液—固混合熔体加压过滤的液—固分离技术研究

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液-固混合熔体常出现在高温冶金过程中,但是实现其液-固分离的技术却缺少关注和研究。加压过滤是常温下最常用的液-固分离技术之一,将其应用于液-固混合熔体的液-固分离是十分有价值和潜力的尝试。本文将加压过滤分别应用于熔析法提纯硅和热镀锌渣的锌回收。将加压过滤与熔析法结合,先完成高纯度硅析出和杂质元素偏析的熔析过程,再通过加压过滤从熔体中分离硅晶粒。分别研究了Al-Si熔体和Sn-Si熔体的分离效果,并分析了过滤压差、过滤温度和熔体成分的影响。在过滤介质为80目筛网、过滤压差为0.25 MPa、过滤温度为600℃时,从Al-45%Si熔体得到硅含量为92.4 wt%的分离硅;在过滤介质为碳纤维毡、过滤压差为0.30 MPa、过滤温度为250℃时,从Sn-20%Si熔体得到硅含量为80.0 wt%的分离硅。分别分析Al-Si和Sn-Si熔体过滤形成的滤饼,测量其孔隙率和比表面积,根据硅在熔析过程被交变电磁场富集于熔体底部的情况,建立过滤方程q=(KA/V)t;实现最佳分离效果时,Al-Si熔体和Sn-Si熔体的过滤常数K分别为 0.0426 m2/s 和 0.0137 m2/s。研究了加压过滤过程中金属杂质的存在形式,其溶解于Al-Si熔体的液相,而以固体颗粒的形式存在于Sn-Si熔体;并分析了除杂效果,Al-Si体系的磷去除达到90%、金属杂质去除超过95%,Sn-Si体系的硼去除超过80%。通过将Al-Si熔析与Sn-Si熔析相结合,经过两次熔析和两次加压过滤,硼和磷的含量降低到1ppm以下,去除率达到90%以上。通过加压过滤从Zn-Al-Fe熔体中分离锌,并研究过滤压差、过滤温度和熔体成分对分离效果的影响。在过滤压差为0.30 MPa、过滤温度为450℃时,从Zn-4Al-2Fe熔体回收了 85.1%的锌。研究了加压过滤从热镀锌渣熔体回收锌,在过滤压差为0.30 MPa、过滤温度为430℃时,69.1%的锌被回收,回收锌中铁和氧的含量分别为0.0197 wt%和0.000362 wt%,可以直接返回镀锌生产。研究了 Zn-Al-Fe熔体和热镀锌渣熔体过滤形成的滤饼。Zn-Al-Fe熔体过滤形成可压缩的含铁颗粒滤饼,滤饼的压缩指数为0.80;热镀锌渣熔体过滤形成的复杂滤饼可简化为含铁颗粒滤饼层和ZnO滤饼层,其中ZnO滤饼层的压缩指数为0.28。由于含铁颗粒和ZnO集中在熔体上部,过滤过程可分为两个阶段:第一阶段过滤方程为q=ut,第二阶段过滤方程为q2=Kt。实现最佳分离效果时,第一阶段过滤速度u为8.69 m/s,第二阶段Zn-Al-Fe熔体和热镀锌渣熔体的过滤常数K分别为6.01×10-4 m2/s和2.12×10-4 m2/s。
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