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莱州三山岛金矿尾渣制备白炭黑与聚合硫酸铁的研究

作　者: 刘汉勋
导　师: 姜浩；高守荣
学　校: 中国地质大学（北京）
专　业: 化学工程
关键词: 金尾矿碱处理白炭黑化学沉淀絮凝剂聚合硫酸铁
分类号: X703.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着我国冶金技术的高速发展,黄金矿山每天排出大量尾渣,大量尾矿的堆积,不仅需要相当的资金投入,而且对生态环境造成一定影响。因此,有效的利用尾矿资源,实现经济的循环发展,对整个国家的黄金行业都将是促进作用。同时,有效利用尾矿资源,不仅解决污染问题,提高经济效益,而且实现经济可持续发展。本文利用莱州三山岛的尾矿制备白炭黑,给尾矿的利用探求一条新路。实验中以三山岛的尾矿为主要原料,常压下用碱溶处理方法使金尾矿中的SiO₂转化为水玻璃,再利用沉淀法制备了无定型SiO₂（白炭黑）,既提高了金尾矿的综合利用程度,为金尾矿中二氧化硅的有效利用提供了新的途径,又解决了环境污染问题,克服了上述不足。实验过程中主要考虑以下条件对提取白炭黑的影响:即碱的用量、反应温度、固液质量比和反应时间的影响。通过实验得出,尾矿与碱的用量1:3、在反应温度为105oC、固液质量比1:2、反应时间7小时,SiO₂的提取率最佳。用主要含氧化铁的过滤残渣与硫酸直接反应制备聚合硫酸铁（PFS）,并在此基础上对聚合硫酸铁作了改性探索。实验先测定了过滤残渣中铁的百分含量,又考察了催化剂、浓硫酸用量、硫酸浓度、浸取温度对铁的浸出率的影响,聚合温度等因素对成品聚合硫酸铁性能的影响。通过一系列的絮凝沉降实验,研究了产品用量、浓度、聚合温度对絮凝沉降效果的影响规律。通过多组单因素对比试验,确定了最佳工艺条件。最优工艺条件:酸与渣质量比为2:1,硫酸的浓度40%,聚合温度为55℃,聚合时间为90min。产品为红棕色粘稠状液体,浓缩后为淡黄色固体。用它来处理造纸、化工、皮革、医药工业废水,处理效果很好:絮凝体形成的速度比较快,颗粒密实,比重大,沉降速度快;在应用过程中,原水水温及pH适应范围较广（pH范围为4～11）;其CODcr的脱除率达90%以上,除臭效果很好。该方法工艺简单,可操作性强,反应时间短,投资少、成本低,对环境友好。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
引言  9-11
1. 白炭黑的研究现状  11-18
  1.1 用废料及其他途径制取白炭黑的概况  11-15
    1.1.1 用煤矸石生产活性白炭黑  11-12
    1.1.2 用废弃粉煤灰生产白炭黑  12
    1.1.3 用炼铜水渣或炼铁水渣制备白炭黑  12
    1.1.4 用锆硅渣制取活性白炭黑  12-13
    1.1.5 铁矿尾渣制备白炭黑  13
    1.1.6 膨润土提取白炭黑  13-14
    1.1.7 高岭土制备白炭黑  14
    1.1.8 硅灰石制备白炭黑  14-15
  1.2 白炭黑的制取方法  15-16
    1.2.1 气相法制备白炭黑  15
    1.2.2 沉淀法生产白炭黑  15-16
  1.3 白炭黑的应用  16-18
    1.3.1 应用在硅橡胶工业中  16
    1.3.2 在橡胶工业中的应用  16
    1.3.3 在涂料行业中的应用  16-17
    1.3.4 应用在牙膏中  17
    1.3.5 其他领域中的应用  17-18
2. 聚合硫酸铁的研究现状  18-30
  2.1 聚合硫酸铁的制备方法  18-24
    2.1.1 直接氧化法  18-20
    2.1.2 催化氧化法  20-23
    2.1.3 微生物氧化法  23-24
    2.1.4 胶体浸出法和部分氧化法  24
    2.1.5 浸出—氧化法  24
  2.2 生产制备PFS 的试剂  24-25
  2.3 新型改性聚合硫酸铁PFS 絮凝剂  25
  2.4 铁系絮凝剂絮凝机理  25-26
  2.5 聚合硫酸铁PFS 的应用  26-28
  2.6 铁盐絮凝剂的比较及聚合硫酸铁的性质  28-30
3 莱州三山岛金矿尾渣制备白炭黑的实验  30-36
  3.1 制备白炭黑的反应原理  30
  3.2 制备白炭黑实验仪器及试剂  30-31
  3.3 白炭黑的实验内容  31-32
    3.3.1 实验前尾矿处理  31-32
    3.3.2 白炭黑的实验步骤  32
  3.4 实验结果与分析  32-34
    3.4.1 碱的用量对SiO_2 浸出率的影响  32-33
    3.4.2 SiO_2在不同温度对浸出率的影响  33
    3.4.3 固体与水的质量比对SiO_2 浸出率的影响  33-34
    3.4.4 反应时间对SiO_2 浸出率的影响  34
  3.5 白炭黑物相分析  34-35
  3.6 白炭黑形貌和粒径分析  35-36
4 莱州三山岛金矿尾渣制备聚合硫酸铁的实验  36-47
  4.1 实验原理  36
    4.1.1 酸浸原理  36
    4.1.2 聚合原理  36
  4.2 实验仪器和试剂  36-37
  4.3 实验步骤  37-39
    4.3.1 原料分析  37-39
    4.3.2 过滤残渣中铁离子的浸取反应  39
    4.3.3 聚合反应  39
  4.4 实验条件对全铁含量的影响  39-41
    4.4.1 硫酸用量对全铁含量的影响  39-40
    4.4.2 硫酸浓度对全铁含量的影响  40
    4.4.3 催化剂对铁含量的影响  40-41
  4.5 影响聚合硫酸铁性能的因素  41-45
    4.5.1 盐基度  41-42
    4.5.2 不同反应条件对聚合硫酸铁盐基度的影响  42-45
  4.6 产品聚合硫酸铁的物理指标  45-47
主要研究结论及问题  47-48
致谢  48-49
参考文献  49-53
个人简介  53-54
发表的学术论文  54

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