【摘要】：粉煤灰與鋁灰均是工業(yè)固體廢棄物,每年產(chǎn)生的數(shù)量十分巨大,兩者的堆積處理不僅會占用大量土地,還會污染空氣和水體,威脅到人類自身健康。粉煤灰的主要成分為Al_2O_3、SiO_2和Fe_2O_3,是良好的制備硅鐵合金和提鋁資源。鋁灰含有金屬鋁和氧化鋁,可作為鋁熱劑和提鋁原料。本文采用鋁灰作為鋁熱劑,開發(fā)出粉煤灰鋁熱還原法制備硅鐵合金和富鋁渣的工藝,并研究了粉煤灰與氯化鈣焙燒提鋁反應(yīng)的動力學(xué)及機理。采用HSC熱力學(xué)軟件對反應(yīng)體系中各個反應(yīng)進行了熱力學(xué)計算,計算各反應(yīng)的可行性和反應(yīng)起始溫度。計算結(jié)果表明二氧化硅的碳熱還原溫度為1943K,但是在有鐵存在的情況下,二氧化硅還原溫度降到1752K,同時能有效破壞SiC的生成,減少還原過程中硅的損失。金屬鋁可以在實驗溫度下能順利完成對氧化硅和氧化鐵的還原,而AlN還原氧化硅需要在1914K的溫度以上。采用FactSage熱力學(xué)軟件模擬在理論配料和不輸入氧氣體系下,金屬鋁完全還原粉煤灰和氧化鐵的過程,模擬結(jié)果表明在1673K產(chǎn)物主要物相為硅鐵合金、莫來石、剛玉和渣。研究了粉煤灰與鋁灰混合燒結(jié)磁選得到磁性硅鐵合金和非磁性富鋁渣的工藝。在保溫溫度1673K,保溫時間20min,配鋁灰量為理論配比條件下,此時硅鐵合金純度為85.89%,氧化鋁純度為79.41%。熟料中的主要物相有Al_2O_3、FeSi、SiC、MgAl_2O_4、Fe_5Si_3。通過實驗和熱力學(xué)軟件模擬,探索不同氧含量條件下碳熱、鋁熱分別還原氧化硅和氧化鐵的機理。在體系不輸入氧氣條件下,SiO_2和Fe_2O_3容易被還原出單質(zhì)硅和單質(zhì)鐵,并形成硅鐵合金。在體系輸入少量氧氣和體系輸入足量氧氣情況條件下,金屬鋁和碳優(yōu)先與氧氣反應(yīng),且金屬鋁的還原產(chǎn)物氧化鋁會繼續(xù)與氧化硅反應(yīng)生成莫來石,影響產(chǎn)物的純度。粉煤灰直接酸浸提鋁的適宜實驗條件為:浸出溫度353K、浸出時間60min,液固比8:1,在此條件下鋁的浸出率為8.44%。氯化鈣與粉煤灰混合焙燒反應(yīng)的實驗優(yōu)化條件為:焙燒溫度1173K,焙燒時間30min,氯化鈣與粉煤灰質(zhì)量比1:1,在此條件下鋁的浸出率為93.48%。證明粉煤灰中的鋁集中在莫來石里且氯化鈣是一種優(yōu)質(zhì)焙燒活化劑。氯化鈣與粉煤灰混合焙燒反應(yīng)受內(nèi)擴散控制,焙燒溫度到1173K及以上時,粉煤灰能被完全活化。CaCl_2在高溫焙燒過程中很難分解,在有SiO_2存在下,CaCl_2可以被空氣中組分所分解。
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TF645;TF821
【圖文】：

