张宝恩论文Word文档格式.docx

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08级环境工程

指导教师：

安昀讲师

二〇一二年五月

摘要

本文主要以攀枝花的粉煤灰为基本材料,参照碱溶粉煤灰提取硅工艺条件优化，提出碱溶粉煤灰提取二氧化硅工艺，并通过控制各条件达到二氧化硅提取条件的优化。

通过单因素实验对粉煤灰粒度，NaOH初始浓度、液固比、碱溶时间、反应温度各因素对粉煤灰提取的影响，又通过正交试验考察制备条件NaOH初始浓度、液固比、碱溶时间、反应温度各因素对氧化硅提取的影响，并确定最优条件组确定最优方案,并确定影响硅提取率各因素的强弱。

结果表明：

通过单因素实验，单因素实验结果表明，粉煤灰的粒度对SiO2溶出率影响很大。

但粒度达到200目以上时，溶出率变化不大。

以研磨后200目粉煤灰在碱浓度为17mol/l、液固比1.5:

1、反应温度为130℃、反应时间为6min，可使攀枝花粉煤灰的二氧化硅的溶出率达到最高，并确定影响硅的提取率各因素的强弱顺序为：

反应温度>

NaOH初始浓度>

固液比>

反应时间。

用此法处理粉煤灰提取硅，具有节能降耗的优点，为粉煤灰的开发与利用开辟了一条新途径。

关键词粉煤灰，二氧化硅，碱溶法

ABSTRACT

ThispapermainlytoPanzhihuaflyashasbasicmaterial,withreferencetoaluminumflyashtechnologyprinciple,putflyashinalkalinesolutionextractionsilicaprocess,andbycontrollingtheconditionstoachievesilicaextractionconditionoptimization.throughthesinglefactorexperimentonflyashparticlesize,initialNaOHconcentration,liquidsolidratio,reactiontemperature,alkalidissolutiontimeofeachfactoronflyasheffectofextraction,wasinvestigatedthroughorthogonaltestconditionsforpreparationofinitialNaOHconcentration,liquidsolidratio,reactiontemperature,alkalidissolutiontimeofeachfactoronsiliconoxideextractioneffects,anddeterminationoftheoptimalconditionsfordeterminingtheoptimalsolutionset.Andthestudyofleachingprocessanddynamicsexperiment.

Theresultsshowedthat:

throughthesinglefactorexperiment,singlefactorexperimentresultsshowthat,theparticlesizeofflyashonSiO2dissolutionrateinfluence.Butsizeuptomorethan200eyes,thedissolutionrateofchange.In200eyesaftergrindingflyashinalkalineconcentrationis17mol/L,liquidsolidratioof1.8:

1and130degreesC,reaction6min,canmakethesilicadissolutionratereachedthehighest.Andtodeterminetheeffectofsiliconextractionrateofeachfactorstrengthorder:

reactiontemperature>

NaOHinitialconcentrationratioofsolidtoliquid>

reactiontime>

.Methodfortreatmentofflyashfromsilicon,hastheadvantageofenergysaving,thedevelopmentandutilizationofflyashhasopenedupanewway

Keywordsflyash,silica,alkalinedissolutionmethod

目录

摘要I

ABSTRACTII

1绪论1

1.1粉煤灰在我国利用现状概述1

1.2粉煤灰提硅的目的及意义1

1.2.1本课题研究目的2

1.2.2粉煤灰提取硅的意义2

1.3粉煤灰的形成及基本性能2

1.3.1粉煤灰的颗粒形成2

1.3.2细度与其他品种参数的关系3

1.3.3粉煤灰的物理、化学性质3

1.4粉煤灰中二氧化硅的一般提取方法4

1.4.1低温煅烧法4

1.4.2.碱溶—碳酸化分解—酸溶方法4

1.4.3碱溶—微波消解法4

1.5粉煤灰经热处理有利于硅铝分步提取原理4

1.6粉煤灰的细化利用存在的问题5

1.7课题研究思路5

2材料和方法6

2.1实验药品和实验仪器6

2.1.1实验药品6

2.1.2实验设备装置6

2.2本课题方法6

2.3单因素试验方法7

2.4正交试验方案的确定7

3结果与分析9

3.1粉煤灰粒度对二氧化硅提取率影响9

3.2NaOH初始浓度对二氧化硅提取率影响9

3.3液固比对二氧化硅提取率影响10

3.4反应时间对二氧化硅提取率影响11

3.5反应温度对二氧化硅提取率影响12

3.6正交试验结果与分析13

4粉煤灰提取铝盐、硅盐的发展方向14

参考文献15

致谢17

1绪论

1.1粉煤灰细化在我国利用现状概述

我国是以煤炭资源为主的燃料资源，其中电力工业的发展主要是以煤炭为主的火力发电，近年随着我国工业的发展，用煤量也随之增加，其发电产生的工业废弃物粉煤灰的排放所引起的一系列问题制约着一系列的工业的发展，仅2007年我国粉煤灰的排放量就达3亿而且排放量逐年增加。

粉煤灰的排放既占土地又污染环境，还会危及生物及人类的身体健康。

特别是粉煤灰的储灰场在一定程度上制约其电力工业的发展，其靠近大城市，沿海的地区人多地少的局面，建一个储灰场的投资相当大[1]。

进入21世纪以来,人类社会工业文明迅猛发展,全球工业化进程不断加剧与此引发的环境问题也不断加剧,人类的生产活动和消费活动等对环境的污染日益严重，城市环境恶化、江河湖泊污染和自然生态的破坏等方面的问题日益突出。

