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《山西大学》 2016年
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Na_2CO_3活化粉煤灰/煤矸石提取Al_2O_3的工艺优化及机理

赵倩  
【摘要】:粉煤灰、煤矸石作为我国大宗工业固体废弃物,年产生总量达到近15亿吨,由于利用率低,大量堆存产生了严重的环境和社会问题。粉煤灰/煤矸石提取氧化铝作为铝土矿资源的重要补充引起了普遍关注。Na_2CO_3活化-酸浸技术克服了粉煤灰/煤矸石活性差的技术瓶颈,使其中的Al_2O_3在酸中的溶出率达到90%以上,但Na_2CO_3助剂消耗量大,限制了该技术的工业化应用。本文重点研究了Na_2CO_3活化-酸浸技术的优化工艺,从调整原料Al/Si的角度,探讨了粉煤灰预脱硅、赤泥协同活化粉煤灰/煤矸石对Na_2CO_3消耗量及对Al_2O_3提取的影响。主要研究内容及结果有:(1)探讨了粉煤灰预脱硅的工艺条件,并利用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜-能谱分析(SEM-EDS)手段研究了预脱硅和反应机理;考察了预脱硅对脱硅灰中Al/Si的变化、对Al_2O_3提取及Na_2CO_3消耗量的影响。结果表明:粉煤灰预脱硅的优化条件是温度100℃、时间1.5h、碱浓度20%(ω)和液固比1:1,SiO_2的脱除率为33.4%;通过XRD和SEM-EDS分析可知,脱硅的主要原理是碱溶液对非晶态SiO_2的溶解,但反应过程中会形成羟基方钠石,会因而降低预脱硅效率。在预脱硅优化条件下形成的脱硅粉煤灰与原粉煤灰按Al/Si摩尔比为1调配后,当Na/Al摩尔比为1:1~1.5:1时,氧化铝的提取率可达到87.3%以上,碳酸钠助剂耗量可减少43.8%~65.6%。(2)探究了赤泥添加对粉煤灰/煤矸石活化提取氧化铝的影响,利用X-射线衍射(XRD)和热重-差热分析(TG-DSC)对活化机理进行了分析。结果表明:赤泥协同活化粉煤灰/煤矸石可显著降低助剂Na_2CO_3的消耗量。当混合样中Na/Al/Si摩尔比为1:1:1~1.5:1:1时,混合样中氧化铝的溶出率达到80%以上,助剂Na_2CO_3的消耗量可降低59~68%。通过TG-DSC、XRD的分析可知,温度低于600℃时,赤泥基本不与粉煤灰/煤矸石和碳酸钠发生作用,仅是赤泥中的钙霞石和水化石榴石热解失水;600~850℃区间内,赤泥与粉煤灰/煤矸石和碳酸钠相互发生作用生成易溶于酸的霞石。粉煤灰预脱硅或赤泥调配均能显著降低碳酸钠的消耗量,但是,脱硅粉煤灰或赤泥的调配引入大量的钠、铁、钙等杂质,这给铝、硅与杂质的分离以及对产品品质的提升均带来难度,需要进一步开展杂质分离及高品质产品制备的相关研究。
【学位授予单位】:山西大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TQ133.1;X705

【参考文献】
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