發(fā)布時間：2017-12-30 13:15

  本文關(guān)鍵詞：煤矸石酸浸提取工藝與機理研究　出處：《昆明理工大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：煤矸石是煤炭開采、洗選、加工過程中產(chǎn)生的一種工業(yè)固體廢棄物,約占煤炭產(chǎn)量的15%-20%左右。煤矸石中含有大量的硅、鋁、鐵、鈦等礦物質(zhì),研究對這些有價物質(zhì)進行提取、分離,進而加工生產(chǎn)高附加值的硅、鋁、鐵、鈦系化工產(chǎn)品,不僅可以解決煤矸石大量占地、污染環(huán)境、易誘發(fā)地質(zhì)災害問題,而且也解決了我國資源短缺等問題。因此,研究煤矸石資源化綜合利用是建立資源節(jié)約型社會的重要途徑,對我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略有著十分廣闊的前景及深遠的意義。從上世紀50年代起,人們就已經(jīng)開始關(guān)注煤矸石資源化利用研究。目前,我國煤矸石利用的途徑主要有：作為燃料使用,制作建筑材料,土地復墾,路基材料等,但是,上述利用屬于粗放式的直接利用,未能使煤矸石的潛在價值充分發(fā)揮,大大降低了煤矸石的附加價值。本研究以貴州省盤縣某產(chǎn)煤礦區(qū)的煤矸石作為研究對象,通過機械活化使煤矸石具有一定活性,然后利用具有活性的煤矸石與不同濃度的硫酸進行中和、酸浸反應,以提取煤矸石中有價元素,進而制備化工產(chǎn)品。研究表明：(1)機械活化使煤矸石的反應活性提高,為煤矸石中有價元素的提取創(chuàng)造了有利條件。(2)試驗所用的煤矸石原料屬于典型的低熱值、低鋁高鐵高鈦型煤矸石,樣品中SiO2含量占37.29%,A1203占17.35%,Fe203占18.19%,TiO2占3.95%。樣品物相成分組成主要是以高嶺石、石英、碳酸鹽、銳鈦礦型氧化鈦以及赤鐵礦、菱鐵礦等形式賦存。(3)通過單一因素試驗和正交試驗考察了酸濃度、反應時間、反應溫度和液固比等因素對煤矸石中和脫鐵富鈦的影響,確定了高鐵高鈦型煤矸石中和脫鐵富鈦的最佳工藝條件為：酸濃度10%、水浴溫度70℃、反應時間5h、液固比7：1,鐵脫除率達到89.01%,鈦富集率達到42.93%。中和脫鐵反應的動力學方程為反應的表觀活化能為19.58kJ/mol,煤矸石中和反應過程中,其反應動力學模型屬于固膜擴散控制的收縮未反應核模型中的粒徑縮小縮核模型。(4)通過單一因素試驗和正交試驗考察了酸渣比、反應時間、反應溫度等因素對煤矸石中和渣酸浸反應的影響,中和渣酸浸浸取的最佳工藝條件為：酸渣比1.4、反應時間4h、反應溫度170℃,在此反應條件下,鋁、鐵、鈦浸取率的分別達到97.47%、89.69%、92.11%。酸浸浸取鋁的反應動力學方程可以用1-(1-x)1/3=kt來描述,其反應的表觀活化能為61.32kJ/mol,煤矸石中和渣酸浸反應過程中,其反應動力學模型屬于界面化學反應控制的收縮未反應核模型中的粒徑不變的縮核模型。(5)通過單一因素試驗和正交試驗考察了溶解時間、溶解溫度、溶解液固比、溶解液酸濃度對中和渣酸浸物溶解的影響,中和渣酸浸物溶解的最優(yōu)工藝條件為：溶解時間60min、溶解溫度80℃、溶解液固比5：1、溶解液酸濃度5.0%,在該溶解條件下,鋁、鐵、鈦溶出率的分別達到98.44%、90.49%、93.11%。煤矸石中和渣酸浸物的溶出過程屬于液體邊界層擴散控制。(6)用掃描電鏡(scanning electron microscope, SEM)、X射線衍射(X-ray diffraction, XRD)、能譜儀(energy dispersive spectroscopy, EDS)等表征手段對煤矸石、中和渣、酸浸未溶物及酸浸渣的形貌變化特征以及反應過程中的物相變化進行了表征分析。分析結(jié)果表明：煤矸石經(jīng)中和、酸浸后,在酸浸渣中含有大量SiO2和少量CaSO4存在,說明煤矸石經(jīng)中和、酸浸可以將其中的鋁、鐵、鈦有價元素充分提取。利用本工藝技術(shù)對煤矸石進行資源化綜合利用提取高附加值產(chǎn)品的方法,有價元素提取率較高,酸浸渣中硅含量高且雜質(zhì)含量少,為酸浸渣中硅的后續(xù)利用提供較好的基礎(chǔ),與此同時,該研究為煤矸石資源化綜合利用的擴大試驗及工業(yè)生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ)和實驗保證。研究將產(chǎn)生良好的社會效益和經(jīng)濟效益,對煤矸石高效利用和綜合利用具有重要意義。
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【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：X752

【參考文獻】

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本文編號：1355106