磷尾矿烧制陶粒工艺及资源化利用的试验研究

发布时间：2017-04-15 04:16

  本文关键词：磷尾矿烧制陶粒工艺及资源化利用的试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：磷尾矿是磷矿浮选精矿后的剩余废料。由于磷尾矿中五氧化二磷的含量比较低,杂质多,没有生产磷肥或磷酸的价值,导致磷尾矿大量堆积。然而磷尾矿中仍含有多种有用成分,如何有效的利用磷尾矿中有用成分是资源综合利用的热点课题之一。我国目前对磷尾矿的利用方式主要有二次资源再选、建筑材料、土壤改良剂等。本文以磷尾矿、软夹层和黑色页岩为原料,研究烧制陶粒。通过单因素试验确定陶粒的烧制工艺,然后采用响应曲面法对工艺进行优化,最后对磷尾矿陶粒制品进行资源化利用试验研究。为磷尾矿、软夹层、黑色页岩的综合利用提供新途径,同时为磷尾矿中磷的利用提供依据。主要工作和取得的成果如下:(1)通过XRF和XRD对磷尾矿、软夹层、黑色页岩的化学组成和物相进行了测试分析。发现原料中仍有P2O5,且主要以羟基磷灰石[Ca5(PO4)3(OH)]、氟磷灰石[Ca5(PO4)3F]的形式存在。因此,大量磷尾矿堆存于尾矿库中,未被充分利用,造成资源浪费。(2)以磷尾矿为主料,软夹层和黑色页岩为辅料烧制陶粒。通过单因素试验,分析原料配比和烧制工艺对陶粒制品的有效磷含量、全磷含量、1h吸水率、颗粒强度、堆积密度的影响。最终确定烧制陶粒的最优条件为:磷尾矿:软夹层:黑色页岩:81%:9%:10%,预热温度400℃,预热时间10min,烧结温度900℃,烧结时间50min。由此获得的磷尾矿陶粒制品的有效磷含量为8.32%,全磷含量为14.86%,1h吸水率为13.82%,堆积密度为922.43kg/m3,颗粒强度为270.29N。(3)为了得到有效磷含量更高、性能更好的陶粒制品,采用响应曲面法(RSM)对原料的配比、烧制工艺进行优化试验。对响应值(有效磷含量,1h吸水率)的响应面模型分别进行方差分析,并通过P值和试验值与预测值的图形对响应面进行显著性分析;通过对响应曲面图形综合分析,最后模型预测得到的磷尾矿含量和1h吸水率与验证试验的结果吻合。优化得到的试验条件为:磷尾矿:软夹层:黑色页岩:82%:9%:9%,预热温度350℃,预热时间6min,烧结温度883℃,烧结时间60min。由此条件得到的磷尾矿陶粒制品有效磷含量为9.17%,全磷含量14.23%,1h吸水率为14.95%,颗粒强度242.53N,堆积密度为869.36kg/m3。相比单因素试验,有效磷含量提高了11.9%,1h吸水率提高了8.2%,堆积密度降低了6%。(4)对磷尾矿陶粒制品进行资源化利用研究试验发现:磷尾矿陶粒制品中含有9.17%的有效磷,有提高土壤肥效的物质基础;利用XRD分析陶粒制品物相发现,制品中主要有含磷矿物晶体,能中和酸性土壤的PH值;陶粒制品的As、Hg、Cd、Pb和Cr五种重金属含量和PH等指标满足国家的《城镇垃圾农用控制标准》(GB8172-87),可进行农用资源化利用。将磷尾矿陶粒制品用于小白菜盆栽试验发现,与未加陶粒的处理相比,施加陶粒的处理组的小白菜的株高、单株鲜重、产量等直观数据均比未施加陶粒的处理组高,且当陶粒质量分数60%,小白菜产量最高,最大增产率为77.31%,表明磷尾矿陶粒在农用资源化处置方面效果很好,有良好的应用和发展前景。
【关键词】：磷尾矿 陶粒 烧制 响应曲面法 资源化利用
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD926.4;TQ174.6
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 磷矿资源概述10-11
• 1.2 磷尾矿的概述11-14
