真空碳熱還原處理鉛鋅煙塵實(shí)驗(yàn)研究

　　以鉛冶煉廠(chǎng)煙化段生產(chǎn)的鉛鋅煙塵為原料利用真空碳熱還原法綜合回收鉛鋅。采用X射線(xiàn)衍射、掃描電鏡和化學(xué)分析等手段研究了鉛鋅煙塵原料性質(zhì)、還原產(chǎn)物的物相和顯微結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。通過(guò)熱力學(xué)計(jì)算得出當(dāng)系統(tǒng)壓力從10⁵Pa依次降為10⁴，10³，10²，10Pa時(shí)，ZnO用碳還原的臨界溫度從1179.35K依次降為990.97，854.48，751.03，669.93K，而PbO用碳還原的臨界溫度則從554.92K依次降為499.75，454.56，416.86，384.94K。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究不同配碳比，還原溫度，保溫時(shí)間，得出當(dāng)系統(tǒng)壓力為20Pa，配碳比為2.5，還原溫度為1173K時(shí)，真空碳熱還原處理鉛鋅煙塵60min能獲得較高純度的鉛鋅混合物，鋅和鉛的回收率分別74.99%和42.28%。

　　在有色金屬、貴金屬冶煉及二次金屬回收過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量含鋅鉛煙塵。這些煙塵中鋅和鉛的含量較高，且含有砷、銻和鎘等有害成分，簡(jiǎn)單堆放這些煙塵將會(huì)對(duì)環(huán)境和人類(lèi)健康造成很大的危害。許多國(guó)家已將這些煙塵列為破壞環(huán)境的有害物質(zhì)，不許隨地堆放并收堆存費(fèi)。另一方面，含鋅鉛煙塵作為生產(chǎn)鋅和鉛的重要二次資源，對(duì)其進(jìn)行合理的回收利用，將會(huì)帶來(lái)較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

　　因此，對(duì)含鋅鉛的廢料進(jìn)行綜合回收利用是一項(xiàng)很有意義的工作，已引起了人們的廣泛關(guān)注和高度重視。真空冶金具有能耗低、工藝簡(jiǎn)單、環(huán)境友好等特點(diǎn)從而得到廣泛的關(guān)注，基于此，利用真空碳熱還原原理，本文提出了利用真空碳熱還原法處理鉛鋅煙塵。

熱力學(xué)分析

　　鉛鋅煙塵中氧化物的碳熱還原熱力學(xué)條件是處理鉛鋅煙塵回收金屬的重要依據(jù)，反應(yīng)(1)和反應(yīng)(2)是鉛鋅煙塵中發(fā)生的主要反應(yīng)，根據(jù)文獻(xiàn)，將各反應(yīng)在常壓下最低反應(yīng)溫度計(jì)算，并列于表1。

表1 常壓下用碳還原各氧化物的最低反應(yīng)溫度T0

　　由表1可知:氧化鋅被碳還原需在較高溫度條件下，而氧化鉛則較容易被碳還原。同時(shí)還進(jìn)行了真空狀態(tài)下氧化鋅、氧化鉛碳熱還原反應(yīng)的自由能和反應(yīng)臨界溫度計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如圖1、圖2所示。

　　由圖1知，在真空體系中，隨著真空度的提高，反應(yīng)(1)的吉布斯自由能呈下降趨勢(shì)，反應(yīng)較易向正方向進(jìn)行。同時(shí)反應(yīng)(1)的平衡溫度越來(lái)越低，當(dāng)系統(tǒng)壓力下降為10Pa時(shí)，T0只有669.93K。

圖1 反應(yīng)ZnO(s)+C(s)=Zn(g)+CO(g)的ΔG-T圖

圖2 反應(yīng)PbO(s)+C(s)=Pb(l)+CO(g)的ΔG-T圖

　　由圖2知，在真空碳熱還原體系中，隨著體系真空度的不斷提高反應(yīng)(2)的吉布斯自由能呈下降趨勢(shì)反應(yīng)更易進(jìn)行。同時(shí)反應(yīng)(2)的平衡溫度也越來(lái)越低，當(dāng)系統(tǒng)壓力下降為10Pa時(shí)，T0為384.94K。

結(jié)論

　　真空碳熱還原法處理鉛鋅煙塵，通過(guò)熱力學(xué)計(jì)算可以得出當(dāng)系統(tǒng)壓力從10⁵Pa降為10⁴，10³，10²，10Pa時(shí)，ZnO用碳還原的臨界溫度從1179.35K依次降為990.97，854.48，751.03，669.93K。而PbO用碳還原的臨界溫度則從554.92K依降為499.75，454.56，416.86，384.94K。在真空度為20Pa條件下，利用活性炭做還原劑碳熱還原鉛鋅煙塵最佳工藝條件為:配碳比為2.5，還原溫度為1173K，保溫60min可獲得較高純度的鉛鋅混合物，鋅和鉛的回收率分別74.99%和42.28%。

　　致謝感謝昆明理工大學(xué)真空冶金國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室楊斌教授的有益討論。