D0L:10.13374/.issn1001-053x.2011.04.016 第33卷第4期 北京科技大学学报 Vol.33 No.4 2011年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2011 ZnFe,O4与CaCl2氯化反应机理 郭婷2胡晓军13)☒ 侯新梅》松浦宏行 0 月桥文孝)周国治) 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京1000832)首钢技术研究院，北京100043 3)北京科技大学生态与循环冶金教育部重点实验室，北京1000834)东京大学大学院新领域创成科学研究科，柏2778561，日本 ☒通信作者，E-mail:huxiaojun@usth.cdu.cn 摘要利用CCL,为氯源与含锌冶金粉尘的重要组分ZnFe,O,进行反应，并利用扫描电镜(SEM)和能量色散谱仪(EDS)分 析了ZnFe2O,粉体与CaCl2反应面和反应产物微观形貌的变化，讨论了ZnFe,O4与CaCl2的反应机理.认为反应过程包括一 个固液反应和气体挥发过程.ZnFe,O,颗粒被熔融CaCl2包裹，在固液界面发生氯化反应，生成的ZnCl2溶解在CaCl2液膜中， 并在气液界面挥发逸出，而CaF20O4的产物层不断增大，同时伴随着多个颗粒间的黏结和融合长大. 关键词冶金工业：固体废弃物：粉尘：氯化：反应机理 分类号TF09;TF01 Chlorination reaction mechanism between ZnFe,O and CaCl, GUO Ting,HU Xiao-jun,HOU Xin-mei,MATSUURA Hiroyuki,TSUKIHASHI Fumitaka,ZHOU Guo-zhi 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083.China 2)Shougang Research Institute of Technology,Beijing 100043,China 3)Key Laboratory of the Ministry of Education of China for Ecological and Recyele Metallurgy.University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 4)Department of Advanced Materials Science.Graduate School of Frontier Sciences.The University of Tokyo,Kashiwa 2778561,Japan Corresponding author,E-mail:huxiaojun@ustb.edu.cn ABSTRACT CaCl was used to chlorinate ZnFe,O.an important component in metallurgical dust.The changes of the reaction sur- face between ZnFe,O and CaCl,and the microstructure of reaction products were investigated by scanning electron microscopy SEM) and energy dispersive spectrometry (EDS),and the reaction mechanism was discussed.It is considered that the whole process includes a solidiquid reaction and a gas volatilization.ZnFe,O particles are coated by melted CaCl,and the chlorination reaction occurs at the liquid-solid interface,the product ZnCl dissolves in the liquid membrane of CaCl and escapes from the gas-liquid interface.During the chlorination reaction,the product layer of ZnFe,O increases companying with the adhering and growing up of the particles. KEY WORDS metallurgical industries:solid wastes:dust:chlorination:reaction mechanism 含锌治金粉尘的处理日益得到关注1)，这不 Fe,O,和ZnFe,O与CaCl2体系的选择性氯化反 仅因为其作为有害固体废弃物必须进行无害化处 应-)，并推导了氯化挥发过程的动力学公式.结 理，而且其中的铁、锌等二次资源也值得回收利用. 果证明了采用CaCl2能够选择性氯化ZnO-Fe203或 目前应用较多的含锌粉尘处理工艺主要是基于锌还 ZnFe2(0,中的锌，使其以ZnCl2的形式从粉尘中挥发 原气化的火法工艺，但该类工艺普遍存在能耗过高、 脱除，而铁以氧化物或复合氧化物的形式残留在反 设备投资较大、对环境产生二次污染或分离回收有应剩余物中，从而达到回收处理含锌粉尘的目的. 价元素不够彻底等问题.近年来，采用选择性氯化 同时表明这一过程的控速环节是化学反应，表观反 法分离回收粉尘中的锌和铁成为该领域新的研究热 应活化能为110~175 kJ.mol-1 点-0.笔者已经研究了含锌粉尘的主要成分Z0- 为进一步明晰这一氯化过程的反应机理，本文 收稿日期：2010-0601 基金项目：国家科技支撑计划资助项目(2006BAE03A10):北京科技大学治金与生态工程学院青年创新基金资助项目第 33 卷 第 4 期 2011 年 4 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 33 No． 4 Apr． 