【摘要】：粉煤灰是典型的工業(yè)固體廢棄物,長久以來巨大的堆存量不僅嚴重威脅著生態(tài)平衡,且極大浪費了這類可再生資源。目前,粉煤灰利用大多集中于建材和回填等領域,在精細利用方向利用率偏低。氧化鐵皮由高溫軋鋼過程脫落產生,鐵含量較高,一般返回冶金流程再利用。利用準格爾高鋁粉煤灰和萊鋼氧化鐵皮為原料提取其中鋁鐵硅,分別制備了聚硅氯化鋁(PASC)和聚硅酸鋁鐵(PSAF)混凝劑,并對其微觀結構和混凝性能進行了研究。粉煤灰-碳酸鈉焙燒酸溶優(yōu)化實驗條件為:焙燒溫度900℃、時間3h、n(Na2CO3):n(Si02)為 0.8,鹽酸濃度 3mol/L、酸浸時間 0.5h、溫度 40℃,鋁鐵硅溶出率分別達96.4%、97.64%和98%,殘留渣率僅為2.6%。700 ℃～900 ℃溫度下焙燒酸浸渣表征測試:XRD分析得粉煤灰中難溶相先后與碳酸鈉反應生成了霞石和鋁酸鈉;SEM圖顯示粉煤灰中球狀玻璃體表面形成較多孔洞結構;FT-IR圖顯示出峰位置所對應化學成鍵結構與物相分析結果一致。動力學研究表明鋁鐵酸浸速率均受邊界層擴散和化學反應混合控制。以共聚法分別制備了 PASC和PSAF混凝劑,PASC優(yōu)化合成條件為:n(Si):n(A1)為6、堿化度為1、聚合溫度45℃、時間2.5h,響應面優(yōu)化PSAF合成條件為:n(Al):n(Fe)為1.38、堿化度為0.5、聚合溫度39.2℃、時間1.36h。產品XRD分析表明聚硅酸與金屬離子及其水解產物形成了新的無定形聚合物;FT-IR圖在1037cm-1和950cn-1處顯示為Si-O-Al、Si-O-Fe特征吸收峰;SEM-EDS圖表明合適的鋁鐵硅摩爾配比和堿化度下產品的聚集度及枝化度較強;TEM-EDS圖顯示產品具有豐富的空間網狀結構;TG圖顯示各失重區(qū)域分別對應DSC圖中相應吸熱峰,750℃(PASC)/700℃(PSAF)附近化學鍵斷裂,產品殘重近50%,穩(wěn)定性較好。Me-Ferron逐時絡合比色法研究得出:最佳條件下,PASC中Alb含量為54.57%;PSAF 中 Alb含量為 53.58%、Feb 含量為 44.82%,Alb+Feb 達 98.4%,Fe的引入降低了 Alb含量,但總混凝有效組分含量大幅增加,處理效果增強�；炷龑嶒灡砻�:濁度和有機物去除率均隨混凝劑投加量增加先增大后趨于穩(wěn)定,隨廢水pH增大、混凝時間延長均先增加后減小,且三種混凝劑處理順序為PSAFPASCPAC,混凝過程受多重混凝作用共同控制。絮體粒度和分形維數(shù)的變化均與混凝指標成正比,澄清區(qū)高度與分形維數(shù)成反比;混凝絮體zeta電位|ζ|均先不斷減小,超過零電點后,|ζ|呈增大趨勢。
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TQ536.4;X703
【圖文】：

、、、、為主的工業(yè)固體廢物如鋼渣、氧化鐵皮、硫鐵礦尾渣、鋼鐵酸洗廢水等［８］。逡逑大量資料證實，聚硅酸鋁鐵比傳統(tǒng)的鋁鹽、鐵鹽混凝劑效果要好，根據(jù)逡逑近年來人們對Ａｌ３＋和Ｆｅ３＋的水解－聚合－沉淀的化學行為、聚合機理、聚合物逡逑形態(tài)分布特征及轉化規(guī)律的深入研宄可知，鋁鹽和鐵鹽作為混凝劑有各自的逡逑優(yōu)缺點。為了綜合鋁和鐵類混凝劑產品的優(yōu)點，克服單獨使用時的缺點，相逡逑當多的學者在開發(fā)聚硅酸復鹽類混凝劑方向作出了大量科學研宄［２５？］。逡逑現(xiàn)階段粉煤灰制備無機高分子混凝劑工藝大多采用酸溶、堿溶、堿熔和逡逑堿加壓浸出來溶出含有的鋁鐵硅有效成分，進而在合適的工藝條件下聚合。逡逑以氧化鐵皮為原料制備無機高分子混凝劑工藝一般較簡單，可采用直接酸溶逡逑法最大限度的浸取所含的鐵元素，從而很好的彌補粉煤灰中鐵含量不足的現(xiàn)逡逑實，使制備的聚硅酸鋁鐵產品鋁鐵摩爾比更加合理，混凝劑產品性能更加穩(wěn)逡逑定。由于氧化鐵皮中鐵易于浸出，而粉煤灰中的物相耐酸堿腐蝕性均較強，逡逑這里僅討論粉煤灰制備聚硅酸鋁鐵混凝劑的工藝，主要包括以下五種：逡逑（１）直接酸溶－堿溶－聚合逡逑

圖２－２助溶劑酸溶－堿溶－聚合工藝圖逡逑

調聚劑邐加酸聚合逡逑圖２－２助溶劑酸溶－堿溶－聚合工藝圖逡逑加助溶劑與酸一起溶解有用元素的方法目前研宄較多，尤其對于煤粉鍋逡逑爐產生的飛灰酸溶反應活性差，可利用ＮａＣｌ等類似的助溶劑，在高溫下增逡逑強其反應活性，促進反應正方向進行，以打開Ａｌ－Ｓｉ鍵，使莫來石和剛玉等逡逑難溶相轉化為活性的Ａ１Ｃ１３。其它種類的助溶劑還包括ＣａＯ、ＣａＣ０３、Ｎａ２Ｃ０３逡逑等。此外，氟化物作為助溶劑也能夠有效提高鋁、鐵的浸出率，因為在酸性逡逑介質范圍內，氟離子能夠同復鹽鋁玻璃體紅柱石中的氧化硅發(fā)生反應最終形逡逑成氟硅化合物，這個過程中也同時加快了鋁的溶出率。需要注意的是加入含逡逑氟化合物會造成二次污染，需要外加除氟工藝。逡逑（３）機械活化－酸溶－堿加壓浸出－聚合逡逑粉煤灰｜邐機械活化逡逑Ｖ邐逡逑—酸溶逡逑＿＿ｉ＿邐水洗過濾邐】逡逑濾液邐濾澄逡逑N加堿聚合邐Ｉ逡逑｜聚合＾鐵｜邐｜堿加Ｓ浸出＾逡逑聚合硅酸鋁鐵

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本文編號：2801148