《毕业设计论文赤泥的综合利用研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计论文赤泥的综合利用研究（39页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘 要 赤泥是氧化铝工业产生的强碱性固体废渣。我国每年产生的赤泥为3000万吨以上，目前赤泥大多仍采用筑坝的方式进行堆存，占用了大量土地，也对环境和水资源造成了严重的污染。赤泥富含Fe、Al、Si、Ti等活性成分是一种宝贵的二次资源。因此，赤泥的无害化处理和资源化利用是氧化铝行业急需解决的难题。由于CH 4裂解只产生碳和氢气，不存在COx，简化了氢气的纯化过程。因此，甲烷催化裂解成为一条替代甲烷催化重整、甲烷部分氧化等传统工艺生产氢的有效路径。本文以拜耳法赤泥作为研究对象，采用酸溶-过滤-碱沉淀法对其进行改性处理。采用现代分析测试手段对催化剂样品进行表征和分析，然后利用常压气固相催化反应实验装
2、置研究其催化CH4分解制氢性能。结果显示，通过改性处理的赤泥有更高的甲烷裂解催化活性，同时煅烧温度会影响改性赤泥的催化活性，结果证明低温煅烧更有利于甲烷裂解反应的进行。关键词： 赤泥；改性处理；催化剂；甲烷催化裂解；制氢Abstract Red mud is solid waste produced in alumina industry.In China red mud is produced more than 30 million tons each year,At present, red mud most is dammed to stockpiling , which not on
3、ly occupy much land but also cause pollution of the environment and groundwater.In addition,red mud are rich in Fe, Al, Si, Ti and other active ingredients, its urgent to solve the problem though safe disposal and utilization of red mud of the alumina industry.Since CH4 pyrolysis produces only carbo
4、n and hydrogen,no other COx gases,which makes hydrogen purification process simplified.Therefore, the catalytic cracking of methane become a valid path to replace methane catalytic reforming, partial oxidation of methane and other traditional craft to product hydrogen.In this paper, Bayer red mud as
5、 the research object, using the acid-soluble-alkali and acid precipitation-filtration-its alkaline precipitation modification, catalyst samples characterized were analytics by means of a modern catalyst and then use pressurized gas-solid reaction experimental phase catalytic device CH4 decomposition
6、 of hydrogen catalytic performance.The results showed that red mud through modification, have higher methane catalytic cracking activity of the catalyst performance though different temperatures found more conducive to high-temperature pyrolysis of methane reaction, to improve the conversion rate of
7、 methane hydrogen cracking big beneficial.Keywords: red mud; modification; catalyst; methane catalytic cracking; hydrogen目录摘要IAbstractII1 引言11.1 赤泥的概述11.1.1 赤泥的产生11.1.2 赤泥的基本性质31.1.3赤泥的危害51.2 赤泥的利用现状61.2.1 建筑和结构材料71.2.2 综合回收81.2.4 催化剂101.2.4.2 氨分解制氢121.3 甲烷催化裂解催化剂研究进展131.4 论文研究内容及创新之处141.4.1 研究内容141
8、.4.2 创新点142 试验方法152.1 实验原料152.2 主要实验仪器162.3 催化剂的制备162.3.1 酸溶-过滤-碱沉淀法162.4 催化甲烷裂解的过程172.5 样品物化性质表征182.5.1 综合热分析仪（TG）182.5.2 X射线荧光分析仪（XRF）192.5.3 透射电镜（TEM）192.3.5 氮气吸附仪（N2-sorpotion）192.5.5 扫描电镜（SEM）192.6 催化剂性能测试202.6.1改性前后催化剂性能研究202.6.2 不同煅烧温度改性赤泥催化剂性能研究203 催化剂性能研究223.1 TG分析223.2 XRF分析233.3 SEM分析233.
