废弃含铅电子玻璃生态化炼铅技术基础研究

来源 :东北大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:suiyuehenji
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近年来,随着显示器技术的快速发展,阴极射线管(CRT)显示器逐渐被先进的显示器产品所取代,导致大量的CRT被废弃。我国每年有大量的废弃CRT产生,并且还有大量废弃CRT经非法途径从欧洲、美国、日本等发达国家转运到国内。CRT含铅玻璃是一种有毒材料,如果处理处置不当,将会对周围环境产生严重的危害,并危及人类的身体健康。因此,开发经济有效的废弃CRT含铅玻璃综合回收利用技术至关重要。本文提出了废弃CRT含铅玻璃搭配铅冶炼回收铅的方法,优化了工艺条件,并探宄了不同因素对熔渣冶金性能及耐火材料腐蚀的影响。此外,基于含铅玻璃搭配铅冶炼回收铅的原理,提出了一种从含铅玻璃中回收铅并同时制备微晶玻璃的新工艺。本研究提出的方法可从根本上解决含铅玻璃的铅污染问题,实现重大的环境效益和经济效益。主要研宄内容和所获得结果如下:(1)考察了含铅玻璃搭配低铅渣或高铅渣冶炼回收铅的可行性。结果表明:通过将含铅玻璃与低铅渣或高铅渣混合熔炼均可实现铅的还原;低铅渣冶炼的最佳条件为:玻璃加入量10~20 wt%,还原剂加入量1.0,熔炼温度1250°C,还原时间1.5 h。在此条件下,铅和锌回收率分别达到75%和85%以上,渣含铅在1.2 wt%以下。高铅渣冶炼的最佳条件为:玻璃加入量10?30wt%,还原剂加入量0.9,钙硅比0.8,熔炼温度1200°C,还原时间60 min。在此条件下,铅回收率在97%以上,锌回收率在90%以上,渣含铅在2 wt%以下。(2)研宂了钙硅比及FeO对CaO—Si02-“Fe0”-12wt%Zn0-3wt%Al203渣系的熔化性温度、黏度、黏流活化能及熔渣结构的影响。熔渣的黏性转变温度随着Ca0/Si02的增加先升高后降低,随着FeO含量的增加而持续降低。熔渣黏度和黏流活化能随着Ca0/Si02或FeO含量的增加而逐渐降低,并且这种变化趋势在Ca0/Si02及FeO含量较低时更为明显。CaO和FeO均可以使熔渣硅酸盐网络结构发生解聚,硅酸盐网络结构中的Q2和Q3结构单元含量减少,熔渣聚合度降低。(3)研宄了ZnO和K20对C3O-SiO2-‘FeO”-ZnO-Al203-(R2O)渣系的熔化性温度、熔渣黏度、黏流活化能、物相及结构的影响。结果表明:随着ZnO含量从0wt%增加到20 wt%,熔渣的黏度和黏流活化能均降低,黏性转变温度先降低后升高。渣系中的5102更容易与ZnO结合形成硅锌矿,熔渣的结晶能力随着ZnO含量的增加而增加。ZnO降低熔渣的聚合度,其解聚原理符合Qn结构单元转变反应:QVQ3〇2Q2。随着K20含量从0 wt%增加到5 wt%,渣中橄榄石相和黄长石相析出温度降低,熔渣的液相区域扩大并向高硅高钙区域移动。熔渣黏度和黏流活化能均随着K20含量的增加先升高后降低。K20对铝酸盐结构的作用优先于对硅酸盐的作用。(4)采用旋转试样浸入法,研究了不同含铅玻璃加入量的熔渣对镁铬耐火材料的腐蚀行为,通过SEM-EDS及Factsage计算分析了熔渣对耐火材料的侵蚀机理,并提出了相应的抑制措施。结果表明:含锌铁橄榄石熔渣对镁铬质耐火材料的侵蚀机理主要是熔渣对方镁石的溶解,含铅玻璃的加入会增加MgO在熔渣中的溶解度。在熔渣-耐火材料反应界面会生成(Zn,Fe,Mg)0固溶体层,抑制MgO向熔渣扩散溶解及熔渣向耐火材料渗透。含铅玻璃加入会导致熔渣黏度升高,降低熔渣向耐火材料的渗透能力。MgO在熔渣中的溶解能力随CaO/Si02和FeO/Si02的增加而逐渐降低;当K20加入量从0 wt%增加到3 wt%,MgO在渣中的溶解量显著增加。(5)提出了一种从含铅玻璃中回收铅并同时制备微晶玻璃的新工艺,考察了不同因素对铅回收率及玻璃含铅量的影响,并探宄了晶化温度和晶化时间对微晶玻璃性能的影响。在含铅玻璃加入量为40?80 wt%的情况下,最佳还原剂加入量为1.0,钙硅比为0.3-0.6,熔炼温度为1450°C,熔炼时间为2h。在此条件下,铅还原率达到92%以上,制备的微晶玻璃含铅量在0.6 wt%以下。FG40-80微晶玻璃样品的最佳晶化温度分别为9750C、925°C、950°C、925°C和900°C,最佳晶化时间分别为4h、4h、3 h、3 h和2h。
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