循环流化床灰制备聚合双酸铝铁混凝剂的研究

摘要

循环流化床粉煤灰(CFB灰)是循环流化床锅炉燃烧煤矸石等燃料并进行炉内脱硫所产生的一种新型固体废弃物,包括飞灰和底渣。由于CFB灰渣的差异性较大,我国的CFB灰渣的整体利用率不到30％,大部分露天堆存于灰库中,灰渣的堆放不仅侵占土地、污染环境,同时存在安全隐患及浪费资源,充分合理地利用CFB灰渣将具有社会、经济与环保的综合效益。论文以阜新某煤矸石发电厂CFB飞灰的综合利用为研究重点,采用酸浸、水解、聚合、熟化等工艺过程制备聚合双酸铝铁(PAFCS)混凝剂,以实现CFB灰中有用组分的高效-清洁-综合利用。主要研究内容和成果如下:
　　(1)试验研究用灰符合阜新地区煤矸石高硅、低铝、高钾钠、低钙镁、普遍含TiO2、P2O5的特点;矿物组成主要为非晶态,且具有较好的硅铝活性;颗粒粒度大部分为12μm左右;没有固定的形态,多为分散、不规则状的颗粒。
　　(2)CFB灰酸浸提取Al2O3、Fe2O3的最佳条件为:盐酸浓度为6mol/L,温度105110℃、时间120min、液固比为4:1,KF加入量为25%时,Al2O3、Fe2O3的浸出率分别为59.46%、92.7%。
　　(3)CFB灰酸浸过程中Al2O3、Fe2O3的浸出动力学方程均可用1-(1-α)1/3=k′t来描述,Al2O3的浸出过程受扩散和化学反应控制,符合典型的“未反应核收缩模型”,反应表观级数为1.0875,反应活化能为21.186kJ/mol;Fe2O3的浸出过程受化学反应控制,符合典型的“反应核收缩模型”,反应表观级数为0.9992,反应活化能为42.063kJ/mol。
　　(4)CFB灰酸浸粗液在8085℃下,以Al(OH)3溶胶中和pH值为33.5,并保温4h左右,保温后期引入SO42-和PO43-离子,室温陈化24h后,可制得红棕色的PAFCS液体样品。室温溶液稳定存在3个月以上,相同试验条件下,PAFCS对浊度的去除率明显好于聚合氯化铝(PAC)。

目录

致谢

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 国内外 CFB 灰的综合利用现状

1.1.1 CFB 灰底渣的利用现状

1.1.2 CFB 飞灰的利用现状

1.2 尾矿渣制备混凝剂的研究现状

1.2.1 利用铝钒土、赤泥作为原料

1.2.2 利用煤矸石作为原料

1.2.3 利用硫铁矿烧渣作为原料

1.2.4 利用粉煤灰作为原料

1.3 立题依据及意义

1.3.1 保护环境、发展循环经济

1.3.2 实现资源化综合开发利用

1.4 研究内容和关键问题

1.4.1 研究内容

1.4.2 拟解决的关键问题

2 CFB 灰理化特性的研究

2.1 CFB 灰的特性及影响因素

2.1.1 CFB 灰的特性

2.1.2 CFB 灰特性的影响因素

2.2 试验用 CFB 灰特性

2.2.1 样品来源及特征

2.2.2 CFB 灰化学成分分析

2.2.3 CFB 灰矿物成分分析

2.2.4 CFB 灰颗粒粒度分析

2.2.5 CFB 灰颗粒形貌分析

2.3 本章小结

3 CFB 灰酸浸过程的试验研究

3.1 浸出过程机理与影响因素

3.1.1 CFB 灰酸浸机理

3.1.2 矿物热解机理

3.1.3 浸出过程的影响因素分析

3.2 试验部分

3.2.1 试验仪器

3.2.2 试验试剂

3.2.3 酸浸过程

3.3 试验结果及讨论

3.3.1 CFB 灰的活性对浸出率的影响

3.3.2 盐酸浓度对浸出率的影响

3.3.3 酸浸时间对浸出率的影响

3.3.4 酸浸温度对浸出率的影响

3.3.5 液固比对浸出率的影响

3.3.6 助溶剂对浸出率的影响

3.3.7 搅拌对浸出率的影响

3.4 试验条件选择与优化

3.5 本章小结

4 CFB 灰中铝、铁的酸浸出行为与动力学研究

4.1 浸出过程动力学分析

4.2 CFB 灰中铝的浸出行为及动力学

4.2.1 CFB 灰中铝的浸出动力学分析

4.2.2 酸浸温度对浸出率的影响

4.2.3 盐酸浓度对浸出率的影响

4.2.4 KF 加入量对浸出率的影响

4.2.5 液固比为浸出率的影响

4.3 CFB 灰中铁的浸出行为及动力学

4.3.1 CFB 灰中铁的浸出过程动力学分析

4.3.2 酸浸温度对浸出率的影响

4.3.3 盐酸浓度对溶出率的影响

4.4 本章小结

5 聚合双酸铝铁的制备及性能测试

5.1 PAFCS 的水解、聚合机理

5.2 PAFCS 制备方法

5.2.1 试验试剂

5.2.2 试验仪器与设备

5.2.3 试验步骤

5.2.4 絮凝试验

5.2.5 浊度的测定方法

5.3 试验结果与讨论

5.3.1 不同铝与铁摩尔比对 PAFCS 性能的影响

5.3.2 不同碱化度对 PAFCS 性能的影响

5.3.3 不同铝与硫酸根摩尔比对 PAFCS 性能的影响

5.3.4 不同磷酸根与铁摩尔比对 PAFCS 性能的影响

5.4 样品质量与性能测试

5.4.1 样品化学分析

5.4.2 红外光谱分析

5.4.3 样品性能测试

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

附录

作者简介

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