昆明理工大學(xué)碩士學(xué)位論文12去除空氣和水體污染物領(lǐng)域。由于沸石分子篩的優(yōu)秀性能，天然的沸石已經(jīng)遠遠不能滿足社會發(fā)展的需求，人們開始研究成本廉價、性能良好的合成沸石。沸石的骨架主要由硅、鋁和氧原子構(gòu)成，粉煤灰的主要元素與其相同，是一種制備沸石的潛在資源。1982年Hller和Wirsching首次以粉煤灰作為鋁和硅離子源用堿性水熱合成法制備出沸石分子篩[41]。圖1.11為粉煤灰制備沸石分子篩的后續(xù)方法的總結(jié)[12]。目前常見的沸石分子篩有A型沸、X型沸石和Y型沸石等。粉煤灰合成沸石分子篩的主要方法有一步水熱合成法、兩步水熱合成法、堿融—水熱合成法和熔鹽合成法等[42,43,44,45]。水熱合成法是現(xiàn)在最常用的合成方法，流程短、成本低、技術(shù)成熟具有良好的應(yīng)用前景。近年還開發(fā)出用微波取代傳統(tǒng)加熱的合成方法，具有反應(yīng)迅速、加熱均勻等特點，但是反應(yīng)規(guī)模小和產(chǎn)品純度低等缺陷限制了其后續(xù)發(fā)展[46]。圖1.11粉煤灰制備沸石分子篩的方法總結(jié)[12]1.1.4.6陶瓷和玻璃工業(yè)粉煤灰的主要由SiO2、Al2O3、Fe2O3和CaO等氧化物組成，與黏土成分類似，可以作為一種制作陶瓷、微晶玻璃和玻璃材料的低成本材料[47]。Erol等人使用概述不添加任何添加劑條件下，使用CFA制造的陶瓷、微晶玻璃和玻璃材料的一般加熱過程，見圖1.12[47]。物理和機械性能測試表明，三種由廢棄的粉煤灰制成的材料與以廢物和非廢物來源的玻璃和陶瓷的文獻值相比良好[47]。CFA被認(rèn)為是陶瓷堇青石的制造過程中高嶺石的替代品。直徑小于44μm的粉煤灰與工業(yè)氧化鋁和碳酸鎂粉末混合。該混合物用甲基纖維素研磨，然后將混合組分壓入圓盤中，然后在900-1300℃的溫度下燒結(jié)。結(jié)果表明，64~68%粉煤灰、10%氧化鋁和22~26%碳酸鎂的原料組合在超過1200℃的溫度下

第一章緒論13和粉煤灰一起制備玻璃，以降低熔化溫度和促進內(nèi)部結(jié)晶。最佳條件下制備的玻璃~陶瓷具有良好機械性能（硬度、強度、斷裂韌性、彈性常數(shù)和磨損率），表明在結(jié)構(gòu)材料中使用的良好可能性，是一種很有潛力的建筑材料[50]。圖1.12粉煤灰制備陶瓷、微晶玻璃和玻璃的熱加工概述[47]1.1.4.7提取氧化鋁和二氧化硅粉煤灰的主要成分為SiO2和Al2O3，是一種提取SiO2和Al2O3的潛在資源。粉煤灰的主要礦物組成是莫來石和石英，其中Al2O3大部分在莫來石中，以Al-Si鍵連接，具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，降低粉煤灰活性，而SiO2主要以石英形式存在。因為單純提取SiO2和Al2O3的工藝經(jīng)濟效益不高，一般是提取SiO2和Al2O3同時進行。提取SiO2和Al2O3的實質(zhì)就是活化粉煤灰，破壞牢固的Al-Si鍵，使粉煤灰中的Al2O3容易被浸出，SiO2不溶于酸留在渣中，實現(xiàn)Al和Si的分離和提齲目前提取Al2O3的方法有很多，具體見1.3.2小節(jié)。提取SiO2方法主要有氣相法、溶膠-凝膠法和化學(xué)沉淀法，三種方法的優(yōu)缺點見表1.6[51]。表1.6三種制備SiO2方法的優(yōu)缺點[51]制備SiO2方法優(yōu)點缺點氣相法純度高、粒徑孝性能優(yōu)越工藝復(fù)雜溶膠-凝膠法純度較高、比表面積較大工藝過程和提取率較難控制化學(xué)沉淀法工藝簡單、容易操作產(chǎn)品品級不高徐潔明等研究了用氣相法直接制備納米白炭黑工藝，以粉煤灰、濃硫酸和氟化鈣一起加熱反應(yīng)，然后用乙醇作為分散劑，制備出純白疏松的白炭黑。實驗結(jié)果顯示，納米白炭黑具有良好的性質(zhì)，樣品形狀大小均勻，純度高達99.95%[52]。

