连续升温条件下高硫煤还原磷石膏产物特性研究

论文摘要

磷石膏在我国已被定性为危险固体废物,其危害严重影响了环境的持续发展。用磷石膏生产硫酸联产水泥是大量消耗磷石膏的途径之一。同时又能节约经济成本,造福环境。以往的生产工艺主要是用焦炭还原磷石膏,而且产生的SO2尾气浓度较低。用高硫煤还原分解磷石膏可利用煤中S含量较高的特点,提高烟气中SO2的浓度。本文实验中采用连续升温的加热方式,对不同反应温度、C/S03比、高硫煤粒径、高硫煤种条件下,高硫煤还原分解磷石膏的气体产物SO2的浓度、磷石膏的分解率、脱硫率,以及固体产物品质及变化规律进行研究。并结合热重-差热分析（TG-DTA）、X射线衍射（XRD）物相分析和SEM扫描电镜分析手段,对高硫煤还原磷石膏的反应机理进行初步研究。主要研究成果如下：（1）利用同步热重-差热分析（TG-DTA）技术,对高硫煤还原分解磷石膏在不同条件下的热失重、热效应、热稳定性进行分析研究。实验结果表明：不同条件下的热分析曲线都有两个失重阶段。磷石膏DTA曲线在1100℃处出现吸热峰,说明此时的磷石膏已开始发生熔化与分解反应。在1230-1300℃失重率达到24.541%,为强烈分解的放热反应阶段。加入高硫煤作还原剂的磷石膏热重分析曲线,在1018-1101.5℃失重率为29.758%,吸热峰温度为1060.64℃,说明用高硫煤作为还原剂,能降低磷石膏的分解温度。对不同高硫煤粒径条件下的热分析曲线进行比较,发现高硫煤粒径较小时,吸热温度区间缩短,出现吸热峰的温度降低,但失重率差别不大。在一定升温速率范围内,失重率随升温速率的增大而增大,反应的起始温度和终止温度也相应地向高温方向移动。（2）高硫煤还原分解磷石膏气体产物品质研究对不同反应温度、C/S03比、高硫煤粒径、高硫煤种条件下所得的S02浓度、磷石膏的分解率及脱硫率进行研究。实验结果表明：用高硫煤还原磷石膏可以提高S02浓度。在700-800℃和1000-1100℃,SO2浓度出现了两个峰值。当反应温度小于800℃时,较强的还原气氛有利于SO2的生成；当反应温度大于800℃时,较弱的还原气氛有利于S02的生成。在700-800℃时,高硫煤粒径对S02浓度的影响作用最显著,S02浓度最大相差15%左右。SO2浓度随着粒径的逐渐减小,呈先减小后增大的趋势。不同高硫煤种作还原剂时产生的SO2浓度变化趋势基本一致,但出现高浓度和低浓度SO2的温度范围有所不同。磷石膏的分解率、脱硫率都是随反应温度升高先缓慢后加速增长。反应气氛对分解率的影响较明显,而对脱硫率的影响不大。高硫煤粒径对分解率、脱硫率的影响变化规律不是很明显。（3）对高硫煤还原分解磷石膏所得固体产物中的CaO、总F、总P含量进行测定,作为衡量是否达到水泥原料标准的主要指标。实验结果表明：CaO含量随温度的不断升高而缓慢增大。而反应温度较低时,总F、总P含量也相对较小。不同C/S03比条件下所得的CaO含量,基本达到了水泥原料的标准。在各种反应条件下所得的总F含量,均能满足制水泥熟料的要求。强还原气氛中,不同高硫煤种对总F、总P含量的变化无显著影响。不同高硫煤粒径条件下的CaO含量随分解率、脱硫率的相互影响而变化。高硫煤粒径较大时,总F、总P含量较小。（4）采用X射线衍射（XRD）物相分析、SEM扫描电镜分析手段,结合前述实验分析结果,对高硫煤还原分解磷石膏的固体产物进行表征和分析。结果发现,1100℃时固体产物中已有C3A存在。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 磷石膏的性质
• 1.2 磷石膏的危害及堆存现状
• 1.3 杂质对磷石膏应用品质的影响
• 1.3.1 磷对磷石膏应用品质的影响
• 1.3.2 氟对磷石膏应用品质的影响
• 1.3.3 有机物对磷石膏应用品质的影响
• 1.3.4 其他杂质对磷石膏应用品质的影响
• 1.4 磷石膏的预处理
• 1.4.1 水洗法
• 1.4.2 石灰中和法
• 1.4.3 柠檬酸处理法
• 1.4.4 闪烧法
• 1.4.5 浮选法
• 1.4.6 球磨法
• 1.5 磷石膏的脱水
• 1.6 磷石膏的应用及研究进展
• 1.6.1 磷石膏晶须
• 1.6.2 石膏建筑材料
• 1.6.3 化肥制品
