废旧轮胎胶粉的除锌研究

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随着汽车行业的快速发展,废旧轮胎的产生量逐年增加,其具有很大的热能利用价值,可替代煤粉作为高炉燃料,长期大量堆放会导致资源浪费。但废旧轮胎中含有少量的锌,在燃烧过程中会对高炉产生危害,缩短高炉寿命。若能通过研究,寻求有效的方法去除废旧轮胎胶粉中的锌,使其可作为高炉燃烧的燃料,对于废旧轮胎的资源化利用具有重要意义。本文以废旧轮胎胶粉中锌的去除为研究对象,运用不同的方法对其进行除锌研究,并进行条件参数优化,利用扫面电镜-能谱分析仪(SEM-EDS)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)等一系列表征手段对除锌前后废旧轮胎胶粉的表面微观形貌、物相组成、元素价态等进行表征分析,研究其除锌反应机制。最后对除锌后的废旧轮胎胶粉热值及反应后锌的形态进行研究,结果表明,废旧轮胎胶粉除锌后回收利用的工艺具有可行性。所得结论如下:(1)利用盐酸—硫酸—高氯酸—氢氟酸连用的四酸消解法和EDTA滴定法测定废旧轮胎胶粉中的锌含量,将其与国标方法进行对比,发现该方法具有较高的准确度及精确度,方法可靠,且步骤简单、易于操作。(2)用不同酸、碱浸取方法对废旧轮胎胶粉(粒径在35 mm)进行除锌实验,结果表明,以盐酸、硫酸和NaOH为浸取剂时,锌去除率均在5%左右,远低于目标值(胶粉锌含量<0.5%);以硝酸为浸取剂时锌去除率高达81.29%,但硝酸在浸取过程中会分解废旧轮胎胶粉结构,影响其燃烧热值。碱熔法对锌的去除率分别为12.52%和7.57%,均远低于目标值(胶粉锌含量<0.5%)。(3)采用不同的酸碱浸取剂对细化后的废旧轮胎胶粉进行浸取实验。对浸取条件进行参数优化得到废旧轮胎胶粉的最佳浸取条件为:粒径小于150μm胶粉+0.1 mol/L硫酸溶液+液固比20:1+反应温度为90℃+浸取时间为60 min,其浸取率可达到75.65%,高于目标值(胶粉锌含量<0.5%)。对废旧轮胎胶粉浸取反应进行动力学分析,发现浸取反应在020 min和2090 min内的活化能分别为41.39 kJ/mol和49.49 kJ/mol,均在界面化学反应控制的活化能范围(40300kJ/mol)内,因此整个浸取过程均受界面化学反应控制。(4)对废旧轮胎胶粉的硫酸浸取过程进行机理研究。结果表明,锌在胶粉表面主要以ZnO和ZnS的形式存在且胶粉表面分布有少量的铁堇青石((Fe2+,Mg)2Al4Si5O18)。除Zn外,Al、Mg、Fe、S、Si等元素也参与了硫酸的浸取过程。(5)对浸取后的废旧轮胎胶粉进行热值测定,发现浸取前后的废旧轮胎胶粉空干基低位发热量分别为32.83 MJ/kg和36.02 MJ/kg。因此可知,除锌后的废旧轮胎胶粉作为高炉燃料具有极大的可行性。同时,理论分析结果表明,废旧轮胎胶粉除锌工艺得到的浸取液经除杂后可电解回收锌。从而得出废旧轮胎胶粉酸浸—电解回收锌的整体工艺具有可行性。
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