炽热镁渣激冷水合反应动力学的研究

发布时间：2017-06-11 19:00

  本文关键词：炽热镁渣激冷水合反应动力学的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：镁渣作为一种固体废弃物,具有一定的脱硫能力。尽管通过一定的改性方式,包括水合活化、蒸汽活化、掺混粉煤灰水合等,镁渣的脱硫性能得到不断改善,但是,距离实现工业应用依然有一段距离。为了进一步提高脱硫效率,有必要探寻新的改性方法,以便提高镁渣的有效利用率。本文设计了炽热镁渣激冷水合反应装置,借鉴有关炽热渣的激冷处理方式以及液固反应的研究方法,在不同镁渣激冷温度、水合时间、液固比和水合温度等条件下进行炽热镁渣激冷非连续水合反应和连续水合反应。在水合实验过程中,研究反应浆液的电导率、pH以及反应程度随时间的变化规律,以获得水合反应特征。采用不同的反应动力学模型,通过反应程度对水合反应进行动力学分析,并获得相应的动力学参数。为了进一步了解水合样品的脱硫性能,通过TGA实验系统进行脱硫实验,并获得脱硫性能与水合程度之间的关系。借助ICP-AES测定镁渣的元素组成及折算氧化物含量,采用XRD和SEM研究水合前后以及脱硫前后样品的物质组分与表观形貌变化,从而获得初步的反应原理。本文的研究结果如下:(1)水合反应过程中,电导率和pH随反应时间经历先迅速增大后趋于平稳的趋势,同时电导率、pH和反应程度之间均为指数关系。(2)炽热镁渣激冷非连续水合实验过程可用修正的KD模型描述,结合水合反应程度和反应动力学分析,该实验条件下的最优工况为:激冷温度950℃、水合温度80℃。(3)炽热镁渣激冷非连续水合反应实验中,随激冷温度升高,反应由化学反应控制变为扩散控制,反应速率常数先减小后增大,随水合温度升高,反应速率常数增大,活化能为59.37kj/mol,同时获得了适合此条件下的反应动力学方程。(4)炽热镁渣激冷连续水合实验中,通过正交试验,获得实验范围内的最优工况:激冷温度950℃、液固比8、水合时间8h,三个因素对水合反应影响的主次顺序为:水合时间激冷温度液固比。(5)正交试验的实验过程可以用修正的kd模型描述,反应速率常数随液固比的增大而增大,但增大幅度较小,激冷温度为150℃时反应主要为化学反应控制,950℃时反应受扩散控制,激冷温度的升高和液固比的增大均使得水合反应程度增大、反应速率常数变大。(6)单因素实验中,水合温度对水合反应的影响可以采用renedo的混合控制模型分析,不同水合阶段,反应控制步骤不同。早期由化学反应控制,后期由化学反应和扩散过程共同控制。水合温度较高时,反应由两者共同控制;水合温度较低时,反应由扩散过程控制。(7)单因素实验中,可以用avrami动力学方程描述激冷温度对水合反应的影响。结果表明,反应同时存在非均相成核和均相成核。当激冷温度高于750℃时,激冷温度越高,结晶成核速率常数越低;当激冷温度低于750℃时,即随着激冷温度的降低,结晶成核速率常数在不断增大。同时用avrami方程描述不同水合温度和不同激冷温度下的反应,建立炽热镁渣激冷连续水合反应的动力学模型。(8)水合样品的脱硫实验结果表明,水合反应程度和钙转化率之间为正相关关系,炽热镁渣激冷连续水合样品的脱硫性能优于非连续水合,自然冷却镁渣水合样品的脱硫性能最差。
【关键词】：炽热镁渣 激冷水合 反应动力学 脱硫
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X701.3
【目录】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 课题的研究背景和意义12-14
• 1.2 国内外研究现状14-19
• 1.2.1 镁渣脱硫剂及水合改性的研究进展14-15
• 1.2.2 炽热渣激冷水合的研究15-17
• 1.2.3 液固型反应动力学的研究17-19
• 1.3 本文研究的主要内容19
• 1.4 本章小结19-20
• 第二章 炽热镁渣激冷水合反应动力学的研究方法分析20-30
• 2.1 水合反应动力学研究方法分析20-23
• 2.2 实验方案设计23-30
• 2.2.1 水合实验设计25-26
• 2.2.2 脱硫实验设计26-30
• 第三章 炽热镁渣激冷非连续水合反应动力学分析30-44
• 3.1 物质组成及表观形貌分析30-32
• 3.2 水合参数对水合反应动力学特性的影响32-38
• 3.2.1 激冷温度对水合反应动力学特性的影响32-34
• 3.2.2 水合温度对水合反应动力学特性的影响34-38
• 3.3 水合反应动力学参数确定38-41
• 3.4 本章小结41-44
• 第四章 炽热镁渣激冷连续水合反应动力学分析44-70
• 4.1 正交试验及动力学分析44-54
• 4.1.1 正交试验及结果分析44-47
• 4.1.2 正交试验的水合反应动力学分析47-51
• 4.1.3 水合反应过程机理研究51-54
• 4.2 单因素实验及动力学分析54-64
• 4.2.1 单因素实验动力学分析54-62
• 4.2.2 动力学模型建立与验证62-64
• 4.3 水合方式对水合反应动力学的影响分析64-67
• 4.3.1 连续与非连续水合方式对水合反应的影响64-65
• 4.3.2 镁渣原料对水合反应的影响65-67
• 4.4 本章小结67-70
• 第五章 水合反应与脱硫性能的关系70-78
• 5.1 水合反应程度与脱硫性能的关系70-75
• 5.1.1 水合样品脱硫前后的XRD、SEM分析70-72
• 5.1.2 水合反应程度与钙转化率的关系72-75
• 5.2 水合方式对脱硫性能的影响分析75-76
• 5.3 本章小结76-78
• 第六章 结论与展望78-82
• 6.1 研究结论78-79
• 6.2 研究展望79-82
• 参考文献82-90
• 致谢90-92
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文92

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