磷石膏是磷礦石和硫酸濕法生產(chǎn)磷酸的工業(yè)副產(chǎn)物,產(chǎn)量巨大。未經(jīng)處理的磷石膏主要采用陸地堆存和倒入海中的方式處置,會(huì)導(dǎo)致一系列的諸如土壤、水和大氣污染。隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)和磷石膏潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值的凸顯,將磷石膏作為一種原材料應(yīng)用于各種領(lǐng)域成為研究熱點(diǎn)。目前針對(duì)磷石膏中鈣、硫的資源化利用主要是將磷石膏還原分解為CaS,或者直接將磷石膏熱分解為CaO,兩者分解率都較低,分解溫度均偏高。為充分利用磷石膏中的鈣、硫資源,提高磷石膏分解率并生產(chǎn)CaO。本論文以磷石膏為研究對(duì)象,使用FeCl₃溶液浸漬法添加Fe基添加劑,并以褐煤作為還原劑,在N₂氣氛下低溫還原分解制備中間產(chǎn)物CaS,然后將反應(yīng)氣氛切換為空氣氣氛,將CaS進(jìn)一步氧化為目標(biāo)產(chǎn)物CaO。本文首先利用C+O+Ca+S系統(tǒng)平衡分析結(jié)合Factsage理論計(jì)算,對(duì)反應(yīng)過(guò)程中元素的存在形態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)熱力學(xué)研究,對(duì)不同反應(yīng)過(guò)程的熱力學(xué)、相圖和Fe基添加劑的輔助作用進(jìn)行了考察,為Fe基添加劑輔助下磷石膏氣氛循環(huán)控制分解反應(yīng)奠定理論基礎(chǔ)。其次探討了不同過(guò)程控制因素對(duì)磷石膏氣氛循環(huán)控制分解反應(yīng)的影響,研究發(fā)現(xiàn):在N... 

