含钛高炉渣资源化综合利用研究

摘要

本文在全面总结回顾攀钢含钛高炉渣综合利用现状的基础上，提出含钛高炉渣资源化利用的有效途径，以期达到全面和高附加值利用含钛高炉渣的目的。具体工艺路线是:首先采用简单、易操作的盐酸酸浸法处理含钛高炉渣，使含钛高炉渣中的钛元素富集到酸浸渣中，然后研究酸浸渣的光催化性能和吸附性能，从而获得具有光催化性的高效吸附材料。本文具体开展了以下研究工作:
　　首先，采用盐酸酸浸法制备出钛含量高的酸浸渣，研究不同工艺条件对酸浸渣中钛含量的影响，确定最佳的工艺条件。结果表明:原料粒度为120～180μm;酸浸反应温度为95℃;酸渣比为1.5∶1(mL∶g);盐酸浓度为8mol·L-1;反应时间为4h;搅拌速度为1400r·min-1，可获得TiO2含量超过45％的酸浸渣。酸浸反应动力学符合粒径不变的未反应收缩核模型，且浸出过程受内扩散控制。另外，根据X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、比表面积(BET)分析得出含钛高炉渣各物相的浸出速度由快到慢依次为:镁铝尖晶石、透辉石、钙钛矿，酸浸渣的比表面积较大，具有较好的吸附性能。
　　其次，以酸浸渣作为光催化材料降解甲基橙溶液，研究不同酸浸渣煅烧温度、酸浸渣投加量、光照时间、溶液初始浓度、溶液pH和添加强氧化剂H2O2等方面因素对光催化降解甲基橙的影响。结果表明:酸浸渣煅烧温度为400℃;酸浸渣投加量为10mg;光照时间为1h;溶液初始浓度为10mg·L-1; pH为3，光催化效果最佳;添加强氧化剂H2O2效果非常明显，加入0.04mLH2O2，光催化效率就能达到95％以上。酸浸渣光催化还原甲基橙遵循L-H动力学规律。
　　最后，以不同酸浸工艺获得的酸浸渣作为吸附材料，研究对甲醛吸附效果的影响，根据单因素分析法，吸附甲醛性能最佳的酸浸渣的制备工艺为:炉渣粒度为120～180μm;加热温度为95℃;酸渣比为1.5∶1(mL∶g);盐酸浓度为8mol·L-1;反应时间为6h;搅拌速度为1400r·min-1，煅烧温度为600℃。酸浸渣吸附甲醛最适等温线模型可用Langmuir方程表达，表达式为:1/qe=3.061/Ce+0.45，说明吸附甲醛为单分子层吸附。最适动力学模型可用准二级方程来表达，表达式为:t/q=9.605t+0.154，说明该吸附过程主要受化学吸附控制。
　　本论文研究表明:盐酸浸出含钛高炉渣制备的酸浸渣，具有良好的光催化性能和吸附性能，可用于吸附、催化降解甲醛和甲基橙，论文研究结果为含钛高炉渣资源化利用奠定了实验研究基础和理论依据。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 含钛高炉渣的产生和危害

1．2 含钛高炉渣的组成分析

1．2．1 含钛高炉渣的化学组成

1．2．2 含钛高炉渣的矿相组成

1．3 含钛高炉渣的综合利用现状

1．3．1 国外含钛高炉渣的综合利用现状

1．3．2 国内含钛高炉渣的综合利用现状

1．4 吸附法脱除甲醛的研究现状

1．5 本课题的研究目标、内容及创新点

1．5．1 研究目标

1．5．2 研究内容

1．5．3 技术路线

1．5．4 主要创新点

第2章 实验材料、仪器与方法

2．1 实验原材料的测试分析

2．1．1 XRD分析

2．1．2 SEM及能谱分析

2．1．3 UV-Vis／NIR分析

2．1．4 BET分析

2．2 实验试剂与设备

2．3 实验的工艺流程

第3章 盐酸浸出含钛高炉渣制备酸浸渣

3．1 酸浸反应的基本原理

3．2 实验装置与测试方法

3．2．1 酸浸反应材料的预处理

3．2．2 实验装置与方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 酸浸工艺对酸浸渣中TiO2含量的影响

3．3．2 酸浸渣分析表征

3．3．3 含钛高炉渣的酸浸动力学研究

3．4 本章小结

第4章 酸浸渣光催化降解甲基橙

4．1 光催化反应的基本原理

4．2 实验装置与测试方法

4．2．1 光催化材料的预处理

4．2．2 实验装置与方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 光催化降解甲基橙溶液的影响因素分析及讨论

4．3．2 光催化反应表观动力学分析

4．3．3 酸浸渣光催化机理探讨

4．4 本章小结

第5章 酸浸渣吸附甲醛

5．1 吸附的基本原理

5．1．1 吸附等温线模型

5．1．2 吸附动力学模型

5．2 实验装置与方法

5．2．1 吸附材料的预处理

5．2．2 实验装置

5．2．3 实验方法

5．2．4 实验注意事项

5．3 结果与讨论

5．3．1 不同酸浸工艺制备的酸浸渣吸附甲醛

5．3．2 酸浸渣的吸附等温线

5．3．3 酸浸渣的吸附动力学

5．3．4 吸附机理探讨

5．4 本章小结

第6章 结论与建议

6．1 全文总结

6．2 今后工作的建议

参考文献

在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢

附录Ⅰ 钛含量的测定方法

附录Ⅱ 盐酸浸取含钛高炉渣的反应速率的推导