铝电解废槽衬火法处理工艺研究与热工分析

发布时间：2021-08-06 06:37

　　铝电解生产排出的废槽衬是极其有害的固体废物,其可溶氟化物和氰化物含量严重超标。受风吹、日晒、雨淋的作用,其毒害物质将转移,进入大气,渗入土壤和地下水,将破坏生态环境,严重影响人类健康和动植物生长。废槽衬的处理方法,分为湿法和火法两大类,相关的专利有100多件。火法处理技术因其工艺流程短、容易操作、回收利用氟化物、投资少而逐渐发展为处理废槽衬的主导技术。本文重点研究了废槽衬的火法处理技术,从理论和实践方面深入分析研究了废槽衬的火法处理过程,为中国铝业公司开发的废槽衬火法处理技术的完善及推广应用提供了理论依据和技术基础,得到了以下主要结论：1、废槽衬中氟化物主要以NaF、Na3AlF6形式存在,氟化物的分散度大,SEM和EDX分析均证明了这一点。废槽衬含有较高浓度的F-和CN-,远远超过国家允许的排放限值。废槽衬遇水时,F-和CN-容易浸出,并能与水反应生成HF、HCN,毒害性极大,外排的废槽衬是潜在的危险源。2、采用自由焓函数法分析研究了废槽衬的火法处理过程,计算了各反应的△GT0值和1200～1300K的平衡常数,氰化物的氧化分解反应平衡常数最大,氟化钠转化为氟化钙的反应平衡常数最小。... 

【文章来源】：中南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：176 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
第一章 前言及文献综述
    1.1 研究背景
        1.1.1 铝电解废槽衬的来源及其对环境的污染
        1.1.2 我国废槽衬的外排状况
    1.2 废槽衬处理方法的研究现状
        1.2.1 国外废槽衬的处理方法
        1.2.2 国内废槽衬的处理方法
        1.2.3 国内外废槽衬处理方法的发展趋势
    1.3 课题来源与研究内容
        1.3.1 课题来源
        1.3.2 主要研究内容
第二章 废槽衬的物化性质研究
    2.1 实验
        2.1.1 实验原料
        2.1.2 实验方法
    2.2 实验结果与讨论
        2.2.1 废槽衬的一般组成
        2.2.2 废槽衬的物相组成
        2.2.3 废槽衬的微观形貌
        2.2.4 废槽衬的元素分布
        2.2.5 废槽衬的燃烧性能
        2.2.6 废槽衬的浸出毒性
        2.2.7 废槽衬中新物质的产生机理分析
        2.2.8 废槽衬的水解反应分析
    2.3 本章小结
第三章 废槽衬火法处理过程热力学分析
    3.1 废槽衬火法处理过程的主要化学反应
    3.2 热力学计算依据
    3.3 反应自由焓函数的导出
    3.4 废槽衬火法处理过程主要化学反应的热力学分析
    3.5 本章小结
第四章 废槽衬中氟化物的化学稳定性实验研究
    4.1 实验
    4.2 采用刚玉坩埚焙烧的氟化物的稳定性实验研究
        4.2.1 氟化铝的化学稳定性
        4.2.2 氟化钠的化学稳定性
        4.2.3 冰晶石的化学稳定性
        4.2.4 三种氟化物在刚玉坩埚内焙烧的结果对比
    4.3 采用粘土坩埚焙烧的氟化物的稳定性实验研究
        4.3.1 在粘土坩埚内焙烧的氟化铝的稳定性
        4.3.2 在粘土坩埚内焙烧的氟化钠的稳定性
        4.3.3 在粘土坩埚内焙烧的冰晶石的稳定性
        4.3.4 三种氟化物在粘土坩埚中焙烧的结果对比
    4.4 氟化物焙烧过程中各反应的△G_T~0计算
    4.5 本章小结
第五章 废槽衬火法处理传热过程研究
    5.1 火法处理方案设计
        5.1.1 添加剂选择
        5.1.2 燃料选择
        5.1.3 设备选择
        5.1.4 工艺参数
        5.1.5 物料组成
    5.2 热工计算条件
    5.3 工业试验回转窑热工数学模型
        5.3.1 物料自然堆角数学模型
        5.3.2 窑内气体、物料与壁面之间的传热模型
        5.3.3 窑壁面传热方程
        5.3.4 煤粉燃烧反应方程
    5.4 回转窑轴向温度一维仿真模型
        5.4.1 传热系数确定
        5.4.2 算法描述
        5.4.3 计算结果及分析
    5.5 本章小结
第六章 废槽衬火法处理扩大试验与工业试验研究
    6.1 试验原料及设备
        6.1.1 试验原料
        6.1.2 试验设备
    6.2 扩大试验研究
        6.2.1 扩大试验条件
        6.2.2 石灰石品位对熟料质量的影响
        6.2.3 反应温度对熟料质量的影响
        6.2.4 停留时间对熟料质量的影响
        6.2.5 生料粒度对废槽衬无害化处理过程的影响
        6.2.6 生料进料量对熟料质量的影响
    6.3 工业试验回转窑热工设计计算
        6.3.1 回转窑产能计算
        6.3.2 烟气管路直径计算
        6.3.3 回转窑系统负压计算
    6.4 工业试验研究
        6.4.1 工业试验条件
        6.4.2 工业试验结果
    6.5 工业试验回转窑热平衡分析
        6.5.1 回转窑热平衡测算基本原理
        6.5.2 回转窑热平衡测试与计算
        6.5.3 工业试验回转窑热工分析
    6.6 废槽衬火法处理工艺的技术经济分析
        6.6.1 技术分析
        6.6.2 经济效益分析
    6.7 本章小结
第七章 结论与展望
    7.1 本文研究的主要结论
    7.2 废槽衬火法处理技术的研究展望
参考文献
附录
致谢
攻读学位期间主要的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]铝电解废槽衬的污染及对策分析[J]. 李旺兴,陈喜平.  有色冶金节能. 2008(01)
[2]氧化铝熟料窑内一维传热模型[J]. 马爱纯,周孑民,孙志强,李旺兴.  冶金能源. 2004(01)
[3]混联法氧化铝生产中熟料窑节能降耗的研究[J]. 马爱纯,周孑民,李旺兴.  冶金能源. 2003(02)
[4]废槽衬综合利用新技术[J]. 苏鸿英.  世界有色金属. 2002(10)
[5]铝电解碳渣的浮选[J]. 康宁.  轻金属. 2002(06)
[6]铝电解槽废阴极内衬的回收利用[J]. 李方义,李清.  矿产保护与利用. 2001(04)
[7]铝工业废渣的综合利用[J]. 仇振琢,赵恒勤,王立卓.  矿产保护与利用. 2000(05)
[8]用颗粒热传递模型计算旋转圆盘干燥机的传热系数[J]. 蒋家羚,贺华波,夏俊毅,陆军.  高校化学工程学报. 2000(04)
[9]从阳极炭渣和废旧阴极中回收电解质的工业性试验[J]. 薛金生,王鸿,王军科.  轻金属. 1999(03)
[10]浮选法综合利用铝电解槽废阴极炭块的工艺研究[J]. 卢惠民,邱竹贤.  金属矿山. 1997(06)



本文编号：3325271