• 1.2.1 磷尾矿的产生及危害11-12
• 1.2.2 磷尾矿国内外综合利用研究现状12-14
• 1.3 陶粒的资源化利用概述14-16
• 1.3.1 陶粒的基本情况14
• 1.3.2 烧制陶粒对原料成分要求14-15
• 1.3.3 陶粒的资源化利用研究现状15-16
• 1.4 本课题的研究目的及意义、内容、技术路线16-20
• 1.4.1 本课题研究目的及意义16
• 1.4.2 本文研究的内容16-17
• 1.4.3 本文研究的技术路线17-20
• 2 原料处理和试验方法20-32
• 2.1 磷尾矿和软夹层及黑色页岩的性能特征20-25
• 2.1.1 原料样品的化学组成分析21-22
• 2.1.2 原料样品的物相分析22-25
• 2.2 部分试验设备25
• 2.3 陶粒烧制流程25-28
• 2.4 陶粒指标的检测方法28-30
• 2.4.1 有效磷和全磷含量测定方法28-29
• 2.4.2 1h吸水率测定方法29
• 2.4.3 陶粒的颗粒强度测定方法29-30
• 2.4.4 陶粒的堆积密度测定方法30
• 2.5 磷尾矿陶粒的资源化利用研究试验流程30-31
• 2.6 本章小结31-32
• 3 磷尾矿烧制陶粒试验研究32-44
• 3.1 引言32
• 3.2 试验设计32-33
• 3.3 原料配比和烧制工艺的确定33-42
• 3.3.1 软夹层掺量对陶粒性能的影响33-34
• 3.3.2 黑色页岩的掺量对陶粒性能的影响34-36
• 3.3.3 预热温度的确定36-37
• 3.3.4 预热时间的确定37-38
• 3.3.5 烧结温度的确定38-40
• 3.3.6 烧结时间的确定40-42
• 3.4 本章小结42-44
• 4 基于响应曲面法的陶粒原料配比和烧制工艺优化44-62
• 4.1 引言44
• 4.2 响应曲面法的基本原理44
• 4.3 建立试验响应面模型44-48
• 4.3.1 响应曲面的模型建立方法44-47
• 4.3.2 建立本试验响应面模型47-48
• 4.4 结果与讨论48-59
• 4.4.1 响应面模型回归方程50-54
• 4.4.2 有效磷的含量54-57
• 4.4.3 1h吸水率57-59
• 4.5 试验工艺优化59
• 4.6 本章小结59-62
• 5 磷尾矿陶粒的资源化利用研究62-70
• 5.1 磷尾矿陶粒制品的农用资源化利用可行性研究62-63
• 5.1.1 磷尾矿陶粒制品的物相分析62-63
• 5.1.2 磷尾矿陶粒制品的重金属含量和PH分析63
• 5.1.3 磷尾矿陶粒制品中的营养物质含量分析63
• 5.2 资源化利用试验材料63-64
• 5.2.1 陶粒63-64
• 5.2.2 供试土壤64
• 5.2.3 供试作物64
• 5.3 资源化利用试验设计64-66
• 5.3.1 盆栽试验65
• 5.3.2 测定项目65-66
• 5.4 试验结果与分析66-68
• 5.4.1 不同处理对小白菜的株高和鲜重的影响66-67
• 5.4.2 不同处理对小白菜产量和增产率的影响67-68
• 5.5 本章小结68-70
• 6 结论与展望70-74
• 6.1 总结70-71
• 6.2 展望71-74
• 致谢74-76
• 参考文献76-80
• 附录80
• A. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目80

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  本文关键词：磷尾矿烧制陶粒工艺及资源化利用的试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：307611