矿化剂对磷石膏还原分解过程的作用与机理研究

发布时间：2017-09-12 17:49

  本文关键词：矿化剂对磷石膏还原分解过程的作用与机理研究

  更多相关文章： 磷石膏 还原分解 矿化剂 动力学 机理研究

【摘要】：磷石膏作为典型大宗固废,其堆放量已超过3亿吨。磷石膏的产排量日益增大已严重影响了环境可持续发展,其综合处理与处置已成为磷化工行业亟待解决的重要问题。磷石膏制硫酸联产水泥是大量消耗磷石膏的途径之一,但磷石膏分解温度过高、能耗过大的缺点依然严重制约着该技术推广。本文将矿化剂用于磷石膏还原分解过程,以克服传统工艺的不足,从而降低磷石膏分解温度,提高分解转化率。主要研究了矿化剂对磷石膏还原分解的作用效果,从动力学和热力学的角度对磷石膏还原分解过程的影响因素进行分析,结合物相变化、微观形貌和元素迁移等变化规律,探讨矿化剂对磷石膏还原分解过程的反应机理。本论文得到的主要研究成果如下：研究选取不同的矿化剂用于磷石膏的还原分解,从中筛选出了适宜的单一矿化剂(CaF2),有效降低磷石膏分解温度,提高其还原分解效果。添加3 wt%矿化剂CaF2时,磷石膏还原分解过程的最佳工艺参数为：物料C：S摩尔比0.7、分解温度950℃、分解时间为60 mmin,进口载气中氧浓度设置为1.9～2.2%,反应体系PCO/PCO2为13-18%。在最优条件下,磷石膏的分解率高达90.6%，，SO2转化率也达到70.4%,分解尾气中的S02体积浓度高达11.9 vol%,可以满足工业制硫酸的要求。磷石膏还原分解的正交试验筛选出最佳的复合矿化剂为2 wt% Na3AlF6、2wt% CaF2,分解温度是磷石膏还原分解过程的显著性因素；磷石膏分解前后物料的微观形貌发生了巨大的变化,物相分析和元素含量分析发现,加入适宜的矿化剂后,磷石膏分解产物主要成分为Ca2SiO4、Ca3SiO5及少量的CaSiO3,是水泥熟料的主要组分。动力学研究表明,采用Coats-Redfern法计算获得在矿化剂CaF2作用下磷石膏还原分解的活化能为E=380.06 kJ/mol,指前因子A=1.56×1016。等转化率法估算磷石膏还原分解的活化能可以直观地看出转化率与活化能的变化规律,用Flynn-Wall-Ozawa法和Vyazovkin and Wight法分析磷石膏分解的动力学可知,转化率较低时的反应机理十分复杂,可能存在多个平行竞争反应。磷石膏还原分解过程元素平衡研究发现,硫元素的迁移包括固相迁移和气相迁移,硫在分解残渣中主要以CaS和CaSO4的形式存在,在气相中除SO2外,还有未知含硫组分；磷石膏还原分解过程中氟元素的迁移形式主要存在于固相成分中,气相氟组分的转移与转化并不明显。
【关键词】：磷石膏 还原分解 矿化剂 动力学 机理研究
【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】：X781.3
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 磷石膏的来源与危害12
• 1.2 磷石膏的综合利用12-18
• 1.2.1 磷石膏在农业的应用13-14
• 1.2.2 磷石膏在化工行业的应用14-15
• 1.2.3 磷石膏在建材行业的应用15-16
• 1.2.4 磷石膏在水泥工业的应用16-18
