[發明專利]一種利用含鋅電爐粉塵合成鐵酸鋅材料的方法

有效

• 申請號: 202110320846.3
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113186403B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 彭志偉;李光輝;唐慧敏;姜濤;王連成;饒明軍;鐘強;張鑫;羅駿;范曉慧;郭宇峰;楊永斌;張健;俞景峰;朱廣衍
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22B7/02
• 分類號: C22B7/02;C22B19/30;C22B19/20;C22B1/02;C01G49/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 鐘丹;魏娟

本發明公開了一種利用含鋅電爐粉塵合成鐵酸鋅材料的方法，包括如下步驟：步驟一、焙燒將含鋅電爐粉塵和氧化鐵混合獲得混合料，將混合料壓制成型獲得生坯，生坯焙燒獲得焙燒坯，所述焙燒溫度為900?1100℃，焙燒時間為90?150min。步驟二、酸浸將步驟一所得焙燒坯研磨，所得粉磨料放入HCl溶液中浸出，即得到浸出液和鐵酸鋅材料。本發明可以使電爐粉塵中的95.56％鋅和99.86％鐵轉變成鐵酸鋅材料，具有工藝簡單、生產成本低、產品附加值高、資源利用率高、環境友好等諸多優點。

技術領域

本發明屬于資源回收技術領域，具體涉及一種利用含鋅電爐粉塵合成鐵酸鋅材料的方法。

背景技術

中國是世界上最大的鋼鐵生產，2019年的粗鋼產量高達9.96億噸，占世界產量的63.66％，其中電爐鋼的產量1.65億噸。統計數據顯示，在電爐煉鋼環節，約有1-2％的爐料因冶煉操作等原因轉變為電爐粉塵。電爐粉塵作為鋼鐵產業的副產物，是一種典型的冶金粉塵，含有大量的Fe、Zn等有價金屬以及Pb、Cr 和Cd等重金屬元素，需要進行合理的無害化處，以降低其對環境造成的危害。

目前，電爐粉塵的主要處理工藝包括火法工藝、濕法工藝和物理法。其中，火法工藝中的傳統直接還原法占據主體地位，利用還原劑通過固態還原電爐粉塵回收Zn、Fe等有價金屬。濕法工藝是處理電爐粉塵的另一大方法，通常采用強酸或強堿破壞鐵酸鋅、氧化鋅等后再回收鐵、鋅等元素。但是電爐粉塵的自身元素賦存狀態復雜，粒度極細等原因導致其回收率低、處理困難，酸或堿用量過高、廢液難處理、除雜工藝繁瑣等問題。更重要的是，電爐粉塵中的Zn和Fe等有價金屬多以化學穩定性和熱穩定性極強的尖晶石物質存在，而傳統電爐粉塵處理工藝中主要是將電爐粉塵中如鐵酸鋅和氧化鋅等有家組分結構破壞后回收Fe、 Zn等有價金屬，回收率低、耗能嚴重、而且會造成環境污染。

鐵酸鋅材料具有優異氣敏特性、吸波性能、催化活性、軟磁特性和防腐防銹性，被廣泛應用于傳感器、催化劑、電化學材料、吸波材料、軟磁材料和高溫顏料等領域。然而現有技術中所使用的鐵酸鋅幾乎都是采用人工合成，成本高且產品純度較低。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種工藝簡單、資源利用率高、生產成本低、產品附加值高、環境友好的利用含鋅電爐粉塵合成鐵酸鋅材料的方法。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：

本發明一種利用含鋅電爐粉塵合成鐵酸鋅材料的方法，包括如下步驟：

步驟一、焙燒

將含鋅電爐粉塵和氧化鐵混合獲得混合料，將混合料壓制成型獲得生坯，生坯焙燒獲得焙燒坯，所述焙燒溫度為900-1100℃，焙燒時間為90-150min

步驟二、酸浸

將步驟一所得焙燒坯研磨，所得粉磨料放入HCl溶液中浸出，即得到浸出液和鐵酸鋅材料。

電爐粉塵中的鋅主要以ZnFe₂O₄和ZnO物相存在。基于ZnO和Fe₂O₃在一定條件下會發生固相反應生成具有尖晶石結構的鐵酸鋅，且鐵酸鋅尖晶石極難溶于稀堿稀酸。因此，發明人直接添加Fe₂O₃與電爐粉塵中的ZnO發生反應，并通過酸浸除雜獲得鐵酸鋅材料，使電爐粉塵中的Zn和Fe都以ZnFe₂O₄尖晶石形式存在。這不僅可以有效回收電爐粉塵中的Zn、Fe、Mn等有價金屬，而且可以獲得具有優異性能的鐵酸鋅材料，實現有毒廢棄物電爐粉塵向高附加值的尖晶石鐵酸鋅的轉變。

優選的方案，步驟一中，所述含鋅電爐粉塵中氧化鋅的質量分數為25-30wt％。

優選的方案，步驟一中，所述氧化鐵與含鋅電爐粉塵質量比為0.53-0.83。