?Sialon材料，該方法具有原料來源廣，成本低，產(chǎn)品純度高、性能良好的優(yōu)點[94]。1.2.4.6制備凈水劑鋁灰是制備凈水劑的原料，主要包括聚合氯化鋁和硫酸鋁，廣泛應(yīng)用在水處理領(lǐng)域。胡保國等以鋁灰為原料采用酸溶法制備了聚合氯化鋁（PAC）。以鋁灰：HCl:H2O=10:20:40混合在錐形瓶中，在攪拌轉(zhuǎn)速為80r/min、體系溫度為85℃溫度條件下反應(yīng)2.5h，，然后在60℃下熟化30h，成功制備出性能良好聚合氯化鋁（PAC），對廢水中COD去除率高達64.7%，效果優(yōu)于市面上出售產(chǎn)品[95]。康文通等用硫酸酸浸鋁灰制備硫酸鋁，具體工藝流程見圖1.14。用超出理論用量5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的工業(yè)硫酸酸浸鋁灰，pH控制在3，在90~100℃的溫度下反應(yīng)3h，再在添加一定量的高錳酸鉀和添加劑A，冷卻結(jié)晶生成硫酸鋁，回收率達93.2%[96]。圖1.14鋁灰生產(chǎn)硫酸鋁的工藝流程圖[96]1.2.4.7其他用途

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張永財;;氧化鋁-莫來石-石英多孔可塑耐火材料結(jié)構(gòu)的研究與表征[J];耐火與石灰;2019年02期

2 陳照峰,張顯,張立同,成來飛;氧化鋁-莫來石復(fù)合粉對莫來石燒結(jié)行為的影響[J];耐火材料;2001年03期

3 張旭東;原位反應(yīng)制備莫來石復(fù)合材料的研究[J];山東輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版);1997年01期

4 王鈞甫;方玉婷;;氧化鋁焙燒溫度對色譜分離輕烴的影響[J];化學(xué)世界;1983年06期

5 隋麗麗;翟玉春;;硫酸銨焙燒粉煤灰提氧化鋁[J];礦冶;2016年04期

6 范艷青;蔣訓(xùn)雄;汪勝東;馮林永;蔣偉;;粉煤灰硫酸化焙燒提取氧化鋁的研究[J];銅業(yè)工程;2010年02期

7 徐國濤,杜鶴桂,薛啟文,楊熹文,陳方玉;鎂鋯莫來石復(fù)合材料中氧化鍶添加劑對微觀結(jié)構(gòu)的影響分析[J];陶瓷工程;1999年03期

8 陸美亞;煤灰和氧化鋁混合物合成的莫來石[J];國外耐火材料;1995年10期

9 康茹茹;王樊波;曲烈;陸芊芊;夏文杰;;焙燒溫度對煤矸石基莫來石相陶粒性能的影響[J];天津建設(shè)科技;2018年04期

10 梁波,張慶軍;熱處理對鋯莫來石復(fù)相陶瓷材料顯微結(jié)構(gòu)的影響[J];河北理工學(xué)院學(xué)報;2001年03期

相關(guān)會議論文 前10條

1 胡嗣勝;漆虹;徐南平;;多孔莫來石支撐體的耐堿腐蝕性能研究[A];第一屆全國化學(xué)工程與生物化工年會論文摘要集(上)[C];2004年

2 聶建華;尹玉成;方選明;梁永和;;TiO_2對高純原料合成莫來石的影響及反應(yīng)動力學(xué)研究[A];第十五屆全國高技術(shù)陶瓷學(xué)術(shù)年會摘要集[C];2008年

3 萬軍;;礬土基莫來石的性能研究[A];2011年耐火原料學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2011年

4 姚心侃;郝建民;;富鋁莫來石物相定量分析的巧妙方法[A];第八屆全國X射線衍射學(xué)術(shù)會議論文集[C];2003年

5 趙鵬達;趙惠忠;張德強;呂康華;易萍;;莫來石球形料結(jié)構(gòu)與性能[A];2017年全國耐火原料學(xué)術(shù)交流會暨展覽會論文集[C];2017年

6 郝立苗;周長靈;王艷艷;徐鴻照;劉福田;;溶膠-凝膠法低溫合成莫來石的研究[A];第十九屆全國高技術(shù)陶瓷學(xué)術(shù)年會摘要集[C];2016年

7 薛云嘉;關(guān)輝;劉家臣;;莫來石/莫來石纖維復(fù)合多孔隔熱材料制備及性能研究[A];第十八屆全國高技術(shù)陶瓷學(xué)術(shù)年會摘要集[C];2014年

8 徐曉虹;騫少陽;吳建鋒;冷光輝;劉孟;方斌正;;莫來石結(jié)合碳化硅高溫吸熱陶瓷抗氧化性能的研究[A];中國硅酸鹽學(xué)會陶瓷分會2010年學(xué)術(shù)年會論文集（二）[C];2010年

9 葉方保;孫高揚;楊中正;;綜合利用資源,燒結(jié)合成莫來石均質(zhì)料[A];2011年耐火原料學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2011年