• 1.3 磷石膏还原分解研究进展18-19
• 1.3.1 国外研究进展18
• 1.3.2 国内研究进展18-19
• 1.4 课题背景及主要研究内容19-24
• 1.4.1 课题背景19-20
• 1.4.2 主要研究内容20-21
• 1.4.3 技术路线21
• 1.4.4 研究创新点21-24
• 第二章 试验材料与方法24-30
• 2.1 试验流程与方法24-26
• 2.1.1 试验流程24-25
• 2.1.2 分析测试方法25-26
• 2.2 试验试剂与设备26-27
• 2.2.1 试验试剂26-27
• 2.2.2 仪器设备27
• 2.3 理化特征分析27-30
• 第三章 CaF_2对磷石膏还原分解效果的影响30-44
• 3.1 矿化剂的筛选30-32
• 3.1.1 原料预处理30
• 3.1.2 磷石膏的性质30-31
• 3.1.3 磷石膏还原分解试验31-32
• 3.2 试验条件优化32-36
• 3.2.1 碳硫比的影响33
• 3.2.2 分解温度的影响33-34
• 3.2.3 分解时间的影响34-35
• 3.2.4 反应氛围的影响35-36
• 3.3 分析与表征36-42
• 3.3.1 固态产物的物相分析36-37
• 3.3.2 固态产物的微观形貌37-38
• 3.3.3 固态产物的元素组成38-39
• 3.3.4 高温显微镜分析39-42
• 3.4 本章小结42-44
• 第四章 复合矿化剂对磷石膏还原分解效果的影响44-58
• 4.1 磷石膏还原分解的多因素分析44-47
• 4.1.1 磷石膏还原分解正交试验44-45
• 4.1.2 试验结果分析45-47
• 4.2 矿化剂的对比试验研究47-50
• 4.2.1 矿化剂种类对试验的影响47-48
• 4.2.2 固相产物的物相分析48-50
• 4.3 分析与表征50-54
• 4.3.1 固相产物的微观形貌50-51
• 4.3.2 固相产物的元素组成51-54
• 4.4 硫氟元素迁移分析54-57
• 4.4.1 磷石膏还原分解的物料分析54-55
• 4.4.2 还原分解过程的硫平衡55-56
• 4.4.3 还原分解过程的氟平衡56-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第五章 磷石膏还原分解过程的机理分析58-72
• 5.1 磷石膏还原分解基本原理58-59
• 5.2 磷石膏还原分解的热力学行为59-61
• 5.2.1 还原分解的热力学平衡组分59
• 5.2.2 平衡相图分析59-61
• 5.3 动力学理论61-63
• 5.3.1 模型拟合法62-63
• 5.3.2 等转化率法63
• 5.4 磷石膏的热分析63-67
• 5.4.1 磷石膏还原分解TG试验63-65
• 5.4.2 升温速率对磷石膏还原分解的影响65-66
• 5.4.3 反应级数对温度积分曲线的影响66-67
• 5.5 动力学参数计算67-70
• 5.5.1 模型法估算活化能67-68
• 5.5.2 等转化率估算活化能68-70
• 5.6 本章小结70-72
• 第六章 结论与建议72-74
• 6.1 结论72-73
• 6.2 建议73-74
• 致谢74-76
• 参考文献76-82
• 附录A 攻读硕士期间研究成果82

