碳还原粉煤灰制取铝硅合金的研究

发布时间：2021-10-08 10:08

　　2014年我国粉煤灰排放量5亿吨以上,随着电力行业的发展粉煤灰的排放量呈逐年递增的趋势。产量巨大的粉煤灰处理不当,对空气、水土及人体健康会造成消极的影响。粉煤灰中含有大量的氧化铝和氧化硅是一种具有开发利用价值的二次资源。碳还原粉煤灰提取铝硅合金,不仅可以拓展粉煤灰的利用途径,使得粉煤灰高附加值利用,还能延伸煤炭产业链及煤炭和电力行业可持续发展。本文对Al-Si-O-C体系进行热力学计算,并在常压和真空条件下进行了实验研究。常压下,以三种不同来源的粉煤灰为原料,对碳还原粉煤灰的物相变化规律进行了研究。以高铝粉煤灰为原料对碳还原粉煤灰制取铝硅合金的工艺条件进行了研究,并以粉煤灰中提取的粗铝硅合金作为还原剂进行了热法炼镁的实验研究。热力学计算表明在Al-Si-O-C体系中存在复杂的化学反应,铝的碳化物和碳化硅生成热力学条件优于其单质铝和硅生成热力学条件,在高温条件下有气态的铝和硅生成。铝的碳化物、碳化硅、氧化铝、氧化硅及气态物质之间高温下能发生复杂的化学反应,在较低温度下气态物质会生成碳化物。碳化物的生成和分解理论能很好解释碳还原氧化铝和氧化硅的还原过程,然而氧化硅的配入量对还原过程的影响较... 

【文章来源】：昆明理工大学云南省

【文章页数】：116 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 粉煤灰的生成和排放量
    1.2 粉煤灰的理化性能及结构
        1.2.1 粉煤灰的化学组成
        1.2.2 粉煤灰的矿物组成
        1.2.3 粉煤灰的物理性质
        1.2.4 粉煤灰颗粒的微观结构
    1.3 粉煤灰的分类
    1.4 粉煤灰的影响和危害
    1.5 粉煤灰综合利用现状
        1.5.1 建筑材料
        1.5.2 土壤改良
        1.5.3 催化剂
        1.5.4 环保材料
        1.5.5 粉煤灰颗粒分离技术
        1.5.6 合成耐火、陶瓷、沸石材料
        1.5.7 有价金属回收
    1.6 碳还原法制取铝硅合金
        1.6.1 碳还原法制取铝硅合金理论
        1.6.2 国内外碳还原法制取铝硅合金现状
        1.6.3 电炉熔炼过程中存在的困难
    1.7 论文的主要内容
第二章 实验材料及实验方法
    2.1 粉煤灰
        2.1.1 粉煤灰的化学成分
        2.1.2 粉煤灰物相分析
        2.1.3 粉煤灰微观形貌分析
    2.2 还原剂性质
    2.3 粘接剂
    2.4 配料
        2.4.1 配料计算
        2.4.2 原料制团
    2.5 实验设备
        2.5.1 高频感应熔炼炉
        2.5.2 物相和微观形貌检测设备
        2.5.3 碳化硅含量检测
        2.5.4 铝硅铁的回收率及碳化硅生成率计算
    2.6 本章小结
第三章 碳还原氧化铝和氧化硅热力学计算及实验研究
    3.1 碳还原过程的热力学理论计算
        3.1.1 碳还原过程中第一类反应的热力学计算
        3.1.2 碳还原过程中第二类反应的热力学计算
    3.2 碳还原氧化铝和氧化硅实验研究
        3.2.1 常压下碳还原氧化铝
        3.2.2 常压下碳还原氧化铝和氧化硅
        3.2.3 真空下碳还原氧化铝和氧化硅
    3.3 本章小结
第四章 碳还原粉煤灰物相变化规律
    4.1 碳还原粉煤灰实验
        4.1.1 碳还原CFA1粉煤灰
        4.1.2 碳还原CFA2粉煤灰
        4.1.3 碳还原CFA3粉煤灰
    4.2 本章小结
第五章 碳还原粉煤灰制取铝硅合金的工艺条件
    5.1 还原剂的选择
    5.2 熔炼温度
    5.3 熔炼时间
    5.4 配碳量
    5.5 较佳试验条件下重复试验
    5.6 本章小结
第六章 粗铝硅合金热法炼镁的实验研究
    6.1 实验过程
        6.1.1 实验原料
        6.1.2 原料制备
        6.1.3 实验操作
    6.2 热力学分析
    6.3 实验结果与讨论
        6.3.1 镁的回收率
        6.3.2 还原渣
        6.3.3 粗镁XRD和SEM分析
    6.4 本章小结
第七章 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 展望
致谢
参考文献
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]Utilization of Coal Fly Ash for the Production of Glass-ceramics With Unique Performances: A Brief Review[J]. Shuming Wang,Caixing Zhang,Jundan Chen.  Journal of Materials Science & Technology. 2014(12)
[2]热法炼镁还原剂研究进展[J]. 穆晓辉,罗洪杰,王耀武,冯乃祥.  轻金属. 2014(02)
[3]粉煤灰颗粒的微观分类探讨[J]. 杨帆,李文兵,杨望舒.  粉煤灰. 2012(06)
[4]碳热还原电厂粉煤灰冶炼硅铝铁合金[J]. 杨大兵,姚华强,马国军,敖万忠,万国雄,张东升.  再生资源与循环经济. 2011(02)
[5]富铝粉煤灰的资源化利用技术[J]. 刘祥凯,杜锐.  山西煤炭管理干部学院学报. 2011(01)
[6]我国金属镁冶炼技术现状与发展趋势[J]. 任虎奎,任建勋.  陕西煤炭. 2011(01)
[7]碳热还原法制取铝硅合金的反应机理及其动力学[J]. 杨栋,冯乃祥,王耀武,彭建平,王紫千,狄跃忠.  中国有色金属学报. 2011(01)
[8]Al-Si-Fe合金真空热还原法制镁工艺研究[J]. 胡文鑫,冯乃祥,狄跃忠,彭建平.  真空. 2010(05)
[9]Al-Si-Fe合金真空热法炼镁过程动力学[J]. 胡文鑫,刘建,冯乃祥,彭建平.  过程工程学报. 2010(01)
[10]Preparation of primary Al-Si alloy from bauxite tailings by carbothermal reduction process[J]. 杨栋,冯乃祥,王耀武,武小雷.  Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2010(01)

博士论文
[1]粉煤灰资源特性与制备Si-Al-O-C-N系材料的研究[D]. 张磊.郑州大学 2009



本文编号：3423950