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 磷石膏的物化特性
    1.3 磷石膏資源化技術(shù)研究進(jìn)展
        1.3.1 農(nóng)業(yè)化肥和土壤修復(fù)
        1.3.2 建筑材料
        1.3.3 工業(yè)原材料
    1.4 磷石膏熱分解研究前沿分析
        1.4.1 磷石膏分解研究國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
        1.4.2 磷石膏分解研究國(guó)際研究現(xiàn)狀
    1.5 磷石膏熱分解過(guò)程研究
        1.5.1 磷石膏一步分解法
        1.5.2 磷石膏兩步分解法
    1.6 研究?jī)?nèi)容
第二章 磷石膏氣氛循環(huán)分解實(shí)驗(yàn)及評(píng)價(jià)指標(biāo)
    2.1 實(shí)驗(yàn)原料及設(shè)備
        2.1.1 實(shí)驗(yàn)原料
            2.1.1.1 磷石膏分析
            2.1.1.2 褐煤分析
        2.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
    2.2 實(shí)驗(yàn)方法
        2.2.1 磷石膏氣氛循環(huán)控制分解實(shí)驗(yàn)
        2.2.2 流化狀態(tài)磷石膏氣氛循環(huán)控制分解實(shí)驗(yàn)
    2.3 性能檢測(cè)
        2.3.1 熱分析
        2.3.2 物相分析
        2.3.3 掃描電鏡及能譜分析
        2.3.4 比表面積、孔容及平均孔徑測(cè)定
        2.3.5 煙氣分析
    2.4 研究理論基礎(chǔ)
        2.4.1 Factsage軟件介紹
        2.4.2 有限元理論
    2.5 本章小結(jié)
第三章 Fe基添加劑輔助下磷石膏分解過(guò)程熱力學(xué)
    3.1 C+O+Ca+S系統(tǒng)熱力學(xué)評(píng)估
        3.1.1 二元系統(tǒng)
        3.1.2 Ca+O+S三元系統(tǒng)
    3.2 磷石膏與褐煤氧化還原反應(yīng)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算
        3.2.1 反應(yīng)的自發(fā)性
        3.2.2 反應(yīng)的熱效應(yīng)
        3.2.3 相圖分析
    3.3 Fe基添加劑的選擇
        3.3.1 Fe基添加劑的Ellingham能圖分析
        3.3.2 Fe基添加劑下磷石膏分解熱力學(xué)
        3.3.3 Fe基添加劑輔助下磷石膏分解相圖
    3.4 元素遷移平衡分析
    3.5 本章小結(jié)
第四章 磷石膏氣氛循環(huán)控制過(guò)程反應(yīng)特性和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析
    4.1 不同氣氛下褐煤熱解特性研究
    4.2 磷石膏在N_2氣氛中分解特性研究
        4.2.1 磷石膏在N_2氣氛中脫水特性
        4.2.2 磷石膏N_2氣氛中還原分解特性研究
    4.3 中間產(chǎn)物空氣氣氛中反應(yīng)特性研究
        4.3.1 氧氣濃度對(duì)CaS氧化的影響
        4.3.2 溫度對(duì)CaS氧化的影響
        4.3.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)CaS氧化的影響
    4.4 循環(huán)次數(shù)對(duì)磷石膏分解的影響
    4.5 氣氛循環(huán)控制下反應(yīng)動(dòng)力學(xué)
        4.5.1 N_2氣氛中磷石膏分解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)
        4.5.2 空氣氣氛中中間產(chǎn)物氧化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)
        4.5.3 N_2氣氛中CaS和磷石膏固固反應(yīng)動(dòng)力學(xué)
    4.6 本章小結(jié)
第五章 磷石膏氣氛循環(huán)控制中反應(yīng)機(jī)理分析
    5.1 磷石膏N_2氣氛條件下分解反應(yīng)機(jī)理
        5.1.1 磷石膏與褐煤在N_2氣氛中的分解反應(yīng)機(jī)理
        5.1.2 CaS和磷石膏N_2氣氛中的固固反應(yīng)
        5.1.3 N_2氣氛中Fe元素的遷移
        5.1.4 固體還原產(chǎn)物的SEM和BET分析
    5.2 空氣氣氛中反應(yīng)機(jī)理及元素遷移
        5.2.1 中間產(chǎn)物CaS氧化反應(yīng)機(jī)理及元素遷移
        5.2.2 空氣氣氛中Fe元素的遷移
        5.2.3 固體氧化產(chǎn)物的表征分析
    5.3 氣氛循環(huán)控制階段反應(yīng)機(jī)理及元素遷移
    5.4 雜質(zhì)對(duì)反應(yīng)的影響
    5.5 本章小結(jié)
第六章 流化狀態(tài)磷石膏氣氛循環(huán)控制分解特性研究
    6.1 磷石膏流態(tài)化分解概述
    6.2 操作基本參數(shù)計(jì)算
        6.2.1 臨界流化速度的計(jì)算
        6.2.2 帶出速度的計(jì)算
    6.3 流化狀態(tài)下磷石膏在氣氛循環(huán)中分解特性
        6.3.1 溫度對(duì)流化狀態(tài)磷石膏氣氛循環(huán)分解的影響
        6.3.2 循環(huán)次數(shù)對(duì)流化狀態(tài)磷石膏氣氛循環(huán)分解的影響
        6.3.3 氣固比對(duì)流化狀態(tài)磷石膏氣氛循環(huán)分解的影響
    6.4 固體反應(yīng)產(chǎn)物表征分析
    6.5 本章小結(jié)
第七章 流化狀態(tài)磷石膏氣氛循環(huán)分解過(guò)程數(shù)值模擬和能耗分析
    7.1 反應(yīng)理論研究
        7.1.1 流化床中的反應(yīng)
        7.1.2 流化床中的反應(yīng)模擬
    7.2 流化床反應(yīng)模型結(jié)構(gòu)
        7.2.1 流化床中的質(zhì)量傳遞
        7.2.2 流化床中的化學(xué)反應(yīng)及相變
        7.2.3 氣速影響
        7.2.4 熱量傳遞
    7.3 Comsol模擬參數(shù)設(shè)置
        7.3.1 初始條件及邊界條件
        7.3.2 網(wǎng)格劃分
        7.3.3 求解步驟
    7.4 結(jié)果與討論
        7.4.1 未反應(yīng)縮核模型
        7.4.2 磷石膏和褐煤脫水階段
        7.4.3 磷石膏和褐煤N_2氣氛中分解反應(yīng)階段
        7.4.4 中間產(chǎn)物空氣氣氛中氧化反應(yīng)階段
        7.4.5 氣氛循環(huán)控制階段
        7.4.6 流化狀態(tài)磷石膏氣氛循環(huán)中分解反應(yīng)能耗計(jì)算
        7.4.7 實(shí)驗(yàn)和模擬對(duì)比研究
    7.5 本章小結(jié)
第八章 研究結(jié)論、創(chuàng)新點(diǎn)與建議
    8.1 研究結(jié)論
    8.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    8.3 建議
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間取得的成果
攻讀博士學(xué)位期間獲得的獎(jiǎng)勵(lì)
攻讀博士學(xué)位期間參與的科研項(xiàng)目


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[10]重視磷石膏的綜合利用 促進(jìn)磷肥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展[J]. 張永志.  磷肥與復(fù)肥. 2009(02)

博士論文
[1]磷石膏分解特性及其流態(tài)化分解制硫酸聯(lián)產(chǎn)石灰的工藝研究[D]. 應(yīng)國(guó)量.武漢理工大學(xué) 2011
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本文編號(hào)：3672367