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1、 碱溶粉煤灰提取硅工艺条件优化学生姓名： 学生学号： 院 （系）： 生物与化学工程学院 年级专业： 08 环境工程 指导教师： 2012年5月 摘 要 本论文主要研究从粉煤灰中提取硅的机理及工艺。以攀枝花粉煤灰为原料，选用碱溶法溶出方式，考察了粉煤灰粒度、碱溶时间、碱溶温度、碱浓度、液固比等因素对氧化硅提取的影响。 本论文对粉煤灰，采用碱溶粉煤灰法研究制备二氧化硅，以粉煤灰、氢氧化钠为原料。常压下高浓度氢氧化钠溶浸粉煤灰提取二氧化硅过程中粉煤灰粒度、溶浸时间、氢氧化钠初始浓度、液固比、反应温度等因素对二氧化硅溶出率的影响。 结果表明：研磨后的200目粉煤灰在碱浓度为17.5mol/l、液固比1
2、.5:1及130摄氏度溶浸时，反应8min，可使二氧化硅的溶出率达到最高。用此法处理粉煤灰提取硅，具有节能降耗的优点，为粉煤灰的开发与利用开辟了一条途径。关键词：粉煤灰，氧化硅，碱溶法，溶出率II ABSTRACT This paper mainly studies the extraction of silicon from fly ash and the mechanism of the process. Panzhihua fly ash as raw materials, selection of alkali leaching, examines the fly ash partic
3、le size, alkali dissolution time, alkali solution temperature, alkali concentration, liquid solid ratio and other factors on the silicon oxide extraction effect. This paper on the fly ash, using fly ash in alkaline solution method of preparation of silica, fly ash, sodium hydroxide as raw materials.
4、 Under the pressure of high concentration sodium hydroxide solution leaching of fly ash silica extraction process of fly ash particle size, leaching time, sodium hydroxide concentration, liquid solid ratio, reaction temperature and other factors on the silica dissolution rates of. The results show t
5、hat: after the grinding 200 heads of fly ash in alkaline concentration is 17.5mol / L, liquid solid ratio of 1.5:1 and 130 degrees C solution, reaction 8min, can make the silica dissolution rate reached the highest. Method for treatment of fly ash from silicon, has the advantage of energy saving, th
6、e development and utilization of fly ash has opened up a way.Keywords : fly ash, silicon oxide,alkali fusion , dissolution rate 目录摘 要IABSTRACTII1 绪 论11.1 课题研究背景及意义1 1.1.1 课题研究背景及意义1 1.1.2 课题研究意义21.2 国内粉煤灰的应用21.2.1 粉煤灰混凝土21.2.2 粉煤灰水泥31.2.3 粉煤灰制砖31.2.4 粉煤灰筑路31.2.5 粉煤灰选取漂珠31.2.6 粉煤灰改良土壤31.3 国外粉煤灰利用途径和工
7、艺31.3.1 粉煤灰处理矿山酸性废水41.3.2 粉煤灰作回填材料41.4 粉煤灰综合利用发展前景分析41.5 课题研究思路52 实验部分62.1 实验药品与仪器62.1.1 实验药品62.1.2实验设备、仪器及装置62.2 实验步骤72.2.1碱溶工艺中各工艺参数的确定72.2.2硅的测定83 结果与分析103.1 粉煤灰粒度影响103.2 NaOH 初始浓度的影响113.3液固比的影响123.4 反应温度的影响123.5 反应时间的影响134 结论与展望154.1 结论154.2 展望15参 考 文 献17致 谢19 1 绪 论1.1 课题研究背景及意义1.1.1课题研究背景进入21世纪
