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微波强化盐酸浸取粉煤灰工艺过程研究

作　者: 公明明
导　师: 于建国
学　校: 华东理工大学
专　业: 化学工程
关键词: 粉煤灰微波加热盐酸浸取氧化铝
分类号: TQ133.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

粉煤灰的主要成分是A1203和Si02,是制备铝产品的廉价原料。本研究课题分析了粉煤灰提铝浸取工艺现状,以降低能耗、提高粉煤灰利用率为目的,引入微波加热技术促进粉煤灰中铝的快速溶出,探索了机械活化-盐酸浸出粉煤灰工艺和使用助剂焙烧-盐酸浸出粉煤灰两种工艺。通过湿磨和干磨两种机械活化方式,考察了活化时间对粉煤灰中铝、铁、硅三种元素在盐酸溶液中浸出行为的影响。实验发现两种活化方式均可减小粉煤灰的粒度,破坏其晶体结构,提高了活化程度,从而提高粉煤灰中铝的浸出率。在微波加热条件下,进一步考察了微波功率、浸取温度、浸取时间、盐酸浓度和液固比对活化的粉煤灰中铝、铁、硅浸出率的影响。结果发现：当加热功率为1080W、液固比为20、盐酸浓度为20%、浸取温度200℃、酸浸时间2h时,粉煤灰中铝的浸出率可达75%以上。动力学计算结果表明粉煤灰浸出过程符合收缩未反应芯模型,受固体产物层内扩散控制,表观反应活化能为59.72kJ/mol,升高温度和减小颗粒尺寸有利于反应的进行。同时热力学计算结果表明该反应平衡常数随温度的升高而降低,高温更有利于浸出反应的进行。在助剂焙烧-盐酸浸出工艺研究中,考察了非等温浸出过程中微波加热功率、盐酸浓度、液固比对粉煤灰烧结熟料中铝、钙、铁浸出率的影响。与传统加热浸出工艺相比,微波加热可以加快浸取速率。当微波加热功率为360W、盐酸浓度为20%、液固比为5、浸出时间为2.5min时,铝的浸出率可达79.51%。同时热力学计算结果表明,经助剂活化后的粉煤灰,其浸出反应热力学的推动力很大,更易在高温下进行。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章前言  9-20
  1.1 课题背景及意义  9
  1.2 粉煤灰的研究现状  9-13
    1.2.1 粉煤灰分类及组成  9-10
    1.2.2 粉煤灰综合利用现状  10
    1.2.3 粉煤灰提铝的浸取工艺  10-13
  1.3 微波的应用研究现状  13-19
    1.3.1 微波加热原理  13-15
    1.3.2 微波化学  15
    1.3.3 微波技术在湿法冶金中的应用  15-18
    1.3.4 微波技术在样品预处理中的应用  18
    1.3.5 微波在水热合成方面的应用  18
    1.3.6 矿物和化合物的微波辐照动力学  18-19
  1.4 研究内容  19-20
第2章实验原料及测试方法  20-26
  2.1 实验原料及试剂  20-22
    2.1.1 粉煤灰物化性质  20-22
    2.1.2 化学药剂  22
  2.2 实验仪器及设备  22-25
    2.2.1 常规浸取化学反应系统  22-23
    2.2.2 微波浸取化学反应系统  23-25
  2.3 测试方法  25-26
    2.3.1 X射线衍射测试(XRD)  25
    2.3.2 化学成分分析  25-26
第3章微波强化盐酸直接浸取粉煤灰工艺过程研究  26-41
  3.1 实验内容及方法  26
  3.2 原始粉煤灰微波强化浸出过程研究  26-27
  3.3 机械活化  27-31
    3.3.1 机械活化对粉煤灰粒度的影响  27-28
    3.3.2 机械活化对粉煤灰晶体结构的影响  28-29
    3.3.3 机械活化对粉煤灰浸出性能的影响  29-31
  3.4 机械活化粉煤灰在微波辐照下的盐酸浸出过程研究  31-39
    3.4.1 微波功率对浸取过程的影响  31-34
    3.4.2 浸取温度对浸出率的影响  34-36
    3.4.3 浸取时间对浸出率的影响  36-37
    3.4.4 盐酸浓度对浸取率的影响  37-38
    3.4.5 液固比对浸取率的影响  38-39
    3.4.6 浸取残渣表征  39
  3.5 小结  39-41
第4章微波辐照粉煤灰直接浸出机理研究  41-52
  4.1 浸出热力学研究  41-46
    4.1.1 高温标准pH_T~0计算原理  41-43
    4.1.2 粉煤灰高温浸出热力学计算  43-46
  4.2 浸出动力学研究  46-51
    4.2.1 理论模型  46-48
    4.2.2 动力学实验及数据拟合  48-51
  4.3 小结  51-52
第5章微波辅助活化粉煤灰盐酸浸取特性研究  52-66
  5.1 样品制备  52
  5.2 实验步骤  52-54
    5.2.1 烧结工艺  52-54
    5.2.2 浸取工艺  54
  5.3 结果及讨论  54-63
    5.3.1 酸液选取  54-55
    5.3.2 微波功率对浸出率的影响  55-56
    5.3.3 盐酸浓度对浸出率的影响  56-57
    5.3.4 液固比对浸出率的影响  57-59
    5.3.5 微波非等温浸取过程研究  59-61
    5.3.6 微波浸取与传统浸取对比研究  61-63
  5.4 钙长石高温浸出热力学  63-64
  5.5 小结  64-66
第6章结论与建议  66-68
  6.1 结论  66
  6.2 建议  66-68
参考文献  68-72
致谢  72

微波强化盐酸浸取粉煤灰工艺过程研究

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