高铝煤矸石制备超细氧化铝和硅酸钠联产工艺的研究

摘要

煤矸石是煤炭洗选、开采加工过程中产生的一种固体废弃物,约占煤炭产量的15％左右,如果将其直接排放不仅污染环境而且造成严重的资源浪费。煤矸石中含有大量的氧化铝、二氧化硅以及铁、镁等矿物质,研究对这些物质进行分离提取并加工生产高附加值的化工产品,这样不仅可以解决我国氧化铝及二氧化硅资源短缺问题,而且也解决了煤矸石大量占地、污染环境、易发生地质灾害等问题。因此,研究煤矸石固体废弃物资源化利用是建立资源节约型社会的重要途径,有着十分广阔的前景及深远的意义。本实验选用的煤矸石中含有45%左右的二氧化硅及47%的氧化铝,但未经自燃的煤矸石中这两种组分是以晶态形式结合在一起,且晶型比较稳定,几乎不具有化学反应活性,很难直接加以提取利用,本实验通过利用高温焙烧的方法使其有序的晶体转变为活性较高的半晶质或非晶质,使煤矸石具有一定活性。然后利用酸浸法对焙烧后的煤矸石中的氧化铝和二氧化硅进行分离,研究了活化温度、活化时间、固液比、酸浓度、酸浸时间和酸浸温度六个主要因素对煤矸石中氧化铝浸取率的影响,并通过正交试验确定其最佳浸取条件。以煤矸石酸浸后的滤液和滤饼为原料分别制取高附加值的化工产品超细氧化铝粉体和工业硅酸钠。氧化铝制备时,通过调节pH值来除掉氯化铝滤液中的杂质,通过加入分散剂来抑制氧化铝颗粒的硬团聚。工业硅酸钠制取时,实验主要研究了氢氧化钠浓度对工业液体硅酸钠模数的影响。煤矸石最佳浸取条件是:固液比(质量比)为1:6;反应温度为95℃;盐酸浓度为20%;反应时间为2.5h;煤矸石活化时间为1h;活化温度为750℃,在此最佳条件下得到的Al2O3的浸取率为84.0%。氧化铝粉体制备时,加入三乙醇胺:氯化铝溶液为1:20得到氧化铝粉体分散的效果最好,颗粒分布均匀,团聚少。工业液体硅酸钠制备时,当氢氧化钠的浓度逐渐增加时,液体硅酸钠的模数由原先的2.6降到1.0,由液体硅酸钠技术指标得到在氢氧化钠浓度为1.0mol/dm3时制备出的液体硅酸钠为液-3,主要用于建材业。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 煤矸石的概况

1.1.1 煤矸石的来源及分类

1.1.2 煤矸石的特性

1.1.3 煤矸石的危害

1.2 煤矸石的利用现状

1.2.1 发电和造气

1.2.2 工程应用

1.2.3 生产建材类产品

1.2.4 生产新型材料

1.2.5 生产化工产品

1.2.6 生产肥料及改良土壤

1.3 煤矸石资源化利用的意义

1.4 煤矸石综合利用中存在的主要问题

1.4.1 煤矸石综合利用总体水平不高

1.4.2 地区发展不平衡

1.4.3 优惠政策落实难

1.4.4 缺乏资金渠道

1.4.5 企业经营管理体制落后

1.5 煤矸石的活化

1.5.1 影响煤矸石活性的因素

1.5.2 煤矸石的活化方法

1.6 超细氧化铝概况

1.6.1 超细氧化铝的性质

1.6.2 超细氧化铝的用途

1.6.3 国内外制备技术现状

1.6.4 超细A1_20_3防团聚研究进展

1.6.5 超细氧化铝防团聚措施

1.6.6 我国氧化铝工业的发展

1.7 硅酸钠概况

1.7.1 硅酸钠的性质

1.7.2 硅酸钠的生产方法

1.7.3 硅酸钠的应用现状

1.8 课题研究的目的与意义

第二章 实验部分

2.1 主要实验仪器和试剂

2.1.1 主要仪器

2.1.2 主要试剂

2.2 实验原料

2.3 实验流程

2.4 分析及实验方法

2.4.1 超细氧化铝制备方法

2.4.2 工业硅酸钠制备方法

2.4.3 A1_20_3提取率的计算

2.4.4 工业硅酸钠产品检测

第三章 结果与讨论

3.1 煤矸石成分分析

3.2 煤矸石的活化

3.3 正交实验确定最佳浸取条件

3.4 各因素对A1_20_3浸取率的影响

3.4.1 焙烧温度对A1_20_3提取率的影响

3.4.2 焙烧时间对A1_20_3提取率的影响

3.4.3 盐酸浓度对A1_20_3提取率的影响

3.4.4 反应温度对A1_20_3提取率的影响

3.4.5 反应时间对A1_20_3提取率的影响

3.4.6 固液比对A1_20_3提取率的影响

3.5 高纯超细氧化铝粉体的制备

3.5.1 超细氧化铝的SEM 表征

3.5.2 超细氧化铝纯度测试

3.6 硅酸钠的制备

3.6.1 氢氧化钠浓度对硅酸钠中各成分的影响

3.6.2 氢氧化钠浓度对模数的影响

第四章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果