發(fā)布時(shí)間：2020-07-05 18:37

【摘要】：承德市是我國的大型釩鈦磁鐵礦資源基地,在開采利用釩鈦磁鐵礦的同時(shí)也產(chǎn)生了大量的提釩棄渣。提釩棄渣的堆積一方面形成了重大的危險(xiǎn)源,發(fā)生坍塌后會(huì)造成重大的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失。另一方面尾礦中含有的重金屬元素經(jīng)過雨水的沖刷后滲透土壤中污染水源。本文綜合考慮了材料、能源與環(huán)保等領(lǐng)域,提出了一種綜合利用提釩棄渣來制備TiO2和鋰離子電池正極材料LiFePO4的方法。將硫酸銨與提釩棄渣混合焙燒,經(jīng)溶出、固液分離將Fe元素以離子的形式富集在溶出液中,Ti元素以不溶于水的化合物的形式富集在溶出渣中。通過化學(xué)分析的方法對(duì)溶出液中Fe元素進(jìn)行滴定檢測(cè)。設(shè)計(jì)了正交實(shí)驗(yàn),在此基礎(chǔ)上又做了單因素優(yōu)化實(shí)驗(yàn),研究了硫酸銨提釩棄渣質(zhì)量比、中燒溫度、終燒溫度、保溫時(shí)間這四個(gè)因素在不同水平下對(duì)Fe提取率的影響,并確定了最佳焙燒工藝:硫酸銨提釩棄渣質(zhì)量比4:1,中燒溫度300℃,終燒溫度370℃,保溫時(shí)間5h。該條件下Fe的提取率達(dá)到96.91%。對(duì)提Fe的焙燒過程進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析,采用Kissinger法計(jì)算得到了兩個(gè)反應(yīng)的表觀活化能分別為79.85KJ/mol、38.74KJ/mol,反應(yīng)級(jí)數(shù)分別為0.6、1.26,反應(yīng)速率常數(shù)分別為244778.6、461525.1。以富鐵溶出液為原料制備黃銨鐵礬,作為制備LiFeP04的鐵源。設(shè)計(jì)了單因素優(yōu)化實(shí)驗(yàn),研究了反應(yīng)溫度、pH、反應(yīng)時(shí)間對(duì)成礬量的影響,并確定了最佳成礬工藝:反應(yīng)溫度95℃、pH2.5、反應(yīng)時(shí)間10h。該條件下已有81.79%的Fe轉(zhuǎn)化為黃銨鐵礬。以黃銨鐵礬為鐵源,Li2CO3為鋰源、冰糖為碳源、NH4H2P04為磷源,經(jīng)管式爐高溫煅燒制備了 LiFePO4/C材料。并探究了加入不同的C量對(duì)鋰離子電池電化學(xué)性能的影響。經(jīng)分析,加入的C與黃銨鐵礬的摩爾比為1.2:1時(shí),電池具有較優(yōu)的電化學(xué)性能。首次放電比容量可以達(dá)到163.8mAh/g,首次充放電效率可以達(dá)到99%,且該配比在不同倍率下進(jìn)行循環(huán)測(cè)試均具有最高的平均放電比容量。以富鈦渣為原料制備TiO2。將富鈦渣與濃硫酸按一定比例混合焙燒,經(jīng)溶出、固液分離,得到溶出渣和富鈦的溶出液。通過化學(xué)分析的方法對(duì)溶出液中Ti元素進(jìn)行滴定檢測(cè)。設(shè)計(jì)了正交實(shí)驗(yàn),在此基礎(chǔ)上又做了單因素優(yōu)化實(shí)驗(yàn),研究了濃硫酸富鈦渣體積質(zhì)量比、焙燒溫度、保溫時(shí)間這三個(gè)因素在不同水平下對(duì)Ti提取率的影響,并確定了最佳焙燒工藝:濃硫酸富鈦渣體積質(zhì)量比2:1,焙燒溫度300℃,保溫時(shí)間2h。該條件下Ti的提取率達(dá)到27.33%。調(diào)節(jié)富鈦液的pH為2和溫度為95℃使溶液中的TiOSO4水解形成H3TiO3沉淀。經(jīng)固液分離、加熱分解后得到TiO2。對(duì)提Ti的焙燒過程進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析,采用Kissinger法計(jì)算得到了反應(yīng)的表觀活化能為102.1342KJ/mol,反應(yīng)級(jí)數(shù)為0.8998,反應(yīng)速率常數(shù)為 30245.4。
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：X758;TQ134.11;TQ131.11
【圖文】：

