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熔融还原赤泥合成铝酸钙的研究

作　者: 胡建宝
导　师: 李远兵
学　校: 武汉科技大学
专　业: 材料学
关键词: 赤泥碳热铝灰熔融还原铝酸钙
分类号: TF821
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着氧化铝工业的迅速发展,伴随的碱性废渣——赤泥也大量的囤积,我国每年产生的赤泥约300万吨以上,大量的赤泥露天堆存,占据农田和山丘,尘土飞扬,造成环境、大气污染和地下水的污染。近年来,赤泥的综合利用已经引起国内外的普遍重视,有关赤泥应用的研究也相应开展很多,但大多数的研究都是因利用率低或经济成本高而难以产业化。因此有必要寻求一种赤泥高效综合利用的途径,本文主要采用碳热或铝热(铝灰作为还原剂)熔融还原赤泥中的Fe2O3和SiO2,制备硅铁合金；其中Al2O3和CaO形成铝酸钙,利用密度差,分离硅铁合金和铝酸钙。具体的研究内容包括：一、研究了碳热还原赤泥提取硅铁合金和合成铝酸钙的工艺因素,主要探讨焦炭粒度、原料二元碱度、焦炭配量和冶炼时间四个因素。结果表明,碳热还原拜耳法赤泥能成功制备出硅铁合金和铝酸钙,赤泥中的Fe2O3的还原率可达99%以上,SiO2的还原率为87%左右。铝酸钙渣样的化学成分符合国标对铝酸盐CA-50水泥的成分要求,完全可以用来作为CA-50水泥使用。二、研究了铝热(铝灰)还原赤泥提取硅铁合金和合成铝酸钙的工艺因素,主要探讨了铝灰配量、原料碱度和冶炼时间三个因素。结果表明,铝热(铝灰)还原赤泥能成功制备硅铁合金和铝酸钙。拜耳法赤泥中的Fe2O3的还原率可达99%以上,SiO2的还原率为75%左右；烧结法赤泥中的Fe2O3的还原率可达99%以上,SiO2的还原率可达到55%左右。赤泥铝热还原获得铝酸钙渣样的化学成分SiO2的含量符合国标对铝酸盐CA-60水泥的限制要求,可以通过调整CaO的含量,使渣样用作为CA-60水泥使用。铝热还原赤泥获得的铝酸钙含有少量的AlN, AlN的存在对铝酸钙水泥使用性能有一定的影响。三、研究了铝热(铝灰)还原拜耳法赤泥合成的铝酸钙水泥的水化性能和加入到刚玉浇注料中与68-拉法基水泥进行对比。结果表明,制备的水泥初凝时间为600min,终凝时间大于24h。结合的刚玉浇注料110°C处理24h和1100°C和1400°C处理3h的强度低于拉法基68水泥结合的浇注料的强度。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-22
  1.1 赤泥的来源  10
    1.1.1 拜耳法赤泥  10
    1.1.2 烧结法赤泥  10
  1.2 赤泥的成分和矿物组成  10-13
    1.2.1 赤泥的化学成分  10-13
    1.2.2 赤泥的矿物组成  13
  1.3 赤泥的综合利用现状  13-17
    1.3.1 回收有价金属  13-14
    1.3.2 用作建筑材料的研究  14-16
    1.3.3 环境保护中的应用  16-17
    1.3.4 其他材料和用途  17
  1.4 铝灰的特点和应用现状  17-18
    1.4.1 铝灰的来源及成分  17-18
    1.4.2 铝灰的应用现状  18
  1.5 铝酸钙水泥  18-20
    1.5.1 铝酸钙水泥的成分及物相组成  18-19
    1.5.2 铝酸钙水泥的水泥机理  19-20
  1.6 本课题的提出  20-22
第二章热力学分析  22-31
  2.1 碳热还原过程热力学分析  22-26
    2.1.1 Fe-C-O系  22-23
    2.1.2 Si-C-O系  23-25
    2.1.3 其它氧化物的还原  25
    2.1.4 热力学模拟  25-26
  2.2 铝热还原过程热力学分析  26-30
    2.2.1 Fe_2O_3的还原  26
    2.2.2 SiO_2的还原  26-27
    2.2.3 TiO_2的还原  27-28
    2.2.4 MgO的还原  28
    2.2.5 差热分析  28-29
    2.2.6 热力学模拟  29-30
  2.3 本章小结  30-31
第三章碳热还原拜耳法赤泥合成铝酸钙的研究  31-46
  3.1 实验过程  31-32
    3.1.1 实验原料  31-32
    3.1.2 实验步骤  32
    3.1.3 分析测试  32
  3.2 结果与讨论  32-44
    3.2.1 焦炭粒度的影响  32-35
    3.2.2 原料碱度的影响  35-40
    3.2.3 焦炭配量的影响  40-42
    3.2.4 熔炼时间的影响  42-44
  3.3 铝酸钙渣样作为铝酸钙水泥的可行性  44
  3.4 本章小结  44-46
第四章铝热还原赤泥合成铝酸钙的研究  46-61
  4.1 拜耳法赤泥铝热还原研究  46-54
    4.1.1 实验过程  46-47
      4.1.1.1 实验原料  46-47
      4.1.1.2 实验步骤  47
      4.1.1.3 分析测试  47
    4.1.2 结果与讨论  47-53
      4.1.2.1 铝灰配量的影响  47-49
      4.1.2.2 原料碱度的影响  49-51
      4.1.2.3 熔炼时间的影响  51-53
    4.1.3 渣样作为铝酸钙水泥的可行性  53
    4.1.4 小结  53-54
  4.2 烧结法赤泥铝热还原研究  54-59
    4.2.1 实验过程  54-55
      4.2.1.1 实验原料  54
      4.2.1.2 实验步骤  54-55
      4.2.1.3 分析测试  55
    4.2.2 结果与讨论  55-59
      4.2.2.1 铝灰配量的影响  55-57
      4.2.2.2 熔炼时间的影响  57-59
    4.2.3 渣样作为铝酸钙水泥的可行性  59
    4.2.4 小结  59
  4.3 本章小结  59-61
第五章赤泥合成的铝酸钙水泥的性能研究  61-68
  5.1 实验过程  61-62
    5.1.1 水泥的制备  61
    5.1.2 水泥性能的测定  61
    5.1.3 水泥结合浇注料性能实验  61-62
  5.2 结果与讨论  62-66
    5.2.1 铝酸钙水泥的基本性能  62-65
    5.2.2 铝酸钙水泥结合刚玉浇注料的性能  65-66
  5.3 本章小结  66-68
第六章结论  68-69
参考文献  69-73
攻读硕士期间发表的论文及专利  73-74
致谢  74

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