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,會導致一系列的諸如土壤、水和大氣污染。隨著環(huán)境保護意識的增強和磷石膏潛在經(jīng)濟價值的凸顯,將磷石膏作為一種原材料應用于各種領(lǐng)域成為研究熱點。目前針對磷石膏中鈣、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,然后將反應氣氛切換為空氣氣氛,將CaS進一步氧化為目標產(chǎn)物CaO。本文首先利用C+O+Ca+S系統(tǒng)平衡分析結(jié)合Factsage理論計算,對反應過程中元素的存在形態(tài)進行系統(tǒng)熱力學研究,對不同反應過程的熱力學、相圖和Fe基添加劑的輔助作用進行了考察,為Fe基添加劑輔助下磷石膏氣氛循環(huán)控制分解反應奠定理論基礎(chǔ)。其次探討了不同過程控制因素對磷石膏氣氛循環(huán)控制分解反應的影響,研究發(fā)現(xiàn):在N... 

【文章頁數(shù)】：181 頁

【學位級別】：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)研究進展
        1.3.1 農(nóng)業(yè)化肥和土壤修復
        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 磷石膏分解研究國內(nèi)研究現(xiàn)狀
        1.4.2 磷石膏分解研究國際研究現(xiàn)狀
    1.5 磷石膏熱分解過程研究
        1.5.1 磷石膏一步分解法
        1.5.2 磷石膏兩步分解法
    1.6 研究內(nèi)容
第二章 磷石膏氣氛循環(huán)分解實驗及評價指標
    2.1 實驗原料及設(shè)備
        2.1.1 實驗原料
            2.1.1.1 磷石膏分析
            2.1.1.2 褐煤分析
        2.1.2 實驗設(shè)備
    2.2 實驗方法
        2.2.1 磷石膏氣氛循環(huán)控制分解實驗
        2.2.2 流化狀態(tài)磷石膏氣氛循環(huán)控制分解實驗
    2.3 性能檢測
        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程熱力學
    3.1 C+O+Ca+S系統(tǒng)熱力學評估
        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的熱力學數(shù)據(jù)計算
        3.2.1 反應的自發(fā)性
        3.2.2 反應的熱效應
        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
        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)控制過程反應特性和反應動力學分析
    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)物空氣氣氛中反應特性研究
        4.3.1 氧氣濃度對CaS氧化的影響
        4.3.2 溫度對CaS氧化的影響
        4.3.3 反應時間對CaS氧化的影響
    4.4 循環(huán)次數(shù)對磷石膏分解的影響
    4.5 氣氛循環(huán)控制下反應動力學
        4.5.1 N_2氣氛中磷石膏分解反應動力學
        4.5.2 空氣氣氛中中間產(chǎn)物氧化反應動力學
        4.5.3 N_2氣氛中CaS和磷石膏固固反應動力學
    4.6 本章小結(jié)
第五章 磷石膏氣氛循環(huán)控制中反應機理分析
    5.1 磷石膏N_2氣氛條件下分解反應機理
        5.1.1 磷石膏與褐煤在N_2氣氛中的分解反應機理
        5.1.2 CaS和磷石膏N_2氣氛中的固固反應
        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 空氣氣氛中反應機理及元素遷移
        5.2.1 中間產(chǎn)物CaS氧化反應機理及元素遷移
        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)控制階段反應機理及元素遷移
    5.4 雜質(zhì)對反應的影響
    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)計算
        6.2.1 臨界流化速度的計算
        6.2.2 帶出速度的計算
    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 氣固比對流化狀態(tài)磷石膏氣氛循環(huán)分解的影響
    6.4 固體反應產(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)分解過程數(shù)值模擬和能耗分析
    7.1 反應理論研究
        7.1.1 流化床中的反應
        7.1.2 流化床中的反應模擬
    7.2 流化床反應模型結(jié)構(gòu)
        7.2.1 流化床中的質(zhì)量傳遞
        7.2.2 流化床中的化學反應及相變
        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氣氛中分解反應階段
        7.4.4 中間產(chǎn)物空氣氣氛中氧化反應階段
        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)中分解反應能耗計算
        7.4.7 實驗和模擬對比研究
    7.5 本章小結(jié)
第八章 研究結(jié)論、創(chuàng)新點與建議
    8.1 研究結(jié)論
    8.2 創(chuàng)新點
    8.3 建議
致謝
參考文獻
攻讀博士學位期間取得的成果
攻讀博士學位期間獲得的獎勵
攻讀博士學位期間參與的科研項目


【參考文獻】：
期刊論文
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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]. 應國量.武漢理工大學 2011
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本文編號：3672367