高铝粉煤灰亚熔盐法提铝工艺应用基础研究
发布时间：2020-07-22 20:05
【摘要】：高铝粉煤灰是近年来在我国内蒙古西部、山西北部等地发现的一种特色富铝资源,年产生量达5000万吨以上,亟待开发利用。作为唯一碱性全湿法工艺,亚熔盐法处理高铝粉煤灰新技术已展示了其良好的工业化前景,正在进行工业化放大试验,但目前部分提铝反应机理和放大规律尚未完全清晰。为了实现亚熔盐法高铝粉煤灰中氧化铝的高效低成本提取,本研究开展了溶出过程物相转化规律、中间产物高温溶出动力学及微观机理、副产物的形成机理与调控、工艺的工业化放大实践等应用基础研究。论文取得了如下创新性进展:(1)探究了粉煤灰在不同尺寸类型反应器内的溶出反应规律,通过反应器参数的调整优化,使粉煤灰溶出反应温度由280℃降低至240℃左右,并通过反应器流场模拟计算发现,不同反应器混合效果存在的巨大差异是造成溶出条件不同的主要因素,据此获得了粉煤灰优化的溶出参数和反应器放大设计指导依据;(2)提出了亚熔盐法高铝粉煤灰提铝两阶段反应机理,确定了Na8A16Si6024(OH)2(H20)2是衔接两阶段溶出的重要中间产物,借助特殊设计的实时快速取样装置,研究了 Na8A16Si6O24(OH)2(H20)2在亚熔盐介质中高温分解的动力学,采用 Avarmi-Erofeev 方程对 255-270℃ 间 Na8A16Si6O24(OH)2(H20)2 分解数据进行拟合,获得Na8A16Si6O24(OH)2(H20)2的分解反应的表观活化能为255.55kJ/mol;(3)系统研究了溶出过程生成的含铝副产物——水合铝硅酸钠钙的生成及控制规律,发现该副产物的生成一方面受终态溶液苛性比影响,当反应液相终态苛性比高于14时可完全避免其生成;研究同时发现,亚熔盐法溶出过程存在的硅酸氢钠钙产物对反应物的包裹是副产物生成的另一主要原因,通过提高搅拌速度强化传质扩散可有效抑制副产物水合铝硅酸钠钙的生成;(4)深入研究了工业放大试验中管道结疤生成机理,提出了通过调控物料停留时间来抑制管道结疤的控制方法,并通过连续18天的工业运行试验验证了本研究提出的控制管道结疤方法的可行性。通过调控,最终结疤生成速度降低76.65%。上述研究成果已经通过工业现场百吨级扩试和万吨级中试试验验证,取得了良好的效果,中试研究积累了丰富的工业化试验数据,为工艺的进一步工业化放大奠定了较为坚实的基础。
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ133.1;TQ536.4
【图文】：
粉煤灰是煤炭在火力发电厂燃煤锅炉中燃烧后排放出的废渣，是一种工业固逡逑体废弃物［１］。近年来，由于我国火力发电工业的迅速发展，导致粉煤灰排放量逐逡逑年增加，图１．１为从２００２年到２０１５年以来我国历年粉煤灰年产量［２＇邋３］。２０１５年逡逑粉煤灰排放量达到丫邋６．２亿吨［２邋４］。目前我国是世界上最大的煤炭生产国和消费逡逑国＋７］，也是粉煤灰最大的产生国。由于我国粉煤灰排放量巨大且有效利用不足，逡逑累计堆存量己达２５亿吨，粉煤灰已成为我国最大的单一固体污染源［８］。尽管中逡逑国已经^u始调整能源结构，但是在未来几十年中火力发电仍将是我国最大的能源逡逑来源［９１，大宗粉煤灰的综合利用仍将是未来一段时间内迫切需要解决的环境问题逡逑之一。