利用高铝粉煤灰制备聚合氯化铝的实验研究

论文摘要

本论文对利用华北某热电厂的高铝粉煤灰（以下简称高铝粉煤灰）制备聚合氯化铝（PAC）进行了实验研究,确定了利用高铝粉煤灰制备PAC的工艺技术路线,对制备过程中的主要化学反应的原理进行了研究。本项研究的高铝粉煤灰的主要成分是SiO2（48.70wB%）和Al2O3（40.37wB%）;莫来石（Al6Si2O13）晶相和铝硅酸盐玻璃相是高铝粉煤灰的主要物相;铝元素主要以铝硅酸盐玻璃体和参与莫来石晶格结构的形式存在。研究采用以Na2CO3为配料的固相热分解反应的方法,使高铝粉煤灰中的莫来石和铝硅酸盐玻璃相转变成霞石（NaAlSiO4）。霞石溶于HCl溶液,会被分解生成AlCl3溶液和偏硅酸胶体沉淀,从而使高铝粉煤灰中的主要组分SiO2和Al2O3得以分离。对高铝粉煤灰与Na2CO3的固相热分解反应的实验研究表明:当Na2CO3过量时,过量的Na2CO3会与生成的霞石发生反应,生成碱性霞石（Na2O）0.33NaAlSiO4;通过实验确定了Na2CO3的最佳用量为:高铝粉煤灰: Na2CO3=1.8:1（质量比）,反应的最佳温度和时间分别为850℃和90min。对霞石的酸浸反应的热力学研究表明:在室温条件下,影响反应进行的主要因素是HCl的用量;通过实验确定了100g高铝粉煤灰需要体积比为80%的浓HCl溶液1.6L,Al2O3的提取率可达97.63wB%。论文直接利用酸浸反应的滤液来制备浓度为0.2mol/L的PAC。实验确定了制备的最佳条件,在此条件下制备的PAC中Al13的含量为89wB%,并含有少量的硅胶（以SiO2计:0.93wB%）和Fe（OH）3胶体（以Fe2O3计:0.28wB%）。研究还对制备的PAC样品与目前常用的7种絮凝剂的水处理效果进行了对比实验。结果表明,利用高铝粉煤灰制备的PAC的水处理效果最好,甚至优于用纯化学试剂制备的相同浓度的PAC产品。分析其絮凝机理,是实验制备的样品中存在的硅胶和Fe（OH）3胶体,起到了助凝剂的作用,使其水处理效能得到了加强。

论文目录

• 1. 综述
• 1.1 研究背景及选题意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 选题意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 粉煤灰的综合利用现状
• 2O₃的研究现状'>1.2.2 粉煤灰提取Al₂O₃的研究现状
• 1.2.3 利用粉煤灰制备PAC 的研究现状
• 1.2.4 制备PAC 的研究现状
• 1.3 主要研究内容及技术路线
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 论文所采取的技术路线
• 1.3.3 论文完成的工作量
• 2. 高铝粉煤灰的性质
• 2.1 外观形态
• 2.2 化学成分
• 2.3 物相组成
• 3. 固相热分解反应实验
• 3.1 反应原理
• 2CO₃在反应中的作用'>3.2 NA₂CO₃在反应中的作用
• 3.3 优化反应条件
• 3.3.1 反应温度
• 3.3.2 反应时间
• 4. 酸浸反应实验
• 4.1 反应原理
• 4.2 反应过程的热力学分析
• 4.3 硅、铝分离
• 4.4 优化实验条件
• 4.4.1 HCl 溶液的浓度
• 4.4.2 HCl 溶液的用量
• 4.4.3 反应时间
• 4.4.4 酸浸反应效果
• 5. PAC 的制备实验
• 5.1 PAC 的浓度
• 5.2 制备方法
• 5.3 制备条件
• 5.3.1 碱化度（B）
• 2CO₃溶液方式'>5.3.2 加 Na₂CO₃溶液方式
• 2CO₃溶液速度'>5.3.3 滴加Na₂CO₃溶液速度
• 5.3.4 搅拌速度
• 5.3.5 反应温度
• 5.4 0.2MOL/L 的PAC 的制备
• 5.5 制备的PAC 样品的特征
• 5.5.1 化学成分
• 5.5.2 PAC 的形态
• 5.5.3 稳定性
• 6. 制备的 PAC 的水处理效果实验
• 6.1 实验仪器与试剂
• 6.2 实验过程
• 6.3 结果与讨论
• 7. 利用高铝粉煤灰制备 PAC 的技术经济分析及环境影响评价
• 7.1 技术可行性分析
• 7.2 经济效益分析
• 7.3 环境影响评价
• 8. 主要结论与建议
• 8.1 主要结论
• 8.2 创新点
• 8.3 对后续研究工作的建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历