本文關(guān)鍵詞：阿克塞石棉尾礦資源化利用的熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)及工藝技術(shù)評(píng)價(jià)研究

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【摘要】：溫石棉尾礦的大量堆積容易引起大氣、水體和土壤污染,對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康造成嚴(yán)重危害,而且可造成資源浪費(fèi)。針對(duì)目前研究主要集中于實(shí)驗(yàn)研究,而忽略理論計(jì)算的不足,本文以甘肅省阿克塞紅柳溝溫石棉尾礦為原料,對(duì)石棉尾礦直接焙燒及添加硫酸銨、硫酸氫銨、硫酸銨-硫酸、碳酸鈉和氫氧化鈉后共六種焙燒活化工藝的Gibbs自由能變化進(jìn)行了計(jì)算；研究了硫酸銨-硫酸混合焙燒溫石棉尾礦浸取提鎂技術(shù)的最佳焙燒工藝條件,研究了焙燒過程的反應(yīng)機(jī)理,詳細(xì)計(jì)算了焙燒過程的非等溫動(dòng)力學(xué)；研究了運(yùn)用活化產(chǎn)物水浸液和水浸殘?jiān)苽涓呒児桄V化合物制備的工藝條件,計(jì)算了氫氧化鎂晶體生長動(dòng)力學(xué)和白炭黑沉淀動(dòng)力學(xué)。同時(shí),對(duì)工藝進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)研究。研究結(jié)果表明：相比其他五種工藝技術(shù),硫酸銨-硫酸混合焙燒活化工藝的反應(yīng)活性僅比硫酸氫銨焙燒活化工藝略低,比其他四種工藝都高。氣體的總分壓對(duì)各反應(yīng)系統(tǒng)的影響總趨勢相同,但是,氣體分壓對(duì)各種工藝技術(shù)的影響的程度不相同。以硫酸銨為焙燒助劑,濃硫酸為活化劑焙燒石棉尾礦提取氧化鎂,氧化鎂提取率可達(dá)86%。焙燒水浸后得到的水浸渣良好的繼承了尾礦的形貌特征。過程分析表明,該焙燒過程主要分為三個(gè)階段。動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)表明：以硫酸銨-濃硫酸為助劑焙燒活化溫石棉尾礦的三個(gè)階段中前兩個(gè)階段的最概然機(jī)理函數(shù)為G(α)=-ln(1-α),f(α)=1-α；第三個(gè)階段的最概然機(jī)理函數(shù)為G(α)=[-ln(1-α)]~(2/3),f(α)=3/2(1-α)[-ln(1-α)]~(1/3)。三個(gè)階段反應(yīng)的表觀活化能Ea依次為9321kJ·mol~(-1)、162.34kJ·mol~(-1)和 122.21kJ·mol~(-1),指前因子1gA_k依次為12.25S~(-1)、20.36 S~(-1)和14.17 S~(-1)。焙燒活化產(chǎn)物的水浸液經(jīng)調(diào)節(jié)pH值除雜后獲得精制硫酸鎂溶液,加入氨水,采用同時(shí)注入沉淀法在pH值為10.5條件下制備了片狀結(jié)構(gòu)完好的氫氧化鎂,Mg2+的轉(zhuǎn)化率達(dá)94.8%；動(dòng)力學(xué)分析表明Mg(OH)_2的晶體質(zhì)量和晶體平均粒徑隨著反應(yīng)時(shí)間的延長表現(xiàn)出指數(shù)增長的趨勢。以氫氧化鎂為原料通過焙燒制備氧化鎂,隨焙燒溫度的升高,氧化鎂的晶粒逐漸增大。焙燒活化產(chǎn)物的水浸渣經(jīng)堿浸處理后制備偏硅酸鈉,加入硫酸,采用同時(shí)注入沉淀法,在pH值為8.5條件下制備了超細(xì)白炭黑；動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)表明,以偏硅酸鈉制備白炭黑屬于二級(jí)反應(yīng),動(dòng)力學(xué)常數(shù)為0.0019dm3/(mol.min),反應(yīng)速率方程為r=0.0019(α-x)(b-x)。運(yùn)用硫酸銨-硫酸焙燒活化工藝技術(shù)提取溫石棉尾礦中的有價(jià)組分,焙燒過程的硫酸銨回收率達(dá)到88%,Mg(OH)_2制備過程中硫酸銨的回收率達(dá)到86%,有效的減輕了化學(xué)助劑對(duì)環(huán)境的負(fù)荷。與直接焙燒活化及添加硫酸氫銨、碳酸鈉及氫氧化鈉后焙燒活化工藝技術(shù)相比,采用硫酸銨-硫酸焙燒技術(shù)的能耗低,提取率高。與硫酸銨焙燒活化工藝技術(shù)相比,采用硫酸銨-硫酸焙燒工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益更好。采用硫酸銨-硫酸焙燒循環(huán)工藝技術(shù)能很好的做到大大減少污染物排放和保護(hù)生態(tài)環(huán)境,通過一定的處理能夠?qū)崿F(xiàn)排放物無害化。同時(shí),該工藝是循環(huán)工藝,節(jié)省化工助劑,從而降低成本,提高經(jīng)濟(jì)效益,符合國家提倡的循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展的理念。
【學(xué)位授予單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TD926.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1170825