9、3.1 赤泥原样与450煅烧改性赤泥的SEM分析233.3.2 450和600煅烧的改性赤泥SEM分析243.4 N2吸附分析263.5 TEM分析283.6 实验结果与分析303.6.1 改性前后催化剂性能比较303.6.2 不同煅烧温度改性催化剂性能比较32结论34致谢35参考文献：361 引言1.1 赤泥的概述1.1.1 赤泥的产生赤泥是氧化铝生产过程中排出的固体废渣，具有强碱性和微量放射性(含天然放射性元素铀、钍、钾)1, 2，因含大量氧化铁呈红色，而被称为赤泥。根据危险废物鉴别标准GB 5085.3-2007的规定，赤泥为一般性固体废物，不属放射性废渣，但属于强碱性废渣，是一种严重的
10、碱性污染源。按矿石品位、生产方法和技术水平的不同，每生产1 t氧化铝大约要排放1.0-2.0 t赤泥。 氧化铝是一种两性氧化物，既能溶于酸，又能溶于碱，因酸法在生产过程中具有强烈的腐蚀性，所以目前工业上主要采用碱法生产3，包括烧结法、拜耳法和联合法，相应地会产生三种不同类型的赤泥。（1）拜耳法赤泥拜耳法生产氧化铝是由K.J.拜耳在1889-1892年提出而得名的。拜耳法包括两个主要的过程，一是铝酸钠溶液的晶种分解过程，氧化钠和氧化铝摩尔比为1.8的铝酸钠溶液在常温下，只要添加氢氧化铝作为晶种，并不断搅拌，溶液中的铝酸钠便可以转化为氢氧化铝而徐徐析出，直到其中的氧化钠和氧化铝摩尔比提高到6为止。
11、二是利用种分母液溶出铝土矿的过程，在上一过程中析出的大部分氢氧化铝溶液，在加热时又可以溶出铝土矿中的氧化铝水合物。其实质就是下一反应在不同的条件下交替进行：Al2O3H2O+2NaOH+(3-n) H2O 2NaAl(OH)4 （n=1-3）所得的铝酸钠溶液在稀释和冷却的情况下分解并析出氢氧化铝:NaAl(OH)4=Al(OH )3+NaOH它是在一定的温度和高压条件下，以NaOH溶液溶出铝土矿，使其中的氧化铝水合物按上式反应向右进行得到铝酸钠溶液。溶出铝土矿后，形成赤泥和铝酸钠的混合浆液，浆液经过稀释沉降或过滤使赤泥和铝酸钠溶液彻底分离，分离后从铝酸钠溶液中生产出氧化铝，而赤泥需多次洗涤才能
12、降低氧化钠和氧化铝的损失，然后经过沉降压滤所得的滤渣即为常见的拜耳法赤泥。目前，全世界生产的氧化铝和氢氧化铝，有90%以上是采用拜耳法生产的。拜尔法赤泥粒度较细，化学成分中Al2O3含量较高，SiO2和CaO含量较低，主要由水化石榴石、水合硅铝酸盐以及霞石组成。（2） 烧结法赤泥早在拜耳法提出之前，法国人勒萨特里在1858年就提出了碳酸钠烧结法，但是由于其成品氧化铝质量差，流程复杂且耗能大，所以拜耳法问世后就被淘汰了。后来人们也研究了几种烧结法，但目前用在工业上的只有碱石灰烧结法，即通常所说的烧结法。 烧结法的基本原理是用碳酸钠和石灰石与铝土矿按一定比例配料烧结。在高温下铝土矿中的氧化铝、氧化
13、铁、二氧化硅与碳酸钠、石灰石分别反应，生成铝酸钠、铁酸钠和原硅酸钙的熟料，用水或稀碱溶液溶出熟料时，铝酸钠溶解，铁酸钠水解为苛性碱和氧化铁，氧化铁进入赤泥。原硅酸钙不溶解而残留在赤泥中，但有少量与碱液反应以硅酸钠形式进入溶液。因溶液中含有SiO2杂质故称粗液。分离赤泥后的粗液经脱硅，二氧化硅以含水铝硅酸钠析出，此沉淀物称为钠硅渣或硅渣。分离硅渣后的铝酸钠溶液简称精液。将CO2气体通入精液中，可以析出AI(OH)3。分离氢氧化铝后的碳酸钠溶液(即循环母液)和硅渣再配铝土矿和石灰石烧结。(3) 联合法赤泥 烧结-拜耳联合法可以分为并联、串联以及混联三种基本流程，该法不仅可以扬长避短，而且这种联合为
14、流程中两个系统工艺和设备的最佳化提供了新的可能性。但是，联合法较适宜处理铝硅比值5-7的铝土矿，而且流程比较复杂的，只有当生产规模较大时，采用联合法才是可行的和有利的，而且各种联合法都应以拜耳法为主，才能取得更好的经济效益。由于其生产工艺的特点，混联法赤泥同时具有拜耳法和烧结法赤泥的两种性质。我国氧化铝生产从无到有，至今已有69年的历史。我国第一家氧化铝厂山东铝厂于1954年投产，采用碱石灰烧结法生产工艺，后来进行扩产改造。目前，因矿石资源不同，国内上述三种工艺路线并存。1.1.2 赤泥的基本性质赤泥主要由细颗粒和粗颗粒组成，包含许多铝土矿残余矿物，如赤铁矿(-Fe2O3)、针铁矿(-FeOO
15、H)、一水软铝石(-AlOOH)、金红石(TiO2)、锐钛矿(TiO2)、石英(SiO2)、方钠石(Na4Al3Si3O12Cl)、钙霞石型钠铝硅酸盐(CAN)和石膏(CaSO42H2O)，以及少量方解石(CaCO3)、草酸钙石(CaC2O4H2O)和三水铝石(Al(OH)3)。化学成分分析显示，赤泥主要包含硅、铝、铁、钙、钛，以及一些次要成分：钠、钾、铬、钒、镍、钡、铜、锰、铅、锌等。其化学成分因铝土矿产地、品味和氧化铝生产方法的不同而有所差异，世界各地不同赤泥之间的化学成分相差很大4, 6。一般来说，赤泥平均粒径小于10 m，且粒径小于75 m的赤泥占总量90以上；比表面积可达1025 m2/g；具有强碱性，pH值范围10124。此外，赤泥还具有塑性良好、含水量大、压缩性高、抗剪强度低等特点5。1.1.2.1 赤泥的化学性质 赤泥的化学成分取决于铝土矿的成分、生产氧化铝的方法和生产过程中添加剂的物质成分，以及新生成的化合物成分等。 目前，氧化铝生产方法有三种，即拜耳法、烧结法和联合法，三种不同的方法生产的赤泥成分、性质、物相各异。 表11 是不同的生产方法产生的赤
