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《中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)》 2018年
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硼泥加压碳化提镁应用基础研究

薄婧  
【摘要】:本论文以高压碳化法处理碱解法硼泥回收其中的镁资源,解决传统碳化工艺中富镁液浓度低(以MgO计5~12g/L)的问题,获得杂质含量低的高浓镁浸出液,以提高后续热解工序中设备利用效率、降低能耗。另外,从动力学、热力学方面重点研究加压碳化体系中镁、钙(主要杂质)的溶解规律,为实际生产操作提供现实指导和理论依据。论文主要研究内容与成果如下:进行了硼泥加压碳化提镁工艺方面的研究。考察了二氧化碳压强、原料固液比、搅拌强度及温度对碱解法硼泥碳化提镁的影响。在二氧化碳压强5MPa、固液比0.18、搅拌强度500r/min、温度50℃的条件下,将碱解法硼泥碳化1.5h,获得了氧化镁浓度为26.63g/L的浸出液,其中氧化钙、硼、铁、铝、硅的浓度分别为 0.16g/L、0.11g/L、0.23g/L、0.01g/L 和 0.06g/L,氧化镁浸出率为 38.80%。考察了加压碳化法对其他富镁原料的适用性,以菱镁矿轻烧粉、白云石轻烧粉、碳碱法硼泥轻烧粉为原料,经加压碳化获得了氧化镁浓度分别为32.96g/L、18.04g/L、28.76g/L的浸出液,氧化镁浸出率分别为82.21%、45.17%、35.99%,浸出液中杂质含量低。对氢氧化镁高压碳化溶解过程的动力学进行了研究。阐述了氢氧化镁在高压下碳化溶解过程的机理,推导了动力学模型,并利用所推模型和Arrhenius方程对氢氧化镁加压溶解过程进行了动力学分析,溶解过程受氢氧化镁颗粒周围渐进液膜内扩散的控制,200r/min、300r/min、400r/min下的表观活化能分别为17.10kJ/mol、25.11kJ/mol和25.39kJ/mol。计算了氢离子在液膜中的表观扩散系数,回归得到了氢离子表观扩散系数与搅拌强度、温度之间关系的经验方程。为得到高溶出率、高浓度的溶出液,优化了原料固液比、二氧化碳压强、搅拌强度、温度等溶解条件,在固液比0.10、二氧化碳压强5MPa、搅拌强度700r/min、温度30 ℃的条件下溶解40min,得到了溶出率86.83%、氧化镁浓度59.88g/L的溶出液。测定了 20~70℃下二氧化碳压强为1~5MPa时三水碳酸镁在水中的溶解度,其随温度的升高而减小、随二氧化碳压强的增大而增大。对MgCO·3H2O-CO2-H2O体系中三水碳酸镁溶解度与温度、二氧化碳压强之间的关系进行了拟合,得到形式简洁的经验方程。研究了杂质钙的高压碳化溶解。考察了不同实验条件对氢氧化钙碳化溶解的影响。测定了 20~70℃下二氧化碳压强为1~5MPa时碳酸钙在水中的溶解度,其随温度的升高而减小、随二氧化碳压强的增大而增大。对CaCO3-CO2-H2O体系中碳酸钙溶解度与温度、二氧化碳压强之间的关系进行了拟合,得到形式简洁的经验方程。研究了高压碳化体系中镁与钙之间的影响。考察了氢氧化镁与氢氧化钙在碳化溶解过程中的相互影响:氢氧化钙的存在对氢氧化镁溶解影响较小,原料中钙镁比越高氢氧化镁初始溶解速率越慢;氢氧化镁的存在对氢氧化钙溶解影响较大,原料中镁钙比越高溶液中能达到的氧化钙浓度越低。测定了 20~70℃、二氧化碳压强为1~5MPa下于水中共存时三水碳酸镁、碳酸钙的溶解度,前者与单独存在体系中相差不大,后者降低了 1个数量级,两者都随温度的升高而减小、随二氧化碳压强的增大而增大。对MgCO3·3H2O-CaCO3-CO2-H2O体系中三水碳酸镁、碳酸钙溶解度与温度、二氧化碳压强之间的关系进行了拟合,得到形式简洁的经验方程。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TQ132.2

【参考文献】
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【共引文献】
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【二级参考文献】
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【相似文献】
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1 薄婧;硼泥加压碳化提镁应用基础研究[D];中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所);2018年
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