Электрохимическая характеристика выщелоченной стали

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 16691 (2022) Цитировать эту статью

650 доступов

Подробности о метриках

В данной работе были изучены электрохимические свойства выщелоченного осадка, магнетита и феррита цинка. Уксусную кислоту использовали в качестве реагента для выщелачивания, поскольку в последние годы возрос интерес к использованию цинксодержащих материалов в качестве фотокатализаторов, а уксусная кислота нашла применение при их получении. Использовались различные методические подходы, но наилучшие результаты были достигнуты при сочетании 1–3-часового выщелачивания в 0,01 М уксусной кислоте с соотношением твердое/жидкое 500. При такой схеме цинкит практически полностью удалялся из шлама, а цинк в твердом остатке остались феррит и магнетит. Анализы ex situ основных продуктов выщелачивания проведены методами рентгеновской дифракции, инфракрасной спектроскопии и термогравиметрии. Электрохимическое поведение твердого остатка и модельных систем — микромагнетита и феррита цинка — изучали в щелочных средах с помощью модифицированных угольных пастовых электродов, циклической вольтамперометрии и хронокулонометрии с подходящим потенциальным окном от 0 до 1,5 В. обнаружена линейная зависимость высоты анодного и катодного пика от квадратного корня из скорости сканирования. Положение анодного и катодного пиков незначительно смещалось со скоростью сканирования, только при малых скоростях, до 25 мВ/с, отдельные пики совпадали. Электрохимический ответ свидетельствовал о квазиобратимом процессе.

Широко признано, что отходы сталеплавильного производства относятся к опасным, поскольку содержат тяжелые металлы. Одним из них является цинк, который содержится либо в виде хорошо растворимого цинкита ZnO, либо в виде труднорастворимого феррита цинка ZnFe2O4. Цинк и его соединения извлекают из этих отходов путем кислотного или щелочного выщелачивания при высоком или низком давлении. При атмосферном давлении цинкит практически селективно отделяется выщелачиванием в NaOH, NH4Cl или (NH4)2CO3, при этом в остатке остается феррит цинка1,2,3. При кислотном выщелачивании феррит цинка также растворяется, но в раствор попадает железо4,5,6. Эту проблему удалось преодолеть Сидлецке7 и Майе8, которые использовали этиловый спирт после кислотного выщелачивания для осаждения соединений сульфата железа. Кроме того, соединения кальция превращаются в нерастворимый гипс, а магнитная сепарация дает магнетит и гематит.

Цинк можно получить из феррита цинка путем кислотного выщелачивания под повышенным давлением9 или с использованием пирометаллургических процессов, таких как вельц-процесс и его модификация, а также процесс RecoDust, основанный на восстановлении содержащих тяжелые металлы основной кислородной печной пыли H2 и CO, например, описано в 10 и 11 соответственно. Пиклз12 исследовал селективное восстановление железом и сообщил об оптимальном диапазоне температур и давлений для извлечения цинка и свинца. Комбинация восстановления, обжига, кислотного выщелачивания и магнитной сепарации была предложена в работе13. Обжиг остатков выщелачивания цинка сульфатом аммония описан в работе14, где введенный трехстадийный процесс позволил получить остаток высокой чистоты, пригодный для переработки в производстве железа. Кашьяп и Тейлор15 использовали газ H2 для частичного восстановления феррита цинка. Также стоит отметить, что цинк можно селективно отделить от франклинита комбинированным термогидрометаллургическим процессом с использованием NaOH16,17,18.

Отходы сталеплавильного производства и продукты их выщелачивания имеют большое практическое значение. Шлам сталелитейного производства можно использовать в качестве сырья для производства керамики19 или для удаления тяжелых металлов из сточных вод, как показано в исследованиях20,21. После добавления извести из шлама можно изготавливать брикеты и использовать их в конвертере22. Рослан и др.23 исследовали возможность улучшения свойств пуццоланового цемента, полученного из побочных продуктов сталелитейной промышленности. Феррит цинка широко изучается как компонент гибридного нанокомпозита, проявляющего суперпарамагнетизм, а также как катализатор различных химических реакций. Фотокаталитическое применение цинксодержащих материалов обсуждается в ряде работ24,25,26,27,28,29,30,31,32. В частности, наногибрид ZnO-оксида графена продемонстрировал отличные фотокаталитические свойства во время фотодеградации кристаллического фиолетового. Электрохимическое исследование сенсора на основе феррита цинка проводилось в работах33,34,35,36. Сверхемкостное поведение ферритных материалов исследовалось в работе 37. Наночастицы сохранили более 87% первоначальной емкости после 1000 циклов зарядки/разрядки. Графеновые нанокомпозиты на основе феррита цинка были протестированы в качестве многообещающих электрокатализаторов Nivetha и Grace38. Установлено, что нанокомпозиты MnFe2O4/графен и ZnFe2O4/графен являются эффективными электрокатализаторами генерации водорода по механизму восстановления водорода.