黄泥山蛋白石—凹凸棒石黏土资源化综合利用的研究

发布时间：2020-10-31 05:05

　　 黄泥山矿山是江苏盱眙县凹凸棒石主采矿区,每年有大约10万吨凹凸棒石包覆在蛋白石团块外构成的蛋白石-凹凸棒石复合体(40%凹凸棒石、60%蛋白石)的尾矿未得到有效利用,被丢弃或者直接填回采坑。为开发该类矿石的低成本干法选矿、加工技术,实现蛋白石-凹凸棒石黏土的高值化和综合利用。本文研究了蛋白石-凹凸棒黏土干法选矿技术,基于蛋白石的湿法制备水玻璃技术,凹凸棒石负载锰氧化物复合催化剂的净化甲醛及作用机制。本文主要取得成果如下:(1)干法选矿结果表明,蛋白石-凹凸棒石黏土经过干-湿交替风化崩解后,采用孔径为4mm滚筒筛可选择性破碎并有效筛分出凹凸棒石与蛋白石。经4mm筛分筛上物主要为蛋白石,含量约70%;4mm筛下物主要为凹凸棒石,含量约65%-75%。(2)以干法选矿纯化后的蛋白石为原料,通过响应面法优化水热碱溶制备水玻璃的工艺条件。在单因素实验的基础上,以水玻璃模数和SiO_2浸出率的加权平均值为响应值,根据Box-Behnken的中心组合实验设计原理对反应温度、液固比、碱硅比关键因素进行优化,对实验结果进行方差分析和验证。在分析各个因素的显著性和交互作用后,得出最佳工艺条件为:蛋白石用量为10g时,当液固比为6:1,碱硅比为4.05:10,反应温度为110℃,水玻璃模数和SiO_2浸出率分别为2.85,81.4%。(3)以干法选矿纯化后凹凸棒石为催化剂载体,分别以四种锰盐为前驱体,通过共沉淀法制备凹凸棒石负载锰氧化物复合催化剂并催化净化甲醛。以高锰酸钾为前驱体的MnO_x/PG-PP催化剂中锰氧化物晶型为水钠锰矿,高度分散且包覆在凹凸棒石表面。MnO_x/PG-PP催化甲醛活性最高,在150~oC可将1200ppm的甲醛完全转换为水和二氧化碳。以醋酸锰、硝酸锰、硫酸锰为前驱体的甲醛完全转化温度为200~oC。本征反应动力学表明MVK动力学更适合描述催化甲醛过程,MnO_x/PG-PP催化剂反应活化能为25.9kJ/mol。催化反应过程遵循氧化-还原机理,完全反应路径为:吸附态甲醛首先被转化为亚甲基二氧物种,继而被转化为甲酸盐物种,最终完全被氧化为二氧化碳和水。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TD985
【部分图文】：

第一章 绪论第一章 绪论1.1 研究背景苏皖地区凹凸棒石黏土，简称凹凸棒石（Palygorskite），是我国特色非金属矿产资源，储量巨大，潜在资源量位居世界第一位。如何合理高效地开发这种特色资源并充分利用其资源价值一直受到国家有关部门和安徽、江苏各级政府高度重视。苏皖地区凹凸棒石资源的特点是矿层和矿石矿物组成变化大、杂质矿物含量高、物理化学性质变化大。特别是矿层中夹杂大量玄武岩团块（图1a）、蛋白石条带和团块（图1b），不仅降低了凹凸棒石矿石的品位，而且因凹凸棒石矿石品质不稳定导致加工产品性质不稳定、产品质量不高[1]。

图 3.1 凹凸棒石黏土矿层中蛋白石的分布（a）剖面矿物组成（b）多剖点 XRD 分析Fig 3.1 Distribution of opal in palygorskite ore layer （a）composition of selected clay constituents（b）XRD patterns of different samples图 3.2 刚刚剥离的蛋白石-凹凸棒石黏土Fig 3.2 Fresh opal-palygorskite ore3.1.2 蛋白石-凹凸棒石黏土的矿物学特征

各个凹凸棒石矿稍有差别。在露天分层开采凹凸棒石时，要单独剥离出蛋白石-凹凸棒石黏土出来（图3.2），用推土机或者铲车堆存在一起，或者直接填埋露采坑。剥离出的蛋白石-凹凸棒石黏土中既有蛋白石团块，也有凹凸棒石矿石。蛋白石和凹凸棒石的比例大致为 1:1。由于矿石中蛋白石含量过多，该类矿石的吸附性能和胶体性能均很差，尚没有得到合理利用。目前仅盱眙县黄泥山凹凸棒石矿山每年就有大约 10万吨蛋白石-凹凸棒石黏土尾矿没有得到有效利用。合肥工业大学硕士学位论文
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本文编号：2863483