【摘要】：高鋁粉煤灰是近年來在我國內(nèi)蒙古西部、山西北部等地發(fā)現(xiàn)的一種特色富鋁資源,年產(chǎn)生量達(dá)5000萬噸以上,亟待開發(fā)利用。作為唯一堿性全濕法工藝,亞熔鹽法處理高鋁粉煤灰新技術(shù)已展示了其良好的工業(yè)化前景,正在進(jìn)行工業(yè)化放大試驗(yàn),但目前部分提鋁反應(yīng)機(jī)理和放大規(guī)律尚未完全清晰。為了實(shí)現(xiàn)亞熔鹽法高鋁粉煤灰中氧化鋁的高效低成本提取,本研究開展了溶出過程物相轉(zhuǎn)化規(guī)律、中間產(chǎn)物高溫溶出動力學(xué)及微觀機(jī)理、副產(chǎn)物的形成機(jī)理與調(diào)控、工藝的工業(yè)化放大實(shí)踐等應(yīng)用基礎(chǔ)研究。論文取得了如下創(chuàng)新性進(jìn)展:(1)探究了粉煤灰在不同尺寸類型反應(yīng)器內(nèi)的溶出反應(yīng)規(guī)律,通過反應(yīng)器參數(shù)的調(diào)整優(yōu)化,使粉煤灰溶出反應(yīng)溫度由280℃降低至240℃左右,并通過反應(yīng)器流場模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn),不同反應(yīng)器混合效果存在的巨大差異是造成溶出條件不同的主要因素,據(jù)此獲得了粉煤灰優(yōu)化的溶出參數(shù)和反應(yīng)器放大設(shè)計(jì)指導(dǎo)依據(jù);(2)提出了亞熔鹽法高鋁粉煤灰提鋁兩階段反應(yīng)機(jī)理,確定了Na8A16Si6024(OH)2(H20)2是銜接兩階段溶出的重要中間產(chǎn)物,借助特殊設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)快速取樣裝置,研究了 Na8A16Si6O24(OH)2(H20)2在亞熔鹽介質(zhì)中高溫分解的動力學(xué),采用 Avarmi-Erofeev 方程對 255-270℃ 間 Na8A16Si6O24(OH)2(H20)2 分解數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,獲得Na8A16Si6O24(OH)2(H20)2的分解反應(yīng)的表觀活化能為255.55kJ/mol;(3)系統(tǒng)研究了溶出過程生成的含鋁副產(chǎn)物——水合鋁硅酸鈉鈣的生成及控制規(guī)律,發(fā)現(xiàn)該副產(chǎn)物的生成一方面受終態(tài)溶液苛性比影響,當(dāng)反應(yīng)液相終態(tài)苛性比高于14時(shí)可完全避免其生成;研究同時(shí)發(fā)現(xiàn),亞熔鹽法溶出過程存在的硅酸氫鈉鈣產(chǎn)物對反應(yīng)物的包裹是副產(chǎn)物生成的另一主要原因,通過提高攪拌速度強(qiáng)化傳質(zhì)擴(kuò)散可有效抑制副產(chǎn)物水合鋁硅酸鈉鈣的生成;(4)深入研究了工業(yè)放大試驗(yàn)中管道結(jié)疤生成機(jī)理,提出了通過調(diào)控物料停留時(shí)間來抑制管道結(jié)疤的控制方法,并通過連續(xù)18天的工業(yè)運(yùn)行試驗(yàn)驗(yàn)證了本研究提出的控制管道結(jié)疤方法的可行性。通過調(diào)控,最終結(jié)疤生成速度降低76.65%。上述研究成果已經(jīng)通過工業(yè)現(xiàn)場百噸級擴(kuò)試和萬噸級中試試驗(yàn)驗(yàn)證,取得了良好的效果,中試研究積累了豐富的工業(yè)化試驗(yàn)數(shù)據(jù),為工藝的進(jìn)一步工業(yè)化放大奠定了較為堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ133.1;TQ536.4
【圖文】：

