【摘要】：高鋁粉煤灰是近年來在我國內(nèi)蒙古西部、山西北部等地發(fā)現(xiàn)的一種特色富鋁資源,年產(chǎn)生量達5000萬噸以上,亟待開發(fā)利用。作為唯一堿性全濕法工藝,亞熔鹽法處理高鋁粉煤灰新技術(shù)已展示了其良好的工業(yè)化前景,正在進行工業(yè)化放大試驗,但目前部分提鋁反應機理和放大規(guī)律尚未完全清晰。為了實現(xiàn)亞熔鹽法高鋁粉煤灰中氧化鋁的高效低成本提取,本研究開展了溶出過程物相轉(zhuǎn)化規(guī)律、中間產(chǎn)物高溫溶出動力學及微觀機理、副產(chǎn)物的形成機理與調(diào)控、工藝的工業(yè)化放大實踐等應用基礎(chǔ)研究。論文取得了如下創(chuàng)新性進展:(1)探究了粉煤灰在不同尺寸類型反應器內(nèi)的溶出反應規(guī)律,通過反應器參數(shù)的調(diào)整優(yōu)化,使粉煤灰溶出反應溫度由280℃降低至240℃左右,并通過反應器流場模擬計算發(fā)現(xiàn),不同反應器混合效果存在的巨大差異是造成溶出條件不同的主要因素,據(jù)此獲得了粉煤灰優(yōu)化的溶出參數(shù)和反應器放大設(shè)計指導依據(jù);(2)提出了亞熔鹽法高鋁粉煤灰提鋁兩階段反應機理,確定了Na8A16Si6024(OH)2(H20)2是銜接兩階段溶出的重要中間產(chǎn)物,借助特殊設(shè)計的實時快速取樣裝置,研究了 Na8A16Si6O24(OH)2(H20)2在亞熔鹽介質(zhì)中高溫分解的動力學,采用 Avarmi-Erofeev 方程對 255-270℃ 間 Na8A16Si6O24(OH)2(H20)2 分解數(shù)據(jù)進行擬合,獲得Na8A16Si6O24(OH)2(H20)2的分解反應的表觀活化能為255.55kJ/mol;(3)系統(tǒng)研究了溶出過程生成的含鋁副產(chǎn)物——水合鋁硅酸鈉鈣的生成及控制規(guī)律,發(fā)現(xiàn)該副產(chǎn)物的生成一方面受終態(tài)溶液苛性比影響,當反應液相終態(tài)苛性比高于14時可完全避免其生成;研究同時發(fā)現(xiàn),亞熔鹽法溶出過程存在的硅酸氫鈉鈣產(chǎn)物對反應物的包裹是副產(chǎn)物生成的另一主要原因,通過提高攪拌速度強化傳質(zhì)擴散可有效抑制副產(chǎn)物水合鋁硅酸鈉鈣的生成;(4)深入研究了工業(yè)放大試驗中管道結(jié)疤生成機理,提出了通過調(diào)控物料停留時間來抑制管道結(jié)疤的控制方法,并通過連續(xù)18天的工業(yè)運行試驗驗證了本研究提出的控制管道結(jié)疤方法的可行性。通過調(diào)控,最終結(jié)疤生成速度降低76.65%。上述研究成果已經(jīng)通過工業(yè)現(xiàn)場百噸級擴試和萬噸級中試試驗驗證,取得了良好的效果,中試研究積累了豐富的工業(yè)化試驗數(shù)據(jù),為工藝的進一步工業(yè)化放大奠定了較為堅實的基礎(chǔ)。
【學位授予單位】：東北大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ133.1;TQ536.4
【圖文】：

