高掺量粉煤灰制备多孔陶瓷板及其处理矿山废水研究

摘要

粉煤灰是火电厂排出的一种固体废物。近年来,随着国家经济的发展和电力需求的提高,粉煤灰的排放量急剧增加,对生态环境造成极大的危害。合理利用粉煤灰可以降低其对生态环境的危害,变废为宝,因此研究粉煤灰回收利用有着重要的意义。
　　 多孔陶瓷由于其优良、稳定及特殊的物理性能和力学性能,较大的比表面积、高气孔率,和可调控的孔径分布,被广泛应用于冶金、能源、化工、电子、环保、生物等领域。粉煤灰的化学成分主要为SiO2和Al2O3,一般两者总含量都在60％以上,与制作陶瓷的粘土类原料相近,因此可以用来代替传统的陶瓷粘土原料。
　　 本实验通过混合不同配比的粉煤灰、高岭土、助熔剂以及造孔剂,半干压制成型后得到圆饼型坯体,经高温烧结,制得多孔陶瓷试样。研究了粉煤灰掺量、助熔剂、烧结温度、保温时间、造孔剂种类及其添加比例等各种因素对多孔陶瓷的抗折强度、气孔率、烧成收缩率和吸水率等性能的影响。
　　 实验表明,粉煤灰的掺量和助熔剂种类对试样的抗折强度和气孔率性能有一定的影响。随粉煤灰掺量的增加,烧结样品的抗折强度和气孔率大致呈先增大后减小的趋势。以长石为助熔剂制备出的样品具有较高的抗折强度和气孔率。烧结温度、保温时间对试样有极大的影响,试样抗折强度随烧成温度的升高而增大,气孔率随烧成温度的升高而减小。随着保温时间的增加,气孔率先增大后减小,抗折强度先急剧增大后趋于平缓。试样的性能与造孔剂的种类、添加量也有很大的关系,随着造孔剂添加量的增加,烧结样品几乎呈线性收缩,且抗折强度随着造孔剂含量的增加而减小,气孔率随着造孔剂含量的增加而增大。最后选取最佳试样在废水处理的实验中检测其应用效果。
　　 通过对比分析XRD、SEM图谱及实验数据得出最佳制备工艺参数:制备原料中粉煤灰掺量为70％时,以长石为助熔剂,烧结温度1200℃,保温时间1h,选择碳粉为造孔剂,与原材料按1:4配比。在此参数下制备出的粉煤灰多孔陶瓷抗折强度17.78MPa、气孔率44.86％,吸水率33.93％,容重1.32 g/cm3。在废水处理应用的研究中,矿山废水在过滤压力为0.6MPa条件下,通过三块该陶瓷板后SS的去除率达81.4％,CODcr的去除率达76.68％。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 粉煤灰的概况

1.1.1 粉煤灰的产生

1.1.2 粉煤灰的性质

1.1.3 粉煤灰的危害

1.1.4 粉煤灰的利用现状

1.2 多孔陶瓷的概况

1.2.1 多孔陶瓷的分类

1.2.2 多孔陶瓷的应用

1.2.3 多孔陶瓷的制备工艺

1.3 粉煤灰多孔陶瓷的研究现状

1.4 本论文的研究意义、内容及技术路线

1.4.1 论文的研究意义

1.4.2 论文研究内容

1.4.3 制备工艺图

1.4.4 技术路线图

第2章 实验材料及研究方法

2.1 实验原材料

2.1.1 粉煤灰

2.1.2 塑性原料

2.1.3 助熔剂

2.1.4 粘接剂

2.1.5 造孔剂

2.2 仪器设备

2.3 实验方法

2.3.1 原料的预处理

2.3.2 配比方案的确定

2.3.3 烧制条件的确定

2.3.4 实验流程

2.4 测试方法

2.4.1 焙烧线收缩率

2.4.2 抗折强度

2.4.3 吸水率、气孔率、体积密度及容重

2.4.4 X射线衍射分析(XRD)

2.4.5 扫描电镜分析(SEM)

2.4.6 X射线荧光光谱分析

第3章 实验结果与讨论

3.1 粉煤灰掺量对试样的影响

3.2 助熔剂对试样的影响

3.3 烧结温度对试样的影响

3.3.1 实验数据分析

3.3.2 试样外观分析

3.3.3 扫描电镜分析(SEM)

3.3.4 X射线衍射分析(XRD)

3.4 保温时间对试样的影响

3.5 造孔剂种类对试样的影响

3.6 造孔剂含量对试样的影响

3.6.1 对收缩率的影响

3.6.2 对试样强度和气孔率的影响

3.6.3 扫描电镜分析(SEM)

3.7 本章小结

第4章 用粉煤灰多孔陶瓷板处理污水研究

4.1 过滤机理

4.1.1 粉煤灰过滤机理

4.1.2 多孔陶瓷过滤机理

4.1.3 粉煤灰多孔陶瓷过滤机理

4.2 粉煤灰多孔陶瓷处理废水的实验方法

4.2.1 实验装置与流程

4.2.2 实验仪器

4.2.3 测定方法

4.3 实验结果与讨论

4.3.1 过滤压力对去除率的影响

4.3.2 陶瓷板数对去除率的影响

4.4 本章小结

第5章 结论

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间所发表的相关学术论文