發(fā)布時間：2020-05-24 17:04

【摘要】：粉煤灰是燃煤電廠產生的固體廢棄物,年產量達到6億噸左右,利用率僅~70%,大量堆存對土地、水和大氣等造成嚴重的污染。粉煤灰中含有大量的Al_2O_3,從中提取氧化鋁是其綜合利用的重要途徑之一。通過 粉煤灰預脫硅-Na_2CO_3活化-酸浸‖的技術工藝,可以使90%以上的Al_2O_3在酸中溶出,同時可將其中的SiO_2轉化為高活性非晶相SiO_2,利于鋁硅資源的同步轉化利用,且通過預脫硅可提高粉煤灰中的鋁硅比,使碳酸鈉助劑的消耗量降低約20~50%,顯示出良好的應用前景。本文針對該工藝過程中產生的提鋁廢渣,將其溶解于預脫硅液制備高模數水玻璃,并以此水玻璃為原料合成介孔分子篩SBA-15,并將其用于吸附重金屬離子。主要研究內容及結果如下:(1)以不同硅源為原料,探討了提鋁廢渣在低模數硅酸鈉溶液中的溶解性能,研究了利用提鋁廢渣和預脫硅液可控制備高模數水玻璃的工藝;利用傅里葉紅外光譜儀(FT-IR)和X射線衍射儀(XRD)等手段對不同含硅原料化學鍵和物相組成進行了分析。結果表明:含有無定形SiO_2的市售SiO_2和提鋁廢渣在低模數硅酸鈉溶液中100 ~oC下的溶解率可達95%以上,而石英砂幾乎不溶于硅酸鈉溶液;提鋁廢渣與硅酸鈉溶液于100 ~oC反應30min,可制得模數高于3的水玻璃。(2)以不同雜質含量的提鋁廢渣為硅源,研究雜質對提鋁廢渣在預脫硅液中的溶解性以及對制備的水玻璃模數和組成的影響;利用X射線衍射儀(XRD)和電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)等手段對提鋁渣和水玻璃的物相和化學組成進行了分析。結果表明:提鋁廢渣中的Al_2O_3會與脫硅液中的Na~+和硅酸根離子生成沉淀,從而影響提鋁廢渣中的SiO_2在脫硅液中溶解率,當提鋁廢渣中的Al_2O_3含量低于0.1%時,基本不影響提鋁廢渣的溶解,可以制備得到模數高于3的水玻璃;提鋁廢渣中的Al_2O_3、Fe_2O_3、CaO和TiO_2等雜質基本不溶于脫硅液,因而利用提鋁廢渣制備得到的高模數水玻璃中的雜質含量可以滿足使用要求。(3)以脫硅液和提鋁廢渣制備的不同模數的水玻璃為原料,研究模數對SBA-15的影響;通過控制水玻璃的添加量,探討SiO_2和模板劑P123的摩爾比(SiO_2/P123)對SBA-15有序性和結構的影響;分別以粉煤灰制備的水玻璃和市售純水玻璃為原料,對比二者合成SBA-15的結構差異,并用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)對材料進行氨基改性,考察了SBA-15對重金屬離子的吸附性能;采用X射線衍射儀(XRD)、物理吸附儀、透射電子顯微鏡(TEM)等手段對材料的結構進行分析。結果表明:水玻璃模數越大,合成的介孔材料越有序,比表面積增加,微孔比表面下降,孔體積和孔徑均增加;當SiO_2/P123為40時,材料有序性較差,提高至58和80時,有序性顯著增加,隨著SiO_2/P123的增加,比表面積下降,微孔比表面增加,孔體積減小;以粉煤灰提鋁廢渣制備的SBA-15(FSBA-15)和市售水玻璃制備SBA-15的有序性及結構參數均相近,均呈規(guī)則的六方結構,且以粉煤灰提鋁廢渣制備的SBA-15中的Al_2O_3、Fe_2O_3、CaO、TiO_2等雜質含量均低于0.2%;對二者進行氨基改性,吸附重金屬離子,粉煤灰基水玻璃和純水玻璃合成的SBA-15吸附重金屬的效果幾乎沒有差別,Cr(Ⅵ)、Pb(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)的吸附率均可達到90%以上;對Cr(Ⅵ)的吸附開展了動力學研究,二者的吸附過程均符合Langmuir等溫線。
【圖文】：

圖 2.1 粉煤灰的 XRD 圖表 2.2。表 2.2 實驗試劑 化學式 規(guī)格 生產 NaOH A.R. 國藥集團化學 Na2CO3A.R. 國藥集團化學 HCl A.R. 北京鈉 Na2SiO3·9H2O A.R. 天津大茂 SiO2A.R. 國藥集團化學iO2SiO2A.R. 山西天一納米鋁廢渣的制備硅-碳酸鈉活化-鹽酸酸浸”的工藝流程見圖 2

原料 硅源的溶解率/%濾液的模數反應前 反應后Qtz 1.9 1.0 1.0C-US 99.6 1.0 3.1Al-R 97.4 1.0 3.0.2.2 提鋁廢渣可控制備高模數硅酸鈉溶液的工藝優(yōu)化為了優(yōu)化利用提鋁廢渣用于制備高模數硅酸鈉溶液的工藝，向 10 g 純硅酸鈉中添加 2.75 g 提鋁廢渣，考察反應溫度和反應時間對提高模數的影響。不同反應溫度對硅酸鈉溶液模數的影響如圖 2.3(a)所示，可以看出，隨著溫度高，硅酸鈉溶液的模數逐漸增大，當溫度達到 100 °C 以上時，模數均高于 3。反應時間對硅酸鈉溶液模數的影響如圖 2.3(b)所示，提鋁渣和硅酸鈉溶液反應速快，當反應時間高于30 min時，硅酸鈉溶液的模數隨著反應時間的變化不大，，30 m應即可達到平衡。
【學位授予單位】：山西大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X705;TQ424

【參考文獻】

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1 趙瑜;程文婷;程芳琴;;碳酸鈉助熔粉煤灰提取Al_2O_3的研究[J];中國科技論文;2015年21期

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3 王金磊;喬秀臣;;碳酸鈉-粉煤灰燒結樣中鋁、鐵、硅的酸浸規(guī)律[J];華東理工大學學報(自然科學版);2013年06期

4 孫俊民;耿鄭州;張金山;曹釗;曹永丹;;粉煤灰提鋁廢渣制備硅鈣板的工業(yè)實驗研究[J];新型建筑材料;2013年11期

5 洪景南;張戰(zhàn)軍;豆衛(wèi)博;吳蔚;;冷卻速度對粉煤灰生產氧化鋁熟料溶出性能的影響[J];輕金屬;2013年01期

6 張雷;劉繼義;陳群玉;李譚;高頂;張記市;;粉煤灰的礦物學行為研究[J];環(huán)境科技;2012年06期

7 王沖;楊長輝;錢覺時;鐘明全;趙爽;;粉煤灰與礦渣的早期火山灰反應放熱行為及其機理[J];硅酸鹽學報;2012年07期

8 吳成友;余紅發(fā);鄭利娜;李穎;董金美;文靜;;加壓酸浸法提取粉煤灰中的Al_2O_3和Fe_2O_3[J];化工環(huán)保;2012年02期

9 張金山;彭艷榮;李志軍;;粉煤灰提取氧化鋁工藝方法研究[J];粉煤灰綜合利用;2012年01期

10 秦嶺;夏舉佩;張召述;;煤矸石酸渣制備水玻璃工藝研究[J];硅酸鹽通報;2011年06期

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