硅酸鹽相；②含釩尖晶石相；③游離石英；④金復(fù)雜尖晶石（Ｆｅ２＋Ｍｎ２＋Ｍｇ２＋）（Ｃｒ３＋Ｖ３＋Ｔｉ４＋Ａｌ３＋Ｆｅ３＋）０４，度分散的狀態(tài)分布于有硅酸鹽組成的粘結(jié)相之中。主體成分，當(dāng)渣中ＣａＯ、ＭｇＯ含量較高時(shí)，則析ａＭｇ（Ｓｉ０３）２等。釩渣中的游離石英主要是淲石英，欖石相中。釩渣中的金屬鐵也以分散態(tài)存在，但粒存在于大于１００目的硅酸鹽相中［１｜］。逡逑是一種優(yōu)質(zhì)的成瓷材料，取等量的普通陶瓷原料，采用普通陶瓷生產(chǎn)的設(shè)備和工藝，在１１００－Ｃ下質(zhì)制品，該種產(chǎn)品為釩鈦黑瓷。其密度為２．９ｇ／ｃ吸水率＜０．３％，比黑花崗石更硬、更黑、更薄、場(chǎng)等場(chǎng)所可以采用它作為建筑裝飾材料。釩鈦黑？

邐９０逡逑２ｅ（。）逡逑圖３．１提釩棄渣的ＸＲＤ衍射圖譜逡逑Ｆｉｇ．邋３．１邋ＸＲＤ邋ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ邋ｓｐｅｃｔｒｕｍ邋ｏｆ邋ｅｘｔｒａｃｔｅｄ邋ｖａｎａｄｉｕｍ邋ｒｅｓｉｄｕｅ逡逑采用ＳＵＰＲＡ邋５５邋ＳＡＰＰＨＩＲＥ型掃描電子顯微鏡對(duì)提釩棄渣的形貌進(jìn)行分析，逡逑測(cè)定條件為工作電壓，１５ｋＶ；加速電流，１５ｍＡ；工作距離，７．３ｍｍ。逡逑圖３．２為提釩棄渣經(jīng)破碎研磨后的ＳＥＭ圖�？梢钥闯鎏徕C棄渣結(jié)構(gòu)疏松，形逡逑狀不規(guī)則。逡逑＿逡逑圖３．２提釩棄渣的ＳＥＭ圖逡逑Ｆｉｇ．３．２邋ＳＥＭ邋ｉｍａｇｅｓ邋ｏｆ邋ｅｘｔｒａｃｔｅｄ邋ｖａｎａｄｉｕｍ邋ｒｅｓｉｄｕｅ逡逑－６－逡逑

東北大學(xué)碩士學(xué)位論文邐第３章（ＮＨ４）邋２Ｓ０４焙燒法提取提釩棄渣中Ｆｅ元素的機(jī)理研究逡逑２ｈ，焙燒產(chǎn)物的物相組成如圖３．５、３．６所示�？梢姡徕C棄渣與硫酸銨混合焙燒逡逑的熱重－差熱曲線的第一個(gè)吸熱峰對(duì)應(yīng)的是Ｆｅ與硫酸銨反應(yīng)生成ＭＵｅ邋（Ｓ0４）邋２逡逑的過程，第二個(gè)吸熱峰對(duì)應(yīng)的是ＮＨ４Ｆｅ（Ｓ0４）邋２分解的過程，因此可以判斷焙燒逡逑過程中兩個(gè)吸熱峰對(duì)應(yīng)的反應(yīng)如下：逡逑＆２０３邋＋４（ＡＷ４）２１Ｓ０４邋４邋２Ａ／７／４Ｆｅ0Ｓ０４）２邋＋６以／／３邋個(gè)邋＋３／／２０邋個(gè)邋（３．３）逡逑）２邋－＞邋Ｆｅ２（＾０４）３邋＋邋２ＡＷ３邋個(gè)邋＋Ｓ０３邋個(gè)邋＋／／２０邋個(gè)邋（３．４）逡逑１０００邋邐逡逑