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;两步法磷石膏制取硫酸钾新工艺问世[J];化工矿物与加工;2000年04期

2 于海南;千吨铵法处理磷石膏制硫酸钾中试开发研究通过鉴定[J];现代化工;2000年08期

3 彭家惠,万体智,汤玲,张建新,陈明凤;磷石膏中杂质组成、形态、分布及其对性能的影响[J];中国建材科技;2000年06期

4 冯元琦;利用磷石膏[J];中国石油和化工;2000年02期

5 ;千吨铵法处理磷石膏制硫酸钾中试开发研究通过鉴定[J];云南化工;2000年04期

6 万体智,彭家惠,张建新;磷石膏中磷的分析及对性能影响研究[J];房材与应用;2001年04期

7 刘晓红;磷石膏制硫酸钾的新工艺[J];中小企业科技;2001年09期

8 冯金煌 ,江水;精制磷石膏的技术特点[J];硫磷设计与粉体工程;2002年02期

9 王世娟;磷石膏综合利用探讨[J];南通职业大学学报;2002年04期

10 伍湘秋;磷石膏的资源化利用[J];非金属矿;2003年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 刘芳;蒲心诚;吴建华;;磷石膏综合利用方案探讨[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年

2 卢廷浩;徐雪源;;磷石膏的工程特性[A];第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2004年

3 杨铁军;曹巨辉;汪宏涛;薛明;梁伟;冯跃洲;;磷石膏综合利用现状及进展研究[A];2008中国环境科学学会学术年会优秀论文集（下卷）[C];2008年

4 吴亮亮;王琼;;我国磷石膏污染防治与综合利用技术现状[A];2013中国环境科学学会学术年会论文集（第五卷）[C];2013年

5 何玉鑫;万建东;唐永波;刘小全;朱旭;刘丽娟;王彦梅;;磷石膏多元化应用研究进展[A];2013中国建筑材料联合会石膏建材分会第四届年会暨第八届全国石膏技术交流大会及展览会论文集[C];2013年

6 马世臻;运向鹏;胡开元;;磷石膏处理及资源化利用[A];2012中国建筑材料联合会石膏建材分会第三届年会暨第七届全国石膏技术交流大会及展览会论文集[C];2012年

7 吴兆正;;我国资源化利用磷石膏的若干建议[A];2008第三届全国石膏生产与应用技术交流大会论文集[C];2008年

8 马菊英;徐迅;;用磷石膏制备自流平材料的技术可行性分析[A];2009预拌砂浆发展论坛论文集[C];2009年

9 邓竹林;刘芳;;磷石膏制砖工艺研究[A];房建材料与绿色建筑[C];2009年

10 王立明;周军璞;;利用工业废渣-磷石膏生产建材产品产业化技术的研究[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 本报记者 郭薇;磷石膏将转变成为新型墙体材料[N];中国环境报;2005年

2 汪哲;让磷石膏成为绿色生态墙体[N];光明日报;2005年

3 记者 王笑欢;“十一五”磷石膏利用率目标翻番[N];中国化工报;2006年

4 本报记者 刘方斌;磷肥行业添新愁：磷石膏渣成了危险废物[N];中国化工报;2006年

5 刘有雄;磷石膏制硫酸联产水泥形成产业链[N];中国化工报;2006年

6 ;磷石膏利用走循环经济发展道路[N];中国化工报;2006年

7 林协;磷石膏身份由“废渣”变“产品”[N];中国化工报;2007年

8 宋继文;警惕以磷石膏为原料生产的“化肥”坑农[N];湖北科技报;2007年

9 本报记者 王笑欢;“十一五”期间磷石膏综合利用率达20%[N];农资导报;2006年

10 本报记者 李阿珊;自主创新 磷石膏变废为宝[N];中华建筑报;2007年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 沈燕;利用磷石膏制备高硫型贝利特硫铝酸盐水泥的研究[D];重庆大学;2015年

2 徐悦;磷石膏低温分解煅烧制复合胶凝材的开发研究[D];昆明理工大学;2015年

3 杨林;半水磷石膏矿物学特征及胶凝性能变化行为[D];贵州大学;2016年

4 杨敏;杂质对不同相磷石膏性能的影响[D];重庆大学;2008年

5 应国量;磷石膏分解特性及其流态化分解制硫酸联产石灰的工艺研究[D];武汉理工大学;2011年

6 李美;磷石膏品质的影响因素及其建材资源化研究[D];重庆大学;2012年

7 马林转;循环流化床分解磷石膏及分解气体资源化研究[D];昆明理工大学;2007年

8 黄峗;磷石膏基水泥的开发研究[D];武汉理工大学;2010年

9 丁沙;过硫磷石膏矿渣水泥混凝土抗海盐侵蚀性能与机理研究[D];武汉理工大学;2014年

10 肖厚军;磷石膏矫治酸性黄壤的效应及机制研究[D];西南大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 谢永中;蒸汽预处理磷石膏制备承重墙材及其机理探讨[D];华中科技大学;2007年

2 杜勇;建筑磷石膏改性研究与应用[D];重庆大学;2010年

3 廖霞;贵州磷石膏的理化性质分析及表征[D];贵州大学;2006年

4 王成波;磷石膏制硫酸新工艺探讨[D];四川大学;2007年

5 王轩

本文编号：838659