粉煤灰是煤炭在火力發(fā)電廠燃煤鍋爐中燃燒后排放出的廢渣，是一種工業(yè)固逡逑體廢棄物［１］。近年來，由于我國火力發(fā)電工業(yè)的迅速發(fā)展，導致粉煤灰排放量逐逡逑年增加，圖１．１為從２００２年到２０１５年以來我國歷年粉煤灰年產(chǎn)量［２＇邋３］。２０１５年逡逑粉煤灰排放量達到丫邋６．２億噸［２邋４］。目前我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費逡逑國＋７］，也是粉煤灰最大的產(chǎn)生國。由于我國粉煤灰排放量巨大且有效利用不足，逡逑累計堆存量己達２５億噸，粉煤灰已成為我國最大的單一固體污染源［８］。盡管中逡逑國已經(jīng)^u始調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，但是在未來幾十年中火力發(fā)電仍將是我國最大的能源逡逑來源［９１，大宗粉煤灰的綜合利用仍將是未來一段時間內(nèi)迫切需要解決的環(huán)境問題逡逑之一。逡逑〖Ｓｉ逡逑２００２邋２００３邋２００４邋２００５邋２００６邋２００７邋２００８邋２００９邋２０１０邋２０１１邋２０１２邋２０１３邋２０１４邋２０１５逡逑Ｙｅａｒ逡逑圖１．１我國粉煤灰２００２－２０１５年歷年排放量逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｃｏａｌ邋ｆｌｙ邋ａｓｈ邋ｉｎ邋Ｃｈｉｎａ邋ｉｎ邋２００２－２０１５逡逑粉煤灰大量堆存對生態(tài)環(huán)境和人體健康具有嚴重危害，主要表現(xiàn)在以下幾個逡逑－１邋－逡逑

粉煤灰是煤炭在火力發(fā)電廠燃煤鍋爐中燃燒后排放出的廢渣，是一種工業(yè)固逡逑體廢棄物［１］。近年來，由于我國火力發(fā)電工業(yè)的迅速發(fā)展，導致粉煤灰排放量逐逡逑年增加，圖１．１為從２００２年到２０１５年以來我國歷年粉煤灰年產(chǎn)量［２＇邋３］。２０１５年逡逑粉煤灰排放量達到丫邋６．２億噸［２邋４］。目前我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費逡逑國＋７］，也是粉煤灰最大的產(chǎn)生國。由于我國粉煤灰排放量巨大且有效利用不足，逡逑累計堆存量己達２５億噸，粉煤灰已成為我國最大的單一固體污染源［８］。盡管中逡逑國已經(jīng)^u始調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，但是在未來幾十年中火力發(fā)電仍將是我國最大的能源逡逑來源［９１，大宗粉煤灰的綜合利用仍將是未來一段時間內(nèi)迫切需要解決的環(huán)境問題逡逑之一。逡逑〖Ｓｉ逡逑２００２邋２００３邋２００４邋２００５邋２００６邋２００７邋２００８邋２００９邋２０１０邋２０１１邋２０１２邋２０１３邋２０１４邋２０１５逡逑Ｙｅａｒ逡逑圖１．１我國粉煤灰２００２－２０１５年歷年排放量逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｃｏａｌ邋ｆｌｙ邋ａｓｈ邋ｉｎ邋Ｃｈｉｎａ邋ｉｎ邋２００２－２０１５逡逑粉煤灰大量堆存對生態(tài)環(huán)境和人體健康具有嚴重危害，主要表現(xiàn)在以下幾個逡逑－１邋－逡逑

鋁共生資源總量就達５００億噸以上，燃燒后可產(chǎn)生高鋁粉煤灰１５０億噸，其中蘊逡逑藏的氧化鋁含量極為豐富。另一方面，我國用于氧化鋁生產(chǎn)的傳統(tǒng)鋁土礦原料嚴逡逑重短缺，大量依賴進口。圖１．３為我國近年來鋁土礦的生產(chǎn)與進口情況［１６＃。從逡逑圖中數(shù)據(jù)可以看出，我國鋁土礦對外依存度己超過５０％［１９］。逡逑７０００邋－邐邐邋．邐．邐網(wǎng)逡逑１邐１邋Ｄｏｍｅｓｔｉｃ邋ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ逡逑＂Ｓ邐—Ｉ邋Ｉｍｎｏｒｔ邋ｖｏｌｕｍｅ逡逑§邋６０００邋－逡逑ｗ邋＿邋５０００邋－逡逑１１邋？邐ｍ邋ｎ邋ｆ－？邋ｎ逡逑１邋１邋４０００邋－邐ｎ邋ｎ邋＿邋ａ逡逑１．１邐？邋ｒｎ邐＿邋，邋％邋Ｍ逡逑｜！邋３０００邋ｎ邋＾邐１：：丨：；＿１１：逡逑Ｓ邋２０００邋－，：、＜：邐巧邐ｐ邋S謾㈠義希卞濉雋鑠迦瑁海海海哄危掊

本文編號：2766283