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李國庭;李勇強(qiáng);陳超;;150T轉(zhuǎn)爐粗氧提釩工藝研究[J];北方釩鈦;2017年01期

2 王海林;許崇光;楊歡;白鳳仁;;提釩尾氣的治理[J];鐵合金;2018年02期

3 ;高純提釩新工藝——革命性的突破[J];中國經(jīng)貿(mào)導(dǎo)刊;2017年07期

4 高建國;宋慧強(qiáng);方鳴;劉玉偉;崔曉;王世釗;;150 t提釩轉(zhuǎn)爐氧槍改造實(shí)踐[J];河南冶金;2017年02期

5 李延芬;劉葉鳳;羅浩;張忠文;黃廷洪;邱根萍;;提釩技術(shù)研究進(jìn)展[J];化工進(jìn)展;2016年S1期

6 丁滿堂;;釩鈦磁鐵礦提釩工藝研究進(jìn)展[J];中國有色冶金;2016年04期

7 ;提釩用旋流氧槍噴頭的數(shù)值模擬[J];四川冶金;2014年03期

8 霍振軍;蘭鋼;官仁權(quán);林毅;;減少提釩系統(tǒng)廢水研究[J];四川冶金;2013年04期

9 寧順明;馬榮駿;;我國石煤提釩的技術(shù)開發(fā)及努力方向[J];礦冶工程;2012年05期

10 惠學(xué)德;王永新;吳振祥;;石煤提釩工藝的研究應(yīng)用現(xiàn)狀[J];中國有色冶金;2011年02期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 王寶華;韓宇;李敬賓;孔超;王新寶;宋飛;;提釩工藝自動(dòng)化控制的研究與實(shí)踐[A];2012河北省煉鋼連鑄生產(chǎn)技術(shù)與學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2012年

2 謝超;;煉鋼廠提釩生產(chǎn)規(guī)劃與實(shí)施[A];2013年低成本煉鋼技術(shù)交流論壇論文集[C];2013年

3 李蘭杰;陳東輝;白瑞國;杜浩;王少娜;鄭詩禮;;含釩爐渣水熱堿法提釩基礎(chǔ)研究[A];第二屆釩產(chǎn)業(yè)先進(jìn)技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2013年

4 常福增;王爽;;釩鈦磁鐵礦提釩現(xiàn)狀、新技術(shù)探討及展望[A];第二屆釩產(chǎn)業(yè)先進(jìn)技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2013年

5 何天科;;攀鋼提釩煉鋼廠生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)[A];全國煉鋼連鑄過程自動(dòng)化技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2006年

6 劉玉偉;白瑞國;周學(xué)禹;徐立山;翁玉娟;王冬梅;;提釩氧槍改造的研究與應(yīng)用[A];河北省冶金學(xué)會(huì)煉鋼連鑄技術(shù)與學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2006年

7 齊建云;趙笑益;;助浸劑在“酸浸—萃取提釩”工藝上的應(yīng)用[A];合作 發(fā)展 創(chuàng)新——2008(太原)首屆中西部十二省市自治區(qū)有色金屬工業(yè)發(fā)展論壇論文集[C];2008年

8 李潔;馬晶;;黑色巖系吸附態(tài)釩礦機(jī)械拋尾及提釩新工藝研究[A];2011（昆明）中西部第四屆有色金屬工業(yè)發(fā)展論壇論文集[C];2011年

9 張濤;謝兵;劉璇;張真;江露;方海星;刁江;李鴻NB;;含釩鐵水同時(shí)提釩脫磷的實(shí)驗(yàn)研究[A];第十八屆（2014年）全國煉鋼學(xué)術(shù)會(huì)議論文集——S03：鐵水預(yù)處理[C];2014年

10 曾建華;楊森祥;祝明妹;;轉(zhuǎn)爐智能化提釩模型的建立及應(yīng)用[A];第十八屆（2014年）全國煉鋼學(xué)術(shù)會(huì)議論文集——S04：氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼與電爐煉鋼[C];2014年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 通訊員 魏清源 郭宏達(dá) 記者 孫偉;世界首條亞熔鹽法清潔提釩生產(chǎn)線在河鋼問世[N];中國冶金報(bào);2017年

