阿克塞石棉尾矿资源化利用的热力学、动力学及工艺技术评价研究

发布时间：2017-11-11 09:32

本文关键词：阿克塞石棉尾矿资源化利用的热力学、动力学及工艺技术评价研究

【摘要】：温石棉尾矿的大量堆积容易引起大气、水体和土壤污染,对生态环境和人体健康造成严重危害,而且可造成资源浪费。针对目前研究主要集中于实验研究,而忽略理论计算的不足,本文以甘肃省阿克塞红柳沟温石棉尾矿为原料,对石棉尾矿直接焙烧及添加硫酸铵、硫酸氢铵、硫酸铵-硫酸、碳酸钠和氢氧化钠后共六种焙烧活化工艺的Gibbs自由能变化进行了计算；研究了硫酸铵-硫酸混合焙烧温石棉尾矿浸取提镁技术的最佳焙烧工艺条件,研究了焙烧过程的反应机理,详细计算了焙烧过程的非等温动力学；研究了运用活化产物水浸液和水浸残渣制备高纯硅镁化合物制备的工艺条件,计算了氢氧化镁晶体生长动力学和白炭黑沉淀动力学。同时,对工艺进行综合评价研究。研究结果表明：相比其他五种工艺技术,硫酸铵-硫酸混合焙烧活化工艺的反应活性仅比硫酸氢铵焙烧活化工艺略低,比其他四种工艺都高。气体的总分压对各反应系统的影响总趋势相同,但是,气体分压对各种工艺技术的影响的程度不相同。以硫酸铵为焙烧助剂,浓硫酸为活化剂焙烧石棉尾矿提取氧化镁,氧化镁提取率可达86%。焙烧水浸后得到的水浸渣良好的继承了尾矿的形貌特征。过程分析表明,该焙烧过程主要分为三个阶段。动力学实验表明：以硫酸铵-浓硫酸为助剂焙烧活化温石棉尾矿的三个阶段中前两个阶段的最概然机理函数为G(α)=-ln(1-α),f(α)=1-α；第三个阶段的最概然机理函数为G(α)=[-ln(1-α)]~(2/3),f(α)=3/2(1-α)[-ln(1-α)]~(1/3)。三个阶段反应的表观活化能Ea依次为9321kJ·mol~(-1)、162.34kJ·mol~(-1)和 122.21kJ·mol~(-1),指前因子1gA_k依次为12.25S~(-1)、20.36 S~(-1)和14.17 S~(-1)。焙烧活化产物的水浸液经调节pH值除杂后获得精制硫酸镁溶液,加入氨水,采用同时注入沉淀法在pH值为10.5条件下制备了片状结构完好的氢氧化镁,Mg2+的转化率达94.8%；动力学分析表明Mg(OH)_2的晶体质量和晶体平均粒径随着反应时间的延长表现出指数增长的趋势。以氢氧化镁为原料通过焙烧制备氧化镁,随焙烧温度的升高,氧化镁的晶粒逐渐增大。焙烧活化产物的水浸渣经碱浸处理后制备偏硅酸钠,加入硫酸,采用同时注入沉淀法,在pH值为8.5条件下制备了超细白炭黑；动力学实验表明,以偏硅酸钠制备白炭黑属于二级反应,动力学常数为0.0019dm3/(mol.min),反应速率方程为r=0.0019(α-x)(b-x)。运用硫酸铵-硫酸焙烧活化工艺技术提取温石棉尾矿中的有价组分,焙烧过程的硫酸铵回收率达到88%,Mg(OH)_2制备过程中硫酸铵的回收率达到86%,有效的减轻了化学助剂对环境的负荷。与直接焙烧活化及添加硫酸氢铵、碳酸钠及氢氧化钠后焙烧活化工艺技术相比,采用硫酸铵-硫酸焙烧技术的能耗低,提取率高。与硫酸铵焙烧活化工艺技术相比,采用硫酸铵-硫酸焙烧工艺技术经济效益更好。采用硫酸铵-硫酸焙烧循环工艺技术能很好的做到大大减少污染物排放和保护生态环境,通过一定的处理能够实现排放物无害化。同时,该工艺是循环工艺,节省化工助剂,从而降低成本,提高经济效益,符合国家提倡的循环经济和可持续发展的理念。
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD926.4

【参考文献】

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2 宋鹏程;彭同江;孙红娟;鲜海洋;余玉操;;纤蛇纹石短纤维去金属氧化物制备纤维状多孔二氧化硅[J];硅酸盐学报;2014年11期

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