≥95％。在本专利技术中的评价指标锌的挥发率，还原产物中铁的金属化率的计算公式为：还原产物中铁的金属化率＝还原产物的金属铁含量/还原产物的全铁含量×100％锌的挥发率＝(电炉粉尘含锌量－还原产物含锌量)/电炉粉尘含锌量×100％优选的方案，将还原产物研磨至粒度为30-100μm，进行磁选分离，得到磁性铁精矿与非磁性物料。优选的方案，所述磁场强度为0.5-2T。作为进一步的优选，所述磁场强度为1-2T。优选的方案，还原产物在湿式磁选机中磁选分离。在本专利技术技术方案中，铁精矿的全铁品位≥70％，铁精矿中铁的金属化率≥94％。在本专利技术的优选方案中，铁精矿的全铁品位≥78％，铁精矿中铁的金属化率≥96％。在本专利技术中磁性铁精矿中铁的金属化率的计算公式为：磁性铁精矿中铁的金属化率＝磁性物料中金属铁含量/磁性物料中全铁含量。本专利技术中的Pb以PbCl2的形式部分挥发，因与锌单质冷凝温度不同而分离。而还原产物经磁选后剩余的非磁性物料重金属含量极低，且富含SiO2、Al2O3可以直接用作水泥的原料。本专利技术的有益效果：本专利技术的技术方案中，对电炉粉尘的处理以生物炭作为还原剂，压制成球团后在微波加热的条件下进行还原焙烧，在极短的时间内，即完成了锌≥94％的挥发，通过冷却收集，获得了纳米级的单质锌，且所得单质锌，晶粒成长性好，为完整的六方晶格。极大的提高了电炉粉尘处理的附加价值，取得了意料之外的效果。在本专利技术中，首先通过压制成型后干燥，将电炉粉尘与还原剂制备成球团，使得物料间紧密，提高了还原效率。另外本专利技术在微波加热过程中，针对所用生物炭的性质，同步控制了微波加热过程中的升温速率、通入惰性气体的流量，最终本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种由电炉粉尘制备纳米锌及铁精矿的方法，其特征在于：将电炉粉尘、生物炭、水混合获得混合料，混合料经压制成型、干燥获得球团，球团在微波加热下于950‑1100℃进行还原焙烧，得到挥发物和还原产物，所述挥发物经冷却收集即得纳米锌。

【技术特征摘要】
1.一种由电炉粉尘制备纳米锌及铁精矿的方法，其特征在于：将电炉粉尘、生物炭、水混合获得混合料，混合料经压制成型、干燥获得球团，球团在微波加热下于950-1100℃进行还原焙烧，得到挥发物和还原产物，所述挥发物经冷却收集即得纳米锌。2.根据权利要求1所述的一种由电炉粉尘制备纳米锌及铁精矿的方法，其特征在于：所述纳米锌的晶粒大小为90～110nm。3.根据权利要求1所述一种由电炉粉尘制备纳米锌及铁精矿的方法，其特征在于：所述纳米锌具有六方晶格，其晶格参数为a＝b≠c，α＝β＝90°，γ＝120°。4.根据权利要求1所述的一种由电炉粉尘制备纳米锌及铁精矿的方法，其特征在于：所述混合料中，生物炭中的碳元素与电炉粉尘中的铁元素的质量比为0.15～0.45。5.根据权利要求1所述的一种由电炉粉尘制备纳米锌及铁精矿的方法，其特征在于：所述压制成型的压力为25～100MPa，所述球团生球的...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭志伟，李光辉，姜涛，林小龙，叶青，张元波，饶明军，古佛全，颜加兴，李志忠，彭建辉，唐慧敏，叶雷，李骞，徐斌，杨凌志，易凌云，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43