当今世界主要燃料为煤，从而导致了粉煤灰是世界上排放量最大的工业废料之一，不仅污染环境，而且灰场占地情况严重。

目前我国粉煤灰的主要利用仅限于建材方面，所以如何更好的利用粉煤灰，化废为宝是值得研究的课题。

粉煤灰处理问题已经成为环保的重大难题之一[2,3]。

粉煤灰的主要成分是SiO2和Al2O3,它们占粉煤灰总量70%~80%以上，近年来提取粉煤灰中的硅铝制取高附加值得产品已成为了粉煤灰综合利用研究的重点一。

对于提取金属铝，粉煤灰是一个潜在的巨大资源。

但硅的存在对于碱法提铝则是有害杂质，其中溶出时与铝生成硅铝酸钠，引起铝的损失，增加碱耗，针对我国粉煤灰硅高铝低的特点，陈颖敏等提出了中温碱溶液浸出方法，粉煤灰中的铝和硅在密闭容器内被碱溶液溶出，然后采用炭化、酸化使硅铝分离；

陆胜等采用石灰烧结自粉化提取粉煤灰中的铝，硅则以硅酸钙的形式沉淀，利用粉煤灰中二氧化硅和三氧化二铝不同矿物相在相同温度下与碱反应速度不同，研究低温分步溶出硅和铝从而达到分离粉煤灰中的硅，提高粉煤灰中铝含量的目的[4]。

1.2粉煤灰提硅的目的及意义

1.2.1本课题研究目的

从粉煤灰提取二氧化硅的方法主要有碳酸钠碱熔法和氢氧化钠碱熔法和低温氢氧化钠碱溶法,但是碱熔法存在能耗大、液固比大、SiO2的溶出率较低等弊端。

本课题是在参考碱溶粉煤灰提取硅工艺条件优化原理（较其他方法提取粉煤灰中硅具有显著的优势：

碱溶效果好、无毒、稳定、价廉、提取率高而且还可以使废物得到再利用、几乎无二次污染物等）。

有针对性的对攀枝花的粉煤灰进行碱溶优化实验，使工艺更能适应攀枝花粉煤灰资源化的要求，从而达到攀枝花粉煤灰的细化运用的要求。

1.2.2粉煤灰提取硅的意义

在我国粉煤灰的污染治理问题出现较早，因而其研究的处理的研究也较早，粉煤灰的主要成分为Al2O3和SiO2，二者总含量可达90%以上，其余为氧化铁，氧化钙，还有锗钒等有价元素，因而其粉煤灰作为一种重要资源，具有很高的使用价值，已被越来越多的人所认同。

国际环保组织“绿色和平”在2010年9月发布研究报告说,固体废弃污染物粉煤灰的综合利用率普遍遭到电力行业的夸大,电力企业粉煤灰的综合利用率实际只有30%左右，而我国现行国家政策要求的综合利用率应达到60%以上。

因而不断提高粉煤灰的综合利用率，使其变废为宝，在节约土地和环境保护方面意义深远。

因此，粉煤灰的有效成分独立资源化利用，既避免了污染，又实现了其中金属及矿物的回收利用且降低了灰场容量。

这不仅缓解了排放问题，而且提供了资源的新来源。

因而，如何经济有效的提取粉煤灰中的硅成为极具市场价值和研究意义的热门问题。

综合利用粉煤灰，变废为宝，既是利在当代，功在千秋的大事，又是兴利除弊，具有经济环境社会综合效益的好事。

从其常年的经验来看对粉煤灰的综合运用就能带来其显著地经济效益。

自上个世纪60年代发现碱溶粉煤灰提取硅的方法后，碱溶粉煤灰法提取硅工艺引起各国研究者的关注。

并且碱溶法技术是近年来用于处理粉煤灰的有效手段之一。

碱溶粉煤灰法提取硅使粉煤灰得到了资源化利用，既避免了污染，又实现了其中金属及矿物的回收利用且降低了灰场容量。

1.3粉煤灰的形成及基本性能

1.3.1粉煤灰的颗粒形成

燃料煤经过燃烧后的灰渣其主要成分为硅、铝、铁氧化物及微量的钙、镁、硫氧化物。

粉煤灰的化学成分组成成分可以作为粉煤灰品质分类，分级的标准之一。

煤粉在锅炉中燃烧，其无机矿物经历了分解、烧结、熔融及冷却过程，冷却后粉煤灰基本可以分为玻璃体和晶体矿物。

冷却速度较快时，粉煤灰的玻璃体较多，相反冷却速度较慢时，玻璃体较易析晶[1]。

粉煤灰颗粒在锅炉内的形成过程，粉煤被喷入炉膛后气化温度较低的，气化温度较低的挥发分首先自煤灰中逸出并燃烧发热，挥发分的的外逸，使粉煤变成具有一些空隙的颗粒，随着燃烧的发展，它进一步成为多孔性炭粒，与有机物燃烧的同时，粉煤内的高岭土脱水分解为氧化硅及氧化铝，硫化铁分解为氧化铁并释放出三氧化硫。

因此，在多空炭粒内夹杂着一定量的无机物待摊分全部分解完后残存的颗粒即变成多孔玻璃体，其形貌保持原来的形状。

随着燃烧的进一步发展，多空玻璃体熔融收缩其孔隙率不断缩小，圆度不断