煤矸石酸浸提取工艺与机理研究

发布时间：2017-12-30 13:15

本文关键词：煤矸石酸浸提取工艺与机理研究　出处：《昆明理工大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：煤矸石是煤炭开采、洗选、加工过程中产生的一种工业固体废弃物,约占煤炭产量的15%-20%左右。煤矸石中含有大量的硅、铝、铁、钛等矿物质,研究对这些有价物质进行提取、分离,进而加工生产高附加值的硅、铝、铁、钛系化工产品,不仅可以解决煤矸石大量占地、污染环境、易诱发地质灾害问题,而且也解决了我国资源短缺等问题。因此,研究煤矸石资源化综合利用是建立资源节约型社会的重要途径,对我国可持续发展战略有着十分广阔的前景及深远的意义。从上世纪50年代起,人们就已经开始关注煤矸石资源化利用研究。目前,我国煤矸石利用的途径主要有：作为燃料使用,制作建筑材料,土地复垦,路基材料等,但是,上述利用属于粗放式的直接利用,未能使煤矸石的潜在价值充分发挥,大大降低了煤矸石的附加价值。本研究以贵州省盘县某产煤矿区的煤矸石作为研究对象,通过机械活化使煤矸石具有一定活性,然后利用具有活性的煤矸石与不同浓度的硫酸进行中和、酸浸反应,以提取煤矸石中有价元素,进而制备化工产品。研究表明：(1)机械活化使煤矸石的反应活性提高,为煤矸石中有价元素的提取创造了有利条件。(2)试验所用的煤矸石原料属于典型的低热值、低铝高铁高钛型煤矸石,样品中SiO2含量占37.29%,A1203占17.35%,Fe203占18.19%,TiO2占3.95%。样品物相成分组成主要是以高岭石、石英、碳酸盐、锐钛矿型氧化钛以及赤铁矿、菱铁矿等形式赋存。(3)通过单一因素试验和正交试验考察了酸浓度、反应时间、反应温度和液固比等因素对煤矸石中和脱铁富钛的影响,确定了高铁高钛型煤矸石中和脱铁富钛的最佳工艺条件为：酸浓度10%、水浴温度70℃、反应时间5h、液固比7：1,铁脱除率达到89.01%,钛富集率达到42.93%。中和脱铁反应的动力学方程为反应的表观活化能为19.58kJ/mol,煤矸石中和反应过程中,其反应动力学模型属于固膜扩散控制的收缩未反应核模型中的粒径缩小缩核模型。(4)通过单一因素试验和正交试验考察了酸渣比、反应时间、反应温度等因素对煤矸石中和渣酸浸反应的影响,中和渣酸浸浸取的最佳工艺条件为：酸渣比1.4、反应时间4h、反应温度170℃,在此反应条件下,铝、铁、钛浸取率的分别达到97.47%、89.69%、92.11%。酸浸浸取铝的反应动力学方程可以用1-(1-x)1/3=kt来描述,其反应的表观活化能为61.32kJ/mol,煤矸石中和渣酸浸反应过程中,其反应动力学模型属于界面化学反应控制的收缩未反应核模型中的粒径不变的缩核模型。(5)通过单一因素试验和正交试验考察了溶解时间、溶解温度、溶解液固比、溶解液酸浓度对中和渣酸浸物溶解的影响,中和渣酸浸物溶解的最优工艺条件为：溶解时间60min、溶解温度80℃、溶解液固比5：1、溶解液酸浓度5.0%,在该溶解条件下,铝、铁、钛溶出率的分别达到98.44%、90.49%、93.11%。煤矸石中和渣酸浸物的溶出过程属于液体边界层扩散控制。(6)用扫描电镜(scanning electron microscope, SEM)、X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)、能谱仪(energy dispersive spectroscopy, EDS)等表征手段对煤矸石、中和渣、酸浸未溶物及酸浸渣的形貌变化特征以及反应过程中的物相变化进行了表征分析。分析结果表明：煤矸石经中和、酸浸后,在酸浸渣中含有大量SiO2和少量CaSO4存在,说明煤矸石经中和、酸浸可以将其中的铝、铁、钛有价元素充分提取。利用本工艺技术对煤矸石进行资源化综合利用提取高附加值产品的方法,有价元素提取率较高,酸浸渣中硅含量高且杂质含量少,为酸浸渣中硅的后续利用提供较好的基础,与此同时,该研究为煤矸石资源化综合利用的扩大试验及工业生产提供理论基础和实验保证。研究将产生良好的社会效益和经济效益,对煤矸石高效利用和综合利用具有重要意义。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X752

【参考文献】