贵州兴义煤矸石的活化研究与制备聚合氯化铝的实验探索

论文摘要

煤矸石是我国矿山排放量最大的固体废弃物之一。目前全国有矸石山1900多座,累计存量约38亿吨,占地面积超过70km2,而且以年排放量1.5亿吨的速度增长。它不仅侵占土地,而且严重影响周围的大气、水体和土壤,破坏生态平衡,因此近年来对煤矸石的研究越来越引起人们的重视。加强对煤矸石资源化利用的研究,使固体废弃物转化为可利用资源,不仅节约有限的矿产资源,还可保护生态环境,实现社会的可持续发展。煤矸石具有两重性:一方面,煤矸石是煤炭生产过程中排放出的固体废弃物;另一方面,煤矸石是由岩石和矿物组成的矿产资源,具有可利用的属性。由于各地煤矸石的组成各异,因而其利用途径也不尽相同,煤矸石资源化利用的关键在于正确地分析其特殊的资源属性,找到最佳的活化温度,从而优选出合理的资源化方法和技术,使之既在技术上可行,又在经济上有利,成为真正意义上的“资源”,走一条“固废变资源”的发展道路。本文选择贵州省兴义市煤矸石为原料,主要研究了煤矸石的成分、最佳活化温度并且探讨其活化机理,在此基础上利用此煤矸石在制备无机高分子絮凝剂（IPF）方面做了初步的探索,成功制备出聚合氯化铝（PAC）絮凝剂,并且得到了制备聚合氯化铝（PAC）絮凝剂的最佳工艺条件。主要研究结果如下:1.采用X射线荧光光谱分析法（XRF）研究了贵州兴义煤矸石样品的化学组分,得出贵州省兴义市煤矸石的主要化学组分为SiO2、Al2O3、SO3、Fe2O3、N2O5、CaO、K2O、TiO2、MgO、Na2O和Cr2O3,微量组分是P2O5、ZrO2、SrO和NbO。从实验结果可以看出,贵州兴义的煤矸石应该属于粘土岩矸石,其中的硅铝铁含量较高,这一研究结果为下一步煤矸石的应用研究提供了理论基础。2.利用X射线衍射（XRD）和傅立叶变换红外光谱（FTIR）等技术手段对贵州兴义煤矸石在不同温度下的煅烧样品进行研究。实验结果表明,随温度升高,煤矸石中的高岭石、云母发生脱水反应,导致煤矸石中活化的SiO2、Al2O3含量增加,活性提高,但当温度高于800℃时,活化的SiO2、Al2O3又进一步结合生成红柱石,反而使煤矸石活性降低。基于上述实验得出贵州兴义煤矸石最佳活化温度为700℃。通过对煤矸石最佳活化温度和活化机理的研究,为下一步煤矸石的资源化利用提供了有力的实验依据和理论支持。3.以煤矸石为基本原料制备无机高分子絮凝剂（IPF）,既不产生新的环境污染,还可实现综合利用,降低产品成本,进而提高了产品的附加值,是煤矸石经济有效的利用途径。基于对贵州兴义煤矸石组分、最佳活化温度和活化机理的研究结果,利用此煤矸石为原料成功制备出聚合氯化铝（PAC）,并且得到制备PAC的最佳工艺条件。

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• §1.1 煤矸石的成因
• §1.2 煤矸石的分类
• §1.3 煤矸石对环境的影响和危害
• §1.4 国内外煤矸石综合利用的研究进展
• §1.4.1 国外煤矸石综合利用的研究进展
• §1.4.2 国内煤矸石综合利用的研究进展
• §1.5 论文主要研究内容及意义
• 第二章 煤矸石的组分分析与实验研究
• §2.1 煤矸石的组分分析
• §2.1.1 煤矸石的矿物组分
• §2.1.2 煤矸石的化学组分
• §2.1.3 煤矸石的元素组分
• §2.2 贵州兴义煤矸石组分分析的实验研究
• §2.2.1 煤矸石的工业分析
• §2.2.2 煤矸石组分的测定
• §2.2.3 煤矸石的X射线荧光分析（XRF）
• §2.2.4 结论
• 第三章 煤矸石活性分析与最佳活化温度的实验研究
• §3.1 煤矸石的活性
• §3.2 影响煤矸石活性的因素
• §3.2.1 化学组分对煤矸石活性的影响
• §3.2.2 煤矸石内部结构对活性的影响
• §3.2.3 煅烧温度对煤矸石活性的影响
• §3.3 煤矸石活性的激发方法
• §3.3.1 热活化
• §3.3.2 机械活化
• §3.3.3 化学活化
• §3.3.4 复合活化
• §3.4 煤矸石活性激发机理分析
• §3.5 贵州兴义煤矸石活性激发与最佳活化温度的实验研究
• §3.5.1 实验仪器
• §3.5.2 实验样品
• §3.5.3 不同温度下煤矸石煅烧样品的XRD分析
• §3.5.4 不同温度下煤矸石煅烧样品的FTIR分析
• §3.5.5 结论
• 第四章 煤矸石制备聚合氯化铝的探索
• §4.1 无机高分子絮凝剂（IPF）的研究现状
• §4.2 无机高分子絮凝剂（IPF）的分类
• §4.3 贵州兴义煤矸石制备聚合氯化铝（PAC）的实验探索
• §4.3.1 实验仪器与药品
• §4.3.2 实验方法
• §4.3.3 制备原理
• §4.3.4 最佳工艺条件的选择
• §4.4 结论
• 第五章 实验结论与展望
• §5.1 实验结论
• §5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附图