2011 ZnFe2O4 与 CaCl2 氯化反应机理 郭 婷1，2) 胡晓军1，3)  侯新梅1，3) 松浦宏行4) 月桥文孝4) 周国治1，3) 1) 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083 2) 首钢技术研究院，北京 100043 3) 北京科技大学生态与循环冶金教育部重点实验室，北京 100083 4) 东京大学大学院新领域创成科学研究科，柏 277--8561，日本  通信作者，E-mail: huxiaojun@ ustb． edu． cn 摘 要 利用 CaCl2 为氯源与含锌冶金粉尘的重要组分 ZnFe2O4 进行反应，并利用扫描电镜( SEM) 和能量色散谱仪( EDS) 分 析了 ZnFe2O4 粉体与 CaCl2 反应面和反应产物微观形貌的变化，讨论了 ZnFe2O4 与 CaCl2 的反应机理． 认为反应过程包括一 个固液反应和气体挥发过程． ZnFe2O4 颗粒被熔融 CaCl2 包裹，在固液界面发生氯化反应，生成的 ZnCl2 溶解在 CaCl2 液膜中， 并在气液界面挥发逸出，而 CaFe2O4 的产物层不断增大，同时伴随着多个颗粒间的黏结和融合长大． 关键词 冶金工业; 固体废弃物; 粉尘; 氯化; 反应机理 分类号 TF09; TF01 Chlorination reaction mechanism between ZnFe2O4 and CaCl2 GUO Ting1，2) ，HU Xiao-jun1，3)  ，HOU Xin-mei 1，3) ，MATSUURA Hiroyuki 4) ，TSUKIHASHI Fumitaka4) ，ZHOU Guo-zhi 1，3) 1) School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) Shougang Research Institute of Technology，Beijing 100043，China 3) Key Laboratory of the Ministry of Education of China for Ecological and Recycle Metallurgy，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 4) Department of Advanced Materials Science，Graduate School of Frontier Sciences，The University of Tokyo，Kashiwa 277-8561，Japan  Corresponding author，E-mail: huxiaojun@ ustb． edu． cn ABSTRACT CaCl2 was used to chlorinate ZnFe2O4，an important component in metallurgical dust． The changes of the reaction sur￾face between ZnFe2O4 and CaCl2 and the microstructure of reaction products were investigated by scanning electron microscopy ( SEM) and energy dispersive spectrometry ( EDS) ，and the reaction mechanism was discussed． It is considered that the whole process includes a solid-liquid reaction and a gas volatilization． ZnFe2O4 particles are coated by melted CaCl2 and the chlorination reaction occurs at the liquid-solid interface，the product ZnCl2 dissolves in the liquid membrane of CaCl2 and escapes from the gas-liquid interface． During the chlorination reaction，the product layer of ZnFe2O4 increases companying with the adhering and growing up of the particles． KEY WORDS metallurgical industries; solid wastes; dust; chlorination; reaction mechanism 收稿日期: 2010--06--01 基金项目: 国家科技支撑计划资助项目( 2006BAE03A10) ; 北京科技大学冶金与生态工程学院青年创新基金资助项目 含锌冶金粉尘的处理日益得到关注［1--3］，这不 仅因为其作为有害固体废弃物必须进行无害化处 理，而且其中的铁、锌等二次资源也值得回收利用． 目前应用较多的含锌粉尘处理工艺主要是基于锌还 原气化的火法工艺，但该类工艺普遍存在能耗过高、 设备投资较大、对环境产生二次污染或分离回收有 价元素不够彻底等问题． 近年来，采用选择性氯化 法分离回收粉尘中的锌和铁成为该领域新的研究热 点［4--10］． 笔者已经研究了含锌粉尘的主要成分ZnO-- Fe2O3 和 ZnFe2O4 与 CaCl2 体系的选择性氯化反 应［11--13］，并推导了氯化挥发过程的动力学公式． 结 果证明了采用 CaCl2 能够选择性氯化 ZnO--Fe2O3 或 ZnFe2O4 中的锌，使其以 ZnCl2 的形式从粉尘中挥发 脱除，而铁以氧化物或复合氧化物的形式残留在反 应剩余物中，从而达到回收处理含锌粉尘的目的． 同时表明这一过程的控速环节是化学反应，表观反 应活化能为 110 ～ 175 kJ·mol － 1 ． 为进一步明晰这一氯化过程的反应机理，本文 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2011.04.016