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利用高铝粉煤灰制备聚合氯化铝的实验研究

作　者: 王丽华
导　师: 马鸿文
学　校: 中国地质大学（北京）
专　业: 矿物学、岩石学、矿床学
关键词: 高铝粉煤灰 反应热力学 PAC 水处理效果
分类号: TQ317
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要


本论文对利用华北某热电厂的高铝粉煤灰（以下简称高铝粉煤灰）制备聚合氯化铝（PAC）进行了实验研究,确定了利用高铝粉煤灰制备PAC的工艺技术路线,对制备过程中的主要化学反应的原理进行了研究。本项研究的高铝粉煤灰的主要成分是SiO2（48.70wB%）和Al2O3（40.37wB%）;莫来石（Al6Si2O13）晶相和铝硅酸盐玻璃相是高铝粉煤灰的主要物相;铝元素主要以铝硅酸盐玻璃体和参与莫来石晶格结构的形式存在。研究采用以Na2CO3为配料的固相热分解反应的方法,使高铝粉煤灰中的莫来石和铝硅酸盐玻璃相转变成霞石（NaAlSiO4）。霞石溶于HCl溶液,会被分解生成AlCl3溶液和偏硅酸胶体沉淀,从而使高铝粉煤灰中的主要组分SiO2和Al2O3得以分离。对高铝粉煤灰与Na2CO3的固相热分解反应的实验研究表明:当Na2CO3过量时,过量的Na2CO3会与生成的霞石发生反应,生成碱性霞石（Na2O）0.33NaAlSiO4;通过实验确定了Na2CO3的最佳用量为:高铝粉煤灰: Na2CO3=1.8:1（质量比）,反应的最佳温度和时间分别为850℃和90min。对霞石的酸浸反应的热力学研究表明:在室温条件下,影响反应进行的主要因素是HCl的用量;通过实验确定了100g高铝粉煤灰需要体积比为80%的浓HCl溶液1.6L,Al2O3的提取率可达97.63wB%。论文直接利用酸浸反应的滤液来制备浓度为0.2mol/L的PAC。实验确定了制备的最佳条件,在此条件下制备的PAC中Al13的含量为89wB%,并含有少量的硅胶（以SiO2计:0.93wB%）和Fe（OH）3胶体（以Fe2O3计:0.28wB%）。研究还对制备的PAC样品与目前常用的7种絮凝剂的水处理效果进行了对比实验。结果表明,利用高铝粉煤灰制备的PAC的水处理效果最好,甚至优于用纯化学试剂制备的相同浓度的PAC产品。分析其絮凝机理,是实验制备的样品中存在的硅胶和Fe（OH）3胶体,起到了助凝剂的作用,使其水处理效能得到了加强。

全文目录


1. 综述  10-21
  1.1 研究背景及选题意义  10-12
    1.1.1 研究背景  10-11
    1.1.2 选题意义  11-12
  1.2 研究现状  12-19
    1.2.1 粉煤灰的综合利用现状  12-14
    1.2.2 粉煤灰提取Al_2O_3的研究现状  14-17
    1.2.3 利用粉煤灰制备PAC 的研究现状  17-18
    1.2.4 制备PAC 的研究现状  18-19
  1.3 主要研究内容及技术路线  19-21
    1.3.1 主要研究内容  19
    1.3.2 论文所采取的技术路线  19-20
    1.3.3 论文完成的工作量  20-21
2. 高铝粉煤灰的性质  21-28
  2.1 外观形态  21-22
  2.2 化学成分  22-24
  2.3 物相组成  24-28
3. 固相热分解反应实验  28-41
  3.1 反应原理  28-33
  3.2 NA_2CO_3在反应中的作用  33-36
  3.3 优化反应条件  36-41
    3.3.1 反应温度  36-38
    3.3.2 反应时间  38-41
4. 酸浸反应实验  41-51
  4.1 反应原理  41
  4.2 反应过程的热力学分析  41-42
  4.3 硅、铝分离  42-44
  4.4 优化实验条件  44-51
    4.4.1 HCl 溶液的浓度  44-46
    4.4.2 HCl 溶液的用量  46-48
    4.4.3 反应时间  48-49
    4.4.4 酸浸反应效果  49-51
5. PAC 的制备实验  51-64
  5.1 PAC 的浓度  51-52
  5.2 制备方法  52
  5.3 制备条件  52-57
    5.3.1 碱化度(B)  52-54
    5.3.2 加 Na_2CO_3溶液方式  54
    5.3.3 滴加Na_2CO_3溶液速度  54-56
    5.3.4 搅拌速度  56-57
    5.3.5 反应温度  57
  5.4 0.2MOL/L 的PAC 的制备  57-58
  5.5 制备的PAC 样品的特征  58-64
    5.5.1 化学成分  58-59
    5.5.2 PAC 的形态  59-62
    5.5.3 稳定性  62-64
6. 制备的 PAC 的水处理效果实验  64-72
  6.1 实验仪器与试剂  64
  6.2 实验过程  64-65
  6.3 结果与讨论  65-72
7. 利用高铝粉煤灰制备 PAC 的技术经济分析及环境影响评价  72-76
  7.1 技术可行性分析  72
  7.2 经济效益分析  72-74
  7.3 环境影响评价  74-76
8. 主要结论与建议  76-78
  8.1 主要结论  76-77
  8.2 创新点  77
  8.3 对后续研究工作的建议  77-78
参考文献  78-90
致谢  90-91
个人简历  91

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 高分子化合物工业（高聚物工业） > 高分子化合物产品
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