10 孟佳宏;楊正方;劉維躍;劉雄光;;常壓燒結(jié)莫來石/氧化鋯/碳化硅復(fù)相陶瓷的研究[A];94'全國結(jié)構(gòu)陶瓷、功能陶瓷、金屬/陶瓷封接學(xué)術(shù)會議論文集[C];1994年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 通訊員 馬維東 柳常青;泉鑫年產(chǎn)1.5萬噸單晶相莫來石生產(chǎn)線將試產(chǎn)[N];朔州日報;2011年

2 小馬;日本研制出高性能莫來石陶瓷粉末[N];廣東建設(shè)報;2003年

3 通達耐火技術(shù)股份有限公司 童玲欣 羅華明 占華生 張林;粉煤灰結(jié)合煅燒Al(OH)_(3)制備輕質(zhì)高強莫來石的研究[N];中國建材報;2014年

4 王廣駒;近期氧化鋁市場分析[N];中國有色金屬報;2005年

5 李紅燕 王道隆;江蘇口岸氧化鋁進口量增價升[N];國際商報;2003年

6 于佳 馬永勝;山東口岸氧化鋁進口激增[N];國際經(jīng)貿(mào)消息;2002年

7 記者 劉京青;現(xiàn)貨氧化鋁品種上市交易[N];中國有色金屬報;2019年

8 栗恒源;兩部委發(fā)文促進氧化鋁產(chǎn)業(yè)有序發(fā)展[N];中國礦業(yè)報;2019年

9 記者 于璐;促進氧化鋁產(chǎn)業(yè)有序健康發(fā)展[N];中國有色金屬報;2019年

10 陳閣 陳超 大有期貨;鋁價上漲壓力重重[N];期貨日報;2017年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 馮子健;莫來石型氧化物SmMn_2O_5在柴油車尾氣處理和甲烷燃燒中的催化性能研究[D];華中科技大學(xué);2018年

2 董學(xué);結(jié)構(gòu)可控莫來石纖維基彈性隔熱陶瓷的制備與性能研究[D];天津大學(xué);2017年

3 鄒晶晶;利用粉煤灰提鋁酸渣合成孔材料和纖維材料[D];吉林大學(xué);2016年

4 景茂祥;氧化鋁/鎳復(fù)合材料制備新工藝及結(jié)構(gòu)和性能研究[D];江蘇大學(xué);2007年

5 張錦化;莫來石晶須的制備、生長機理及其在陶瓷增韌中的應(yīng)用[D];中國地質(zhì)大學(xué);2012年

6 王燕鴻;磷摻雜對活性氧化鋁性能與結(jié)構(gòu)的影響及機理研究[D];天津大學(xué);2008年

7 張小朋;磁控濺射氧化鋁薄膜的低溫晶化及銅（鉬）/氧化鋁納米多層膜的性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

8 尚興付;介孔γ-氧化鋁及其負(fù)載的鎳鎂氧化物制備和催化應(yīng)用[D];上海大學(xué);2013年

9 周秋生;碳化硅/莫來石/氧化鋁復(fù)合陶瓷的研制[D];中南大學(xué);2001年

10 王若超;粉煤灰高附加值綠色化綜合利用的研究[D];東北大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 葉標(biāo);粉煤灰鋁熱法制備硅鐵合金及提鋁的研究[D];昆明理工大學(xué);2019年

2 周峰;氧化鋁/莫來石復(fù)合泡沫陶瓷的制備研究[D];中南大學(xué);2009年

3 蔣文龍;氧化鋁碳熱還原制備金屬鋁的研究[D];昆明理工大學(xué);2009年

4 陳莎;介孔托貝莫來石催化劑的制備及物化性質(zhì)調(diào)控[D];貴州大學(xué);2019年

5 趙鵬飛;莫來石氧化物催化劑SmMn_2O_5在三效催化中的應(yīng)用和機理研究[D];華中科技大學(xué);2017年

6 金宏;莫來石結(jié)合碳化硅多孔陶瓷的制備及性能研究[D];海南大學(xué);2018年

7 董超;氧空位可調(diào)的非晶莫來石催化劑應(yīng)用于高效的氧還原反應(yīng)[D];天津大學(xué);2017年

8 田雪;莫來石晶須的制備與分散[D];北京交通大學(xué);2017年

9 周平森;等靜壓制備莫來石顆粒增強磷酸鉻鋁高溫透波陶瓷的研究[D];西南科技大學(xué);2017年

10 王鵬;靜電紡絲法制備氧化鋁和莫來石多孔陶瓷纖維[D];華北理工大學(xué);2016年

本文編號：2770188