2 齊華;承鋼提釩煉鋼一廠11月超額完成生產(chǎn)目標(biāo)任務(wù)[N];中國建材報(bào);2010年

3 通訊員 陳文祥　記者 何毓敏;貴州推出兩種環(huán)保提釩新工藝[N];地質(zhì)勘查導(dǎo)報(bào);2009年

4 記者 周軍 通訊員 王勃;攀鋼破解煉鋼與提釩生產(chǎn)兩難命題[N];中國冶金報(bào);2004年

5 唐弓杜;攀鋼廠煤提釩取得技術(shù)新突破[N];世界金屬導(dǎo)報(bào);2006年

6 記者 貢憲云;世界首條亞熔鹽法清潔提釩生產(chǎn)線在河鋼承鋼全線貫通[N];河北日?qǐng)?bào);2018年

7 歐德琳;貴州開發(fā)清潔提釩新工藝[N];地質(zhì)勘查導(dǎo)報(bào);2010年

8 崔志剛 盧愛華 劉玉偉;承德釩鈦煉鋼廠頂?shù)讉?cè)復(fù)吹提釩效果好[N];中國冶金報(bào);2005年

9 記者 何毓敏　通訊員 陳文祥;含釩炭質(zhì)頁巖清潔提釩工藝獲突破[N];中國礦業(yè)報(bào);2009年

10 何毓敏　陳文祥;炭質(zhì)頁巖清潔提釩試驗(yàn)研究獲重大突破[N];貴州日?qǐng)?bào);2009年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 馬登;低碳高釩鐵水提釩基礎(chǔ)理論及工藝研究[D];鋼鐵研究總院;2018年

2 李昌林;難處理石煤提釩工藝及相關(guān)理論研究[D];中南大學(xué);2011年

3 黃青云;轉(zhuǎn)爐高效提釩相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)研究[D];重慶大學(xué);2012年

4 焦向科;石煤提釩尾礦地聚物膠凝材料的制備、表征及其性能研究[D];武漢理工大學(xué);2012年

5 李蘭杰;提釩尾渣資源化利用應(yīng)用基礎(chǔ)研究[D];東北大學(xué);2013年

6 李佳;石煤提釩行業(yè)工藝先進(jìn)性評(píng)價(jià)研究[D];武漢理工大學(xué);2013年

7 楊鑫龍;高碳含釩頁巖復(fù)合添加劑焙燒提釩研究[D];北京科技大學(xué);2018年

8 宋文臣;熔融態(tài)釩渣直接氧化提釩新工藝的基礎(chǔ)研究[D];北京科技大學(xué);2015年

9 黃偉;電容去離子法電極材料脫鹽特性及處理提釩高鹽廢水研究[D];武漢理工大學(xué);2014年

10 徐耀兵;中間鹽法石煤灰渣酸浸提釩工藝的試驗(yàn)研究[D];浙江大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 李戰(zhàn)旗;含鉻提釩尾渣中有價(jià)金屬元素分離與提取的實(shí)驗(yàn)研究[D];東北大學(xué);2015年

2 邵穎聰;直接提釩焙燒浸出工藝實(shí)驗(yàn)研究及焙燒豎爐熱工過程解析[D];東北大學(xué);2015年

3 高德勝;提釩棄渣提取有價(jià)元素的工藝及材料研究[D];東北大學(xué);2015年

4 衛(wèi)琛浩;商洛低熱值石煤釩礦綜合利用的實(shí)驗(yàn)研究[D];西安建筑科技大學(xué);2015年

5 萬歡;石煤提釩工藝過程管控一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[D];武漢科技大學(xué);2018年

6 劉祥;石煤提釩酸浸渣地聚物的制備及其性能研究[D];武漢理工大學(xué);2015年

7 蔣謀鋒;云母型含釩石煤空白焙燒酸浸提釩機(jī)理研究[D];武漢理工大學(xué);2015年

8 韓梅;石煤提釩尾礦制備礦渣硅酸鹽水泥的研究[D];西安建筑科技大學(xué);2015年

9 張大德;攀鋼提釩煉鋼廠企業(yè)管理信息系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)與實(shí)施[D];重慶大學(xué);2001年

10 曲亞萍;提釩—煉鋼生產(chǎn)調(diào)度的優(yōu)化與仿真研究[D];重慶大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2742984