杨家旺　李甘

摘 要：本文对铁酸锌选择性还原反应的实验进行阐述，并结合实验结果，对其热力学优势区域图、质量损失及分解特征进行简要分析，希望能够为铁酸锌选择性还原的反应机理研究提供一点理论支持。

关键词：铁酸锌；选择性还原；反应机理

一、引言

在传统湿法炼锌浸出渣与电弧炉炼钢粉尘中，铁酸锌所占比重较大，为了使含铁酸锌物料得到充分利用，就需要对其中的铁酸锌进行有效处理。近年来，人们研究出一种含铁酸锌废渣的新处理方法，即选择性还原焙烧，这一方法的原理是采取选择性还原的方法，使废渣中的铁酸锌向ZnO与磁铁矿分解，并利用中性浸出或磁选工艺分离出铁锌。采用这种方法需要有中温与弱还原性气氛条件的支撑，相较于传统的回转窑烟化法，这种方法对还原温度要求不高，能够实现锌铁的同步回收，可见其应用价值比较高。鉴于此，为了对选择性还原焙烧工艺进行进一步改进，就需要我们围绕铁酸锌的选择性还原反应机理进行研究。

二、实验

1.铁酸锌合成方法

按照1∶1的摩尔比，将分析纯的ZnO与Fe2O3均匀的混合在一起，然后在1000℃条件下进行煅烧，待4小时后，将混合物质侵入到40℃条件下的1mol/L的盐酸中1小时，使未反应的氧化物得以去除，然后继续在1000℃条件下进行煅烧，待1小时之后，利用自然随炉冷却进行退火。这一过程发生的反应主要为ZnO+Fe2O3→ZnFe2O4，按照74μm的粒徑将合成样品进行细磨筛分，并干燥1小时，即可在还原焙烧实验中投入使用。如图1为合成铁酸锌的XRD谱，其中衍射峰呈尖锐峰型，具有完好的晶型。

2.还原焙烧实验

利用Netzsch（ST449F3）热重分析仪进行还原焙烧试验，称取铁酸锌3g，按照10℃/min的速率在惰性氩气中对其进行加热，达到预定温度之后以设定的CO浓度与CO占CO+CO2总体积的体积分数φ将CO与CO2添加到气流中，并对氩气流量进行调节，使100mL/min的气流得以形成。经过一段时间反应之后，不再添加CO与CO2，并将样品冷却至室温。通过EDTA与重铬酸钾滴定法，对不同还原时间还原产物中的ZnO与Fe2+进行分析，然后对热重加以利用，对还原中的质量损失特征进行检测。

3.检测表征方法

通过X射线光束电子能谱对还原产物的表面性质进行分析，利用ESCALAB 250Xi系统进行检测。对ALKαX射线源加以运用，按照20eV的能量，结合能标准选择C1s峰的284.6eV，基于此进行校正。在数据分析中，对Thermo Avantage Software软件加以使用，获取相应时间条件下的还原产物的摩尔分数。

还原产物的物相分析采用X射线衍射仪，并对CuαK辐射源加以利用，按照10°～80°的角度、0.02（°）/step的步长以及10（°）/min的速度进行扫描。晶格结构变化往往可以通过高角度衍射峰得到反映，根据图1，可知在高角度区，（440）衍射峰具有最高强度，在衍射峰变化分析中可以对此加以利用。与此同时，晶胞参数计算选择科恩最小二乘法，计算采用Matlab7.0编程。

选择JSM-6360LV型扫描电子显微镜与GENESIS 60S型能谱仪来分析还原产物颗粒层形貌与元素构成，还原产物对树脂胶结加以运用，带磨平抛光后进行电镜观测与能谱分析。

三、结论

1.热力学优势区域图分析

2.质量损失与分解特征

还原反应表现为质量损失过程，即铁酸锌的还原失氧，关于750℃下铁酸锌选择性还原的等温质量损失和微分质量损失曲线，具体如图3所示。

而图4则分别为是不同时间还原产物的ZnO与Fe2+含量及其线性拟合曲线图。

经过分析可知，失氧为铁酸锌还原的原因，而部分铁由于维持电中性还原为二价，铁酸锌在分解产生ZnO的过程中，Fe2+具有促进作用，二者与线性关系相符。

参考文献：

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