8、以来，人类社会工业文明迅猛发展，全球工业化进程不断加剧与此引发的环境问题也不断加剧，人类的生产活动和消费活动等对环境的污染日益严重，城市环境恶化、江河湖泊污染和自然生态的破坏等方面的问题日益突出1。当今世界主要燃料为煤，从而导致了粉煤灰是世界上排放量最大的工业废料之一，不仅污染环境，而且灰场占地情况严重。目前粉煤灰的主要利用仅限于建材方面，所以如何更好的利用粉煤灰，化废为宝是值得研究的课题2。粉煤灰处理问题已经成为环保的重大难题之一。粉煤灰是燃烧过程中排放出的一种固体污染物，含有铁、铝、硅、钙和镁等金属的氧化物。发电厂等燃煤企业每年排放大量的粉煤灰，而且主要用于建材工业，其余的则堆积或直接排放
9、，如不妥善处理，必将造成严重的环境污染3,4，粉煤灰的主要成分为Si02和A1203，属硅铝酸盐，还含有少量的Fe203、CaO、MgO和未燃尽炭等。 自上个世纪60年代发现碱溶粉煤灰提取硅的方法后，碱溶法提取硅引起各国研究者的关注5。碱溶粉煤灰提取硅法对去除粉煤灰中的二氧化硅等含硅物质有明显的效果，在固体废物治理及应用中有着非常广阔的前景，其中碱性物质一般选取氢氧化钠因其具有碱溶效果好、无毒、稳定、价廉等优点而得到广泛的研究和应用，成为最具有前途的环保型提取剂之一。用于碱溶技术的碱溶剂多为强碱物质，如NaOH、KOH、CaOH等，其中NaOH碱溶粉煤灰不仅具有碱溶效果好、无毒、稳定、价廉等优
10、点，而且还可以使废物得到再利用、几乎无二次污染物等方面优于传统的碱溶提取法，作为碱溶剂和强碱物质用于处理粉煤灰并提取二氧化硅已引起广泛重视。碱溶粉煤灰法能有效将粉煤灰中的硅提取出来，达到提取出粉煤灰中有用物质的目的，因此，碱溶粉煤灰提取硅法能有效的提取出粉煤灰中的二氧化硅6，变废为宝，为推动以后研究碱溶粉煤灰提取硅工艺提供有用的依据。 近年来，氢氧化钠作为一种有效的碱溶粉煤灰提取硅的碱溶剂7，以其提取效果好，适用范围广的优点得到了迅速的发展。本实验就是利用粉煤灰中含有硅等有用成分而进行的碱溶粉煤灰提取硅以使原本无用的粉煤灰得到再利用而变废为宝。本课题选用粉煤灰的化学组成如表1.1：表 1.1
11、粉煤灰的化学成分分析/%SiO2Al2O3Fe2O3CaONa2O和K2OSiO3C及其他MgO48.5363.53.72.11.33.81.11.1.2 课题研究意义 随着经济的发展，能源消耗日益增长，当今世界主要燃料为煤，从而导致了粉煤灰是世界上排放量最大的工业废料之一，不仅污染环境，而且灰场占地情况严重。目前粉煤灰的主要利用仅限于建材方面，所以如何更好的利用粉煤灰，化废为宝是值得研究的课题。粉煤灰处理问题已经成为环保的重大难题之一。因而不断提高粉煤灰的综合利用率，使其变废为宝，在节约土地和环境保护方面意义深远。因此，粉煤灰的资源化利用，既避免了污染，又实现了其中金属及矿物的回收利用且降低
12、了灰场容量。这不仅缓解了排放问题，而且提供了资源的新来源。因此，如何经济有效的提取粉煤灰中的硅成为极具市场价值和研究意义的热门问题。 1.2 国内粉煤灰的应用 目前, 中国对粉煤灰综合利用主要集中在用于烧砖、筑路、做水泥和混凝土的掺合料、选取漂珠、改良土壤等方面, 只有少部分用于化工工业和废水处理8。1.2.1 粉煤灰混凝土 粉煤灰是一种理想的混凝土掺合料。我国对粉煤灰混凝土的研究开发已经过半个多世纪的历程，目前已广泛应用于土木工程、建筑工程以及预制混凝土制品和构件等方面。1.2.2 粉煤灰制水泥 目前国内主要生产粉煤灰硅酸盐水泥和粉煤灰无熟料水泥两种类型。根据粉煤灰的掺量又分两种不同情况：
13、（1）生产普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥，粉煤灰掺量15； （2）生产粉煤灰水泥：用粉煤灰做混合材，掺量大小为2040。1.2.3 粉煤灰制砖 我国从1965 年开始生产粉煤灰烧结砖,其产量高于蒸制砖,产品吃灰量大,可节约大量粘土,但性能与粘土砖相差不大。我国目前生产的粉煤灰砖主要有蒸压粉煤灰砖和烧结粉煤灰砖。1.2.4 粉煤灰筑路 粉煤灰在筑路方面的用量占其总使用量的20%，在我国的道路建设中，粉煤灰是一种良好的筑路材料，粉煤灰筑路包括作路面基层材料、代替黏土筑高速公路路堤、水泥混凝土路面，同时粉煤灰可用于护坡、护堤工程和修筑水库大坝等。1.2.5 粉煤灰选取漂珠 国内采用机械分选、湿法浮选
14、等工艺，直接从粉煤灰中回收漂珠等有用物质。其中漂珠含量虽仅占粉煤灰总量的0.2%-1%，但具有质轻、熔点高、隔音、电绝缘、耐磨性强、抗压强度高、无毒、稳定性好等良好性能，可制备各种功能材料，如轻质耐火材料、防火防水涂料、车辆刹车片、石油裂化催化剂、人造革填充剂等。1.2.6 粉煤灰改良土壤 我国粉煤灰的农业应用研究主要是粉煤灰的改土效果和肥料价值。粉煤灰通过技术加工可以制成肥料, 改良土壤。贾得义9,10等利用焦作电厂产生的粉煤灰对重黏土地进行改良，试种小麦。试验结果显示，施用粉煤灰比不施粉煤灰的小麦产量有明显增加；在一定的施用量范围，施粉煤灰多少与小麦产量呈正相关关系。1.3 国外粉煤灰利用途径1.3.1 粉煤灰处理矿山酸性废水 粉煤灰处理污水机理复杂, 一般认为是吸附、凝聚、助凝和沉淀综合作用的结果。Penney 等利用粉煤灰处理矿山酸性废水，使废水中重金属含量减少并提高了废水pH 值；利用粉煤灰合成沸石,通过沸石化过程,阳离子交换容量从0. 02meq/g增加到2. 4 meq/g。吸附实验表明, 沸石化粉煤灰吸附重金属离子的能力大小为: Cu Cd - Zn Ni。在南非，Gitari11 等对粉煤灰处理矿山酸性废水效果进行了测试，并提出了处理废水中硼、镁、锶、钼和巴等溶解物的新工艺。1.3.2 粉煤灰作回填材料 粉煤灰在陆地上的堆积，占用大量土地，造成环境污染
