硫酸氢铵浸出粉煤灰过程氧化铝溶解动力学

发布时间：2017-09-04 04:20

  本文关键词：硫酸氢铵浸出粉煤灰过程氧化铝溶解动力学

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【摘要】：粉煤灰是火力发电厂高温燃烧煤炭过程中产生的工业废渣,目前全球每年产生大约80亿吨的粉煤灰,我国2015年粉煤灰的排放量也将达到5.8亿吨。大量的粉煤灰堆放造成土地与环境污染,给经济和生态的可持续发展造成了巨大压力。虽然包括粉煤灰在内的工业废料的综合利用与资源化已成为我国制定可持续发展战略的重要组成部分,受到越来越多的重视,但目前粉煤灰的利用并不充分,尤其是高附加值利用。粉煤灰中主要成分为氧化铝和二氧化硅,其中氧化铝的含量为10-55wt.%,是重要的含铝资源,开发利用高铝粉煤灰生产氧化铝,实现固体废弃物的绿色资源化生产,具有重大意义。本文以硫酸氢铵和循环流化床锅炉灰为主要原料,提出了一种利用硫酸氢铵溶液湿法浸出粉煤灰提取氧化铝的新技术,计算了浸出过程中粉煤灰主要矿物的热力学特性,考察了浸出温度、液固比、浸出时间、硫酸氢铵过量率和搅拌速度对硫酸氢铵浸出粉煤灰过程的影响,采用响应曲面法中心复合设计优化了工艺条件,运用约化时间的方法和最小二乘原理,求取了硫酸氢铵浸出粉煤灰过程的动力学机理函数。结果表明:粉煤灰中氧化铝、硅线石和偏高岭石在298.15K-573.15K范围内可以被硫酸氢铵溶解。增加浸出温度、液固比、浸出时间均能有效提高氧化铝提取率。实验范围内提高搅拌速度对氧化铝提取率影响不大。响应曲面分析结果表明影响氧化铝提取率的主要因素为浸出时间,其次依次为浸出温度和液固比,确定的最佳工艺条件为:温度170℃,浸出时间240 min,液固比7:1,此工艺下氧化铝的提取率可达83.48%。氧化铝浸出动力学方程的积分机制可以用G(α)=(1-α)~(-1)-1表述,反应速率常数的表达式为km=1562.28×(L?)0.38exp(-40950?),反应表观活化能为40.95 kJ/mol,浸出过程属于化学反应控制。浸出残渣的主要成分为无定形二氧化硅,是粉煤灰中复杂铝硅酸盐网络结构体解构后失铝的产物。
【关键词】：粉煤灰 硫酸氢铵 氧化铝 浸出 动力学
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ133.1;TQ536.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 粉煤灰概述11-13
• 1.2.1 粉煤灰简介11-12
• 1.2.2 粉煤灰的性质12-13
• 1.3 粉煤灰的利用现状13-16
• 1.3.1 碱法13-14
• 1.3.2 酸法14-15
• 1.3.3 氨法15
• 1.3.4 其他方法15-16
• 1.4 铝的浸出动力学16-17
• 1.5 研究目的和意义17
• 1.6 研究内容17-18
• 第2章 实验材料及研究方法18-24
• 2.1 实验材料设备18-19
• 2.1.1 实验原料18
• 2.1.2 实验药品18
• 2.1.3 实验设备18-19
• 2.2 实验方法19-21
• 2.2.1 浸出实验装置19-20
• 2.2.2 浸出动力学试验20
• 2.2.3 分析测试方法20
• 2.2.4 液相中铝含量的测定20-21
• 2.3 响应曲面法21-24
• 2.3.1 响应曲面法概述21-22
• 2.3.2 中心复合设计22-23
• 2.3.3 二阶响应曲面分析23-24
• 第3章 实验结果与分析24-62
• 3.0 粉煤灰的相成分及表面形貌24-27
• 3.0.1 粉煤灰的物相分析24
• 3.0.2 粉煤灰的红外光谱24-26
• 3.0.3 粉煤灰的表面形貌26-27
• 3.1 粉煤灰粒度分布27-28
• 3.2 粉煤灰酸浸过程热力学28-34
• 3.2.1 浸出原理28-29
• 3.2.2 热力学计算方法29-30
• 3.2.3 热力学分析30-34
• 3.3 单因素实验34-38
• 3.3.1 浸出温度的影响34-35
• 3.3.2 液固比的影响35-36
• 3.3.3 浸出时间的影响36-37
• 3.3.4 搅拌速度的影响37-38
• 3.4 工艺条件的优化38-44
• 3.4.1 响应曲面法方案设计38-42
• 3.4.2 工艺条件的交互关系42-44
• 3.4.3 工艺参数选择与优化44
• 3.5 粉煤灰酸浸动力学44-55
• 3.5.1 不同浸出温度下氧化铝提取率随时间的变化规律44-45
• 3.5.2 不同液固比下氧化铝提取率随时间的变化规律45-46
• 3.5.3 反应前后粉煤灰的形貌变化46-47
• 3.5.4 反应前后粉煤灰的粒度分布47-48
• 3.5.5 理论模型的选择48-53
• 3.5.6 浸出动力学方程53-55
• 3.6 浸出渣表征55-62
• 3.6.1 XRD衍射分析55-57
• 3.6.2 IR红外光谱分析57-60
• 3.6.3 EDS能谱分析60-62
• 第4章 结论62-63
• 参考文献63-68
• 在学研究成果68-69
• 致谢69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：789304