含砷石膏渣碳热还原分解特性研究

发布时间：2017-09-14 21:17

  本文关键词：含砷石膏渣碳热还原分解特性研究

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【摘要】：铜的火法冶炼会产生大量的含砷石膏渣污泥,受制于政策法规、处理技术和成本的限制,此类石膏渣污泥目前仍无法有效处置或利用,冶炼企业通常将其暂存于‘三防”渣库中。“三防”渣库用于堆存含砷石膏渣污泥,不仅维护成本较高,而且存在巨大的安全隐患,一旦发生地震、泥石流、洪水等地质灾害,含砷石膏渣污泥侵入周边环境,将对当地生态造成不可逆转的伤害,所以,含砷石膏渣污泥亟待进行无害化或资源化处理,意义重大。本文对含砷石膏渣在碳热还原分解过程中可能发生的化学反应进行了分组,并采用HSC热力学计算软件计算和分析了各个反应的ΔrGm(?)和ΔrHm(?)。在分析含砷石膏渣的物相组成与浸出毒性的基础上,开展了含砷石膏渣-煤粉的TG-DTG-DSC-FTIR分析和固定床反应实验研究,并对分解残渣的失重率和分解残渣中砷元素的浸出浓度以及总砷含量进行了考察,然后计算了砷元素的挥发率,基本确定了含砷石膏渣碳热还原分解行为的特性及砷元素迁移的规律。结果表明：含砷石膏渣主要成分为CaSO4及其水合物,含有As、Zn、Cu、Sb、 Bi、Pb、Cd、Hg和Se等重金属元素,其中As和Se浸出毒性分别为214.06mg·L-1和2.47mg·L-1,超过《GB 5085.1-2007危险废物鉴别标准》中规定的5mg·L-1和1mg·L-1限值,Hg元素略微超标,故此,含砷石膏渣属于危险废弃物；含砷石膏渣热分解过程伴随着游离水和结晶水的脱除、氢氧化物、碳酸盐、亚砷酸盐和CaSO4的分解；当掺入的煤粉量使C/S (C/CaSO4)摩尔比为1.5时,具有最高的失重率,且分解残渣中砷元素具有最低的浸出浓度0.14mg/L,远低于5mg/L的国标限制值；煤粉的掺入有利于砷的挥发,挥发率最高达到了98.70%,砷元素的高挥发率是分解残渣浸出毒性降低的主要原因；含砷石膏渣单独热分解时分解残渣中能够检测到CaO的物相峰,而在掺入一定量的煤粉后分解残渣的XRD谱图中没有检测到CaO,主要是CaS的物相峰。同时,通过XRD分析可知,挥发烟尘的主要成分是As203,这与砷的高挥发率是相对应；含砷石膏渣碳热还原分解处置法实现了含砷石膏渣的无害化处置和砷元素的富集。
【关键词】：含砷石膏渣 还原分解 TG-DSC-FTIR 浸出毒性
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X758
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-27
• 1.1 引言11
• 1.2 砷的概述11-17
• 1.2.1 砷及其化合物11-13
• 1.2.2 砷的稳定性13-14
• 1.2.3 砷的应用14-15
• 1.2.4 砷中毒与污染15-17
• 1.3 有色冶金中砷污染与砷治理17-21
• 1.3.1 砷在矿物中的分布17-19
• 1.3.2 砷在冶炼过程中的迁移转化19-20
• 1.3.3 砷的污染物及其处置方法20-21
• 1.4 含砷石膏渣来源和危害21-22
• 1.4.1 含砷石膏渣的来源21
• 1.4.2 含砷石膏渣的潜在危害21-22
• 1.5 含砷石膏渣的处置方法22-24
• 1.5.1 含砷石膏渣的无害化处置法22-24
• 1.5.2 含砷石膏渣的资源化处置法24
• 1.6 研究意义及研究内容24-27
• 1.6.1 课题研究意义24-25
• 1.6.2 论文研究内容25
• 1.6.3 课题来源25-27
• 第二章 实验部分27-33
• 2.1 实验原料27
• 2.2 化学试剂和实验仪器27-28
• 2.2.1 化学试剂27-28
• 2.2.2 所用仪器设备28
• 2.3 TG-FTIR实验28-29
• 2.4 固定床反应实验29-30
• 2.5 分析测试方法30
• 2.6 浸出毒性测试30-33
• 2.6.1 HJ/T299-200730-31
• 2.6.2 EPA Method 131131-33
• 第三章 含砷石膏渣碳热还原分解的热力学计算33-47
• 3.1 引言33
• 3.2 主要化学反应33-35
• 3.3 吉布斯自由能与温度的关系35-39
• 3.4 反应平衡组分图39-45
• 3.4.1 碳的氧化反应39-40
• 3.4.2 CaSO_4碳热还原40-44
• 3.4.3 砷酸盐的分解转化44-45
• 3.5 小结45-47
• 第四章 含砷石膏渣碳热还原分解的TG-FTIR分析47-65
• 4.1 污泥特性47-49
• 4.2 含砷石膏渣和煤粉直接热分解49-54
• 4.2.1 煤粉直接热分解49-52
• 4.2.2 石膏渣直接热分解52-54
• 4.3 煤粉对含砷石膏渣分解的影响规律54-63
• 4.3.1 TG-DSC分析54-59
• 4.3.2 FTIR分析59-63
• 4.4 小结63-65
• 第五章 固定床反应评价实验65-89
• 5.1 分解过程中砷的迁移走向65-75
• 5.1.1 含砷石膏渣热稳定性65-67
• 5.1.2 煤粉掺入比例影响67-75
• 5.2 还原分解过程中气体产物分析75-80
• 5.3 分解残渣以及挥发烟尘的物相分析80-85
• 5.4 含砷石膏渣替代钙基冶炼熔剂可行性分析85-86
• 5.5 小结86-89
• 第六章 结论89-91
• 致谢91-93
• 参考文献93-101
• 附录101
• 附录A 攻读硕士学位期间论文发表与专利申请101

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 农泽喜;王兴润;舒新前;张洁;刘峰;何洁;;含砷冶炼废渣高温烧结过程砷的迁移特性[J];环境工程学报;2013年03期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 李玉虎;有色冶金含砷烟尘中砷的脱除与固化[D];中南大学;2012年

2 谢海云;高砷硫化铜精矿细菌浸出及砷的综合利用工艺及理论研究[D];昆明理工大学;2008年

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本文编号：852373