粉煤灰是煤炭在火力發(fā)電廠燃煤鍋爐中燃燒后排放出的廢渣，是一種工業(yè)固逡逑體廢棄物［１］。近年來，由于我國火力發(fā)電工業(yè)的迅速發(fā)展，導(dǎo)致粉煤灰排放量逐逡逑年增加，圖１．１為從２００２年到２０１５年以來我國歷年粉煤灰年產(chǎn)量［２＇邋３］。２０１５年逡逑粉煤灰排放量達(dá)到丫邋６．２億噸［２邋４］。目前我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費(fèi)逡逑國＋７］，也是粉煤灰最大的產(chǎn)生國。由于我國粉煤灰排放量巨大且有效利用不足，逡逑累計(jì)堆存量己達(dá)２５億噸，粉煤灰已成為我國最大的單一固體污染源［８］。盡管中逡逑國已經(jīng)^u始調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，但是在未來幾十年中火力發(fā)電仍將是我國最大的能源逡逑來源［９１，大宗粉煤灰的綜合利用仍將是未來一段時(shí)間內(nèi)迫切需要解決的環(huán)境問題逡逑之一。逡逑〖Ｓｉ逡逑２００２邋２００３邋２００４邋２００５邋２００６邋２００７邋２００８邋２００９邋２０１０邋２０１１邋２０１２邋２０１３邋２０１４邋２０１５逡逑Ｙｅａｒ逡逑圖１．１我國粉煤灰２００２－２０１５年歷年排放量逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｃｏａｌ邋ｆｌｙ邋ａｓｈ邋ｉｎ邋Ｃｈｉｎａ邋ｉｎ邋２００２－２０１５逡逑粉煤灰大量堆存對生態(tài)環(huán)境和人體健康具有嚴(yán)重危害，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)逡逑－１邋－逡逑

粉煤灰是煤炭在火力發(fā)電廠燃煤鍋爐中燃燒后排放出的廢渣，是一種工業(yè)固逡逑體廢棄物［１］。近年來，由于我國火力發(fā)電工業(yè)的迅速發(fā)展，導(dǎo)致粉煤灰排放量逐逡逑年增加，圖１．１為從２００２年到２０１５年以來我國歷年粉煤灰年產(chǎn)量［２＇邋３］。２０１５年逡逑粉煤灰排放量達(dá)到丫邋６．２億噸［２邋４］。目前我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費(fèi)逡逑國＋７］，也是粉煤灰最大的產(chǎn)生國。由于我國粉煤灰排放量巨大且有效利用不足，逡逑累計(jì)堆存量己達(dá)２５億噸，粉煤灰已成為我國最大的單一固體污染源［８］。盡管中逡逑國已經(jīng)^u始調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，但是在未來幾十年中火力發(fā)電仍將是我國最大的能源逡逑來源［９１，大宗粉煤灰的綜合利用仍將是未來一段時(shí)間內(nèi)迫切需要解決的環(huán)境問題逡逑之一。逡逑〖Ｓｉ逡逑２００２邋２００３邋２００４邋２００５邋２００６邋２００７邋２００８邋２００９邋２０１０邋２０１１邋２０１２邋２０１３邋２０１４邋２０１５逡逑Ｙｅａｒ逡逑圖１．１我國粉煤灰２００２－２０１５年歷年排放量逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｃｏａｌ邋ｆｌｙ邋ａｓｈ邋ｉｎ邋Ｃｈｉｎａ邋ｉｎ邋２００２－２０１５逡逑粉煤灰大量堆存對生態(tài)環(huán)境和人體健康具有嚴(yán)重危害，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)逡逑－１邋－逡逑

鋁共生資源總量就達(dá)５００億噸以上，燃燒后可產(chǎn)生高鋁粉煤灰１５０億噸，其中蘊(yùn)逡逑藏的氧化鋁含量極為豐富。另一方面，我國用于氧化鋁生產(chǎn)的傳統(tǒng)鋁土礦原料嚴(yán)逡逑重短缺，大量依賴進(jìn)口。圖１．３為我國近年來鋁土礦的生產(chǎn)與進(jìn)口情況［１６＃。從逡逑圖中數(shù)據(jù)可以看出，我國鋁土礦對外依存度己超過５０％［１９］。逡逑７０００邋－邐邐邋．邐．邐網(wǎng)逡逑１邐１邋Ｄｏｍｅｓｔｉｃ邋ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ逡逑＂Ｓ邐—Ｉ邋Ｉｍｎｏｒｔ邋ｖｏｌｕｍｅ逡逑§邋６０００邋－逡逑ｗ邋＿邋５０００邋－逡逑１１邋？邐ｍ邋ｎ邋ｆ－？邋ｎ逡逑１邋１邋４０００邋－邐ｎ邋ｎ邋＿邋ａ逡逑１．１邐？邋ｒｎ邐＿邋，邋％邋Ｍ逡逑｜！邋３０００邋ｎ邋＾邐１：：丨：；＿１１：逡逑Ｓ邋２０００邋－，：、＜：邐巧邐ｐ邋S謾㈠義希卞濉雋鑠迦瑁海海海哄危掊

本文編號：2766283