逡逑〖Ｓｉ逡逑２００２邋２００３邋２００４邋２００５邋２００６邋２００７邋２００８邋２００９邋２０１０邋２０１１邋２０１２邋２０１３邋２０１４邋２０１５逡逑Ｙｅａｒ逡逑图１．１我国粉煤灰２００２－２０１５年历年排放量逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｃｏａｌ邋ｆｌｙ邋ａｓｈ邋ｉｎ邋Ｃｈｉｎａ邋ｉｎ邋２００２－２０１５逡逑粉煤灰大量堆存对生态环境和人体健康具有严重危害，主要表现在以下几个逡逑－１邋－逡逑
粉煤灰是煤炭在火力发电厂燃煤锅炉中燃烧后排放出的废渣，是一种工业固逡逑体废弃物［１］。近年来，由于我国火力发电工业的迅速发展，导致粉煤灰排放量逐逡逑年增加，图１．１为从２００２年到２０１５年以来我国历年粉煤灰年产量［２＇邋３］。２０１５年逡逑粉煤灰排放量达到丫邋６．２亿吨［２邋４］。目前我国是世界上最大的煤炭生产国和消费逡逑国＋７］，也是粉煤灰最大的产生国。由于我国粉煤灰排放量巨大且有效利用不足，逡逑累计堆存量己达２５亿吨，粉煤灰已成为我国最大的单一固体污染源［８］。尽管中逡逑国已经^u始调整能源结构，但是在未来几十年中火力发电仍将是我国最大的能源逡逑来源［９１，大宗粉煤灰的综合利用仍将是未来一段时间内迫切需要解决的环境问题逡逑之一。逡逑〖Ｓｉ逡逑２００２邋２００３邋２００４邋２００５邋２００６邋２００７邋２００８邋２００９邋２０１０邋２０１１邋２０１２邋２０１３邋２０１４邋２０１５逡逑Ｙｅａｒ逡逑图１．１我国粉煤灰２００２－２０１５年历年排放量逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｃｏａｌ邋ｆｌｙ邋ａｓｈ邋ｉｎ邋Ｃｈｉｎａ邋ｉｎ邋２００２－２０１５逡逑粉煤灰大量堆存对生态环境和人体健康具有严重危害，主要表现在以下几个逡逑－１邋－逡逑
铝共生资源总量就达５００亿吨以上，燃烧后可产生高铝粉煤灰１５０亿吨，其中蕴逡逑藏的氧化铝含量极为丰富。另一方面，我国用于氧化铝生产的传统铝土矿原料严逡逑重短缺，大量依赖进口。图１．３为我国近年来铝土矿的生产与进口情况［１６＃。从逡逑图中数据可以看出，我国铝土矿对外依存度己超过５０％［１９］。逡逑７０００邋－逦逦邋．逦．逦网逡逑１逦１邋Ｄｏｍｅｓｔｉｃ邋ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ逡逑＂Ｓ逦—Ｉ邋Ｉｍｎｏｒｔ邋ｖｏｌｕｍｅ逡逑§邋６０００邋－逡逑ｗ邋＿邋５０００邋－逡逑１１邋？逦ｍ邋ｎ邋ｆ－？邋ｎ逡逑１邋１邋４０００邋－逦ｎ邋ｎ邋＿邋ａ逡逑１．１逦？邋ｒｎ逦＿邋，邋％邋Ｍ逡逑｜！邋３０００邋ｎ邋＾逦１：：丨：；＿１１：逡逑Ｓ邋２０００邋－，：、＜：逦巧逦ｐ邋S谩㈠义希卞濉隽铄迦瑁海海海哄危掊
本文编号：2766283
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ133.1;TQ536.4
【图文】：
