粉煤灰中鋁、鐵的提取及其綜合利用.pdf

1、粉煤灰是火力發(fā)電廠中煤在高溫燃燒后所殘留的固體廢棄物,其中富含Al2O3和Fe2O3。目前,我國粉煤灰的總堆存量已經(jīng)超10億噸,而且還正以每年8000萬噸的速度增長。因此,回收利用粉煤灰中鋁、鐵、硅等有用資源,具有很高的研究價值。本論文以粉煤灰為主要原料,通過以KF作為助劑焙燒活化,打開粉煤灰中Al—Si鍵,酸浸提取其中的鋁硅等有用元素。并根據(jù)絮凝劑的制取生產(chǎn)工藝,以絮凝作用理論和絮凝劑復(fù)合理論為指導(dǎo),研制出了在以氯離子為主要配位體的基

2、礎(chǔ)上引入少量的硫酸根離子,進而發(fā)揮硫酸根離子的增強絮凝劑的電中和能力和“架橋”能力的新型復(fù)合聚硅酸硫氯化鋁鐵(Poly-SilicateAluminumFerricChlorideSulfate,簡稱PSiAFCS)絮凝劑,并對所得絮凝劑進行了絮凝應(yīng)用評價及經(jīng)濟分析。通過試驗研究確定對粉煤灰進行焙燒活化提取鋁鐵,制成聚硅酸硫氯化鋁鐵絮凝劑的回收利用是可行的。本文的具體研究內(nèi)容如下:
　　采用以KF為助劑對焙燒活化、酸浸提取粉煤灰中

3、鋁鐵的條件進行研究,并對粉煤灰焙燒產(chǎn)物的酸浸動力學(xué)進行了探討。結(jié)果表明較優(yōu)焙燒活化條件為:焙燒時間1h、m(粉煤灰):m(KF)=20:4、焙燒溫度800℃;酸浸條件為:浸出溫度為90℃、浸出時間為2h、浸出酸濃度4mol/L、液固比為4:1,在上述條件下,粉煤灰鋁鐵浸出率可達到95.03％。研究結(jié)果表明以KF為助劑焙燒活化能夠很好地打開粉煤灰中Al—Si鍵提取鋁硅。在粉煤灰焙燒產(chǎn)物加熱酸浸過程中,當(dāng)攪拌速度提高到650r/min以上時

4、,可以消除外擴散阻力對浸出過程的影響。浸出過程符合收縮未反應(yīng)核模型,反應(yīng)級數(shù)為0.3718,反應(yīng)活化能為43.49KJ/mol,過程速率為化學(xué)反應(yīng)速率控制。
　　針對鋁、鐵的不同水解特性,選擇合適的堿性物質(zhì)來調(diào)節(jié)酸浸液的pH值,得出了聚硫氯化鋁鐵(PAFSC)的較優(yōu)聚合條件:n(Al)/n(Fe)=3.8:1、n(Al+Fe)/n(SO42-)=6:1、聚合溫度為60℃、液/膠=2:3;采用正交試驗得出了活性硅酸與PAFSC復(fù)聚的

5、最佳工藝條件為:攪拌速度1250r/min,n(Fe+A1)/n(Si)=10:1,聚合溫度60℃,熟化時間24h。即可制得Al2O3含量為2.71%,Fe2O3含量為1.12%,SiO2含量為0.47%,SO42-含量為0.40%,堿化度為56%,穩(wěn)定性(常溫)1年以上的PSiAFCS。并采用X射線衍射、紅外光譜、掃描電鏡等多種現(xiàn)代分析方法研究了PSiAFCS中各物質(zhì)的相互作用及PSiAFCS的結(jié)構(gòu)形態(tài),探討了PSiAFCS的化學(xué)性能

6、。研究結(jié)果表明,聚合過程中聚鋁、聚鐵和硫酸根離子相互作用,并與活性硅酸聚合成非晶態(tài)共聚物。
　　以模擬水樣為處理對象,考察了PSiAFCS的絮凝性能,并探討了PSiAFCS的絮凝機理,得出了適宜的絮凝條件為:在投加量2.5～7.5mg/L,pH值6～11,絮凝水溫20～60℃、沉降時間20min,原水濁度50～500NTU范圍內(nèi),絮凝效果良好、除濁率高、投藥量少。且去濁效果明顯優(yōu)于聚氯化鋁(PAC)、聚硅酸氯化鋁鐵(PSiAFC)

7、。當(dāng)PSiAFCS在投藥量為2.5mg/L時,剩余濁度最低,為4.33NTU,去濁率達98.27%。通過對PSiAFCS絮凝機理分析,認為PSiAFCS是主要通過吸附電中和和吸附架橋兩方面作用對膠體起絮凝作用的。
　　本論文以贛州段贛江水樣、生活污水、造紙中段廢水為處理對象通過混凝攪拌實驗系統(tǒng)分析了PSiAFCS的絮凝性能,并與PSiAFC、PAC混凝劑進行比較,考查了PSiAFCS在去除濁度、色度及CODCr等方面的優(yōu)勢。PSi

8、AFCS對贛江水和生活污水的混凝實驗結(jié)果表明:PSiAFCS的去濁效果和脫色效果均優(yōu)于PSiAFC、PAC,且投藥量少。對造紙中段廢水處理研究表明:PSiAFCS能有效降低中段廢水的色度和CODCr,在PSiAFCS用量3.75～7.50mg/L,pH=6.0～10.0,靜置時間20min條件下,中段廢水的色度除率達90%以上,CODCr去除率在78%以上。
　　研究結(jié)果表明,利用粉煤灰制備PSiAFCS的技術(shù)可行,經(jīng)濟效益可觀,