微波处理氧化锌烟尘脱除氟氯的反应机理研究

针对现有氧化锌烟尘氟氯脱除存在效率低、能耗高、污染严重等工艺难题，以铅锌冶炼中间产物-烟化炉高铅氧化锌烟尘、锌浸出渣回转窑挥发氧化锌烟尘、锌浮渣、含氯铜渣为研究对象，提出了微波焙烧氧化锌烟尘选择性脱除氟氯新技术，研究结果如下： （1）建立的火焰原子吸收法间接测定氧化锌烟尘中微量氯新方法，测定过程简单快速，具有干扰少、选择性好、加标回收率高、测定结果准确和可靠等优点。 （2）基于谐振腔微扰法原理建立的冶金颗粒物料的高温介电特性测试平台，测量了氧化锌烟尘物料在室温-600℃之间的介电参数；研究了温度、密度等物理参量对氧化锌烟尘介电特性的影响规律，结果表明卤化物的吸波特性优于氧化锌等基体物料，为微波焙烧氧化锌烟尘选择性脱氟氯奠定理论基础。 （3）基于COMSOL多物理场软件，动态仿真温度、微波加热时间、动态物料、不同介电特性、多源馈口等工艺参数对腔体及氧化锌烟尘微波能量吸收效率的影响；提出了基于遗传算法的馈口反射功率优化方法，基于仿真结果开发了微波焙烧高温反应装置。 （4）针对四种物料，研究了焙烧温度、保温时间、空气流量和搅拌速度等工艺对脱氟氯的影响，利用响应曲面法对主要影响因素进行了优化设计，获得了优化工艺参数；系统研究了微波场中氧化锌烟尘氟、氯组元迁移的影响规律，对微波焙烧后的产物进行物相分析和微观结构分析，发现在空气气氛下，强吸波的铅锌卤化物吸收微波被直接加热快速挥发，部分卤化物与O2和H2O发生氧化反应转化为HCl和Cl2气体溢出，进而表明氟氯的脱除主要是由铅锌卤化物的高温挥发、氧化转化挥发等过程组成。 （5）对氧化锌烟尘中氯化的物挥发反应进行了动力学研究，计算得到的指前因子、活化能和机理函数表明550℃-650℃时，在微波焙烧条件下氯化物易发生挥发反应实现其脱除。 通过项目实施，共撰写论文23篇，发表16篇，已被SCI、EI收录10篇；录用待刊4篇（SCI刊源3篇，EI刊源1篇）；投稿3篇，均为SCI刊源。申请专利11项，授权4项，公开7项。组织国内学术会议2次；参加国内外学术交流7次，大会特邀报告4次，主讲报告1次。项目负责人获云南省技术和学术带头人后备人才，云南省政府特殊津贴，获第一届全国有色金属优秀青年科技工作者称号。共培养研究生9名，2名获博士学位，6名获硕士学位。

氧化锌烟尘的综合利用是缓解当前铅锌企业原料来源紧张的有效途径，然而氟氯含量过高带来的加工能耗高是首要问题，本项目以高铅高氟氯氧化锌烟尘为研究对象，充分发挥微波独特的能量传输方式和选择性加热特性，利用卤化物吸波性能强的特点，拟开展微波处理氧化锌烟尘脱除氟氯新工艺反应机理的研究。着重研究氧化锌烟尘的微波电磁特性，反应腔中微波场及温度场分布关联规律、微波场中组元强化迁移传递与反应过程的机制等；通过系统实验、理论分析和模拟仿真等手段，探索微波作用下反应传热与传质机理，获得不同反应条件下操作特性及各过程参数的变化规律等，拟揭示杂质组元传递与挥发过程的强化机理；总结多种氧化锌烟尘微波处理脱除氟氯的反应机理，对比其与常规加热的差异，开展适应性和移植性研究，为氧化锌烟尘中氟氯的有效分离、锌的高效提取和低耗生产提供理论基础。