粉煤灰是煤炭在火力发电厂燃煤锅炉中燃烧后排放出的废渣，是一种工业固逡逑体废弃物［１］。近年来，由于我国火力发电工业的迅速发展，导致粉煤灰排放量逐逡逑年增加，图１．１为从２００２年到２０１５年以来我国历年粉煤灰年产量［２＇邋３］。２０１５年逡逑粉煤灰排放量达到丫邋６．２亿吨［２邋４］。目前我国是世界上最大的煤炭生产国和消费逡逑国＋７］，也是粉煤灰最大的产生国。由于我国粉煤灰排放量巨大且有效利用不足，逡逑累计堆存量己达２５亿吨，粉煤灰已成为我国最大的单一固体污染源［８］。尽管中逡逑国已经^u始调整能源结构，但是在未来几十年中火力发电仍将是我国最大的能源逡逑来源［９１，大宗粉煤灰的综合利用仍将是未来一段时间内迫切需要解决的环境问题逡逑之一。逡逑〖Ｓｉ逡逑２００２邋２００３邋２００４邋２００５邋２００６邋２００７邋２００８邋２００９邋２０１０邋２０１１邋２０１２邋２０１３邋２０１４邋２０１５逡逑Ｙｅａｒ逡逑图１．１我国粉煤灰２００２－２０１５年历年排放量逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｃｏａｌ邋ｆｌｙ邋ａｓｈ邋ｉｎ邋Ｃｈｉｎａ邋ｉｎ邋２００２－２０１５逡逑粉煤灰大量堆存对生态环境和人体健康具有严重危害，主要表现在以下几个逡逑－１邋－逡逑
粉煤灰是煤炭在火力发电厂燃煤锅炉中燃烧后排放出的废渣，是一种工业固逡逑体废弃物［１］。近年来，由于我国火力发电工业的迅速发展，导致粉煤灰排放量逐逡逑年增加，图１．１为从２００２年到２０１５年以来我国历年粉煤灰年产量［２＇邋３］。２０１５年逡逑粉煤灰排放量达到丫邋６．２亿吨［２邋４］。目前我国是世界上最大的煤炭生产国和消费逡逑国＋７］，也是粉煤灰最大的产生国。由于我国粉煤灰排放量巨大且有效利用不足，逡逑累计堆存量己达２５亿吨，粉煤灰已成为我国最大的单一固体污染源［８］。尽管中逡逑国已经^u始调整能源结构，但是在未来几十年中火力发电仍将是我国最大的能源逡逑来源［９１，大宗粉煤灰的综合利用仍将是未来一段时间内迫切需要解决的环境问题逡逑之一。逡逑〖Ｓｉ逡逑２００２邋２００３邋２００４邋２００５邋２００６邋２００７邋２００８邋２００９邋２０１０邋２０１１邋２０１２邋２０１３邋２０１４邋２０１５逡逑Ｙｅａｒ逡逑图１．１我国粉煤灰２００２－２０１５年历年排放量逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｃｏａｌ邋ｆｌｙ邋ａｓｈ邋ｉｎ邋Ｃｈｉｎａ邋ｉｎ邋２００２－２０１５逡逑粉煤灰大量堆存对生态环境和人体健康具有严重危害，主要表现在以下几个逡逑－１邋－逡逑
铝共生资源总量就达５００亿吨以上，燃烧后可产生高铝粉煤灰１５０亿吨，其中蕴逡逑藏的氧化铝含量极为丰富。另一方面，我国用于氧化铝生产的传统铝土矿原料严逡逑重短缺，大量依赖进口。图１．３为我国近年来铝土矿的生产与进口情况［１６＃。从逡逑图中数据可以看出，我国铝土矿对外依存度己超过５０％［１９］。逡逑７０００邋－逦逦邋．逦．逦网逡逑１逦１邋Ｄｏｍｅｓｔｉｃ邋ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ逡逑＂Ｓ逦—Ｉ邋Ｉｍｎｏｒｔ邋ｖｏｌｕｍｅ逡逑§邋６０００邋－逡逑ｗ邋＿邋５０００邋－逡逑１１邋？逦ｍ邋ｎ邋ｆ－？邋ｎ逡逑１邋１邋４０００邋－逦ｎ邋ｎ邋＿邋ａ逡逑１．１逦？邋ｒｎ逦＿邋，邋％邋Ｍ逡逑｜！邋３０００邋ｎ邋＾逦１：：丨：；＿１１：逡逑Ｓ邋２０００邋－，：、＜：逦巧逦ｐ邋S谩㈠义希卞濉隽铄迦瑁海海海哄危掊
本文编号：2766283
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/2766283.html