• 1.6.4 提取稀土
• 1.6.5 硫酸联产水泥
• 1.7 磷石膏制硫酸联产水泥的研究现状
• 1.7.1 磷石膏制硫酸联产水泥的国外研究现状
• 1.7.2 磷石膏制硫酸联产水泥的国内研究现状
• 1.8 磷石膏制硫酸联产水泥的原料及工艺指标
• 1.8.1 生产原料要求
• 1.8.2 生产工艺指标
• 1.9 磷石膏制硫酸联产水泥存在的问题
• 第二章 研究的目的意义及内容
• 2.1 研究的目的及意义
• 2.2 研究的主要内容
• 2.3 研究的创新点
• 第三章 磷石膏分解热分析研究
• 3.1 热分析研究的基本理论
• 3.1.1 热重分析的基本原理及应用
• 3.1.2 差热分析法的基本原理及应用
• 3.1.3 同步热分析
• 3.2 实验仪器
• 3.3 实验条件
• 3.4 热分析实验
• 3.4.1 磷石膏热分析实验
• 3.4.2 高硫煤还原磷石膏热分析实验
• 3.4.3 不同高硫煤粒径条件下的热分析实验
• 3.4.4 不同升温速率条件下的热分析实验
• 3.5 本章小结
• 第四章 连续升温条件下磷石膏分解气体产物特性研究
• 4.1 研究的目的
• 4.2 实验设计及分析方法
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 实验仪器
• 4.2.3 实验流程
• 4.2.4 实验分析方法及计算
• 2浓度研究'>4.3 磷石膏煅烧后的SO₂浓度研究
• 2影响因素的研究'>4.4 反应温度对SO₂影响因素的研究
• 2浓度的影响'>4.4.1 反应温度对SO₂浓度的影响
• 4.4.2 反应温度对分解率的影响
• 4.4.3 反应温度对脱硫率的影响
• 2影响因素的研究'>4.5 反应气氛对SO₂影响因素的研究
• 2浓度的影响'>4.5.1 反应气氛对SO₂浓度的影响
• 4.5.2 反应气氛对分解率的影响
• 4.5.3 反应气氛对脱硫率的影响
• 2影响因素的研究'>4.6 高硫煤粒径对SO₂影响因素的研究
• 2浓度的影响'>4.6.1 高硫煤粒径对SO₂浓度的影响
• 4.6.2 高硫煤粒径对分解率的影响
• 4.6.3 高硫煤粒径对脱硫率的影响
• 2影响因素的研究'>4.7 高硫煤种对SO₂影响因素的研究
• 2浓度的影响'>4.7.1 高硫煤种对SO₂浓度的影响
• 4.7.2 高硫煤种对分解率的影响
• 4.7.2.1 反应温度对分解率的影响
• 4.7.2.2 反应气氛对分解率的影响
• 4.7.3 高硫煤煤种对脱硫率的影响
• 4.7.3.1 反应温度对脱硫率的影响
• 4.7.3.2 反应气氛对脱硫率的影响
• 4.8 本章小结
• 第五章 连续升温条件下磷石膏分解固体产物特性研究
• 5.1 研究的目的
• 5.2 实验方法
• 5.2.1 实验仪器
• 5.2.2 实验分析方法及计算
• 5.3 反应温度对固体产物品质的影响
• 5.3.1 反应温度对CaO含量的影响
• 5.3.2 反应温度对总F含量的影响
• 5.3.3 反应温度对总P含量的影响
• 5.4 反应气氛对固体产物品质的影响
• 5.4.1 反应气氛对CaO含量的影响
• 5.4.2 反应气氛对总F含量的影响
• 5.4.3 反应气氛对总P含量的影响
• 5.5 高硫煤粒径对固体产物品质的影响
• 5.5.1 高硫煤粒径对CaO含量的影响
• 5.5.2 高硫煤粒径对总F含量的影响
• 5.5.3 高硫煤粒径对总P含量的影响
• 5.6 高硫煤种对固体产物品质的影响
• 5.6.1 高硫煤种对CaO含量的影响
• 5.6.1.1 反应温度对CaO含量的影响
• 5.6.1.2 反应气氛对CaO含量的影响
• 5.6.2 高硫煤种对总F含量的影响
• 5.6.2.1 反应温度对总F含量的影响
• 5.6.2.2 反应气氛对总F含量的影响
• 5.6.3 高硫煤种对总P含量的影响
• 5.6.3.1 反应温度对总P含量的影响
• 5.6.3.2 反应气氛对总P含量的影响
• 5.7 本章小结
• 第六章 高硫煤还原分解磷石膏表征研究
• 6.1 X射线衍射（XRD）物相分析
• 6.1.1 XRD物相分析概述
• 6.1.2 实验仪器及条件
• 6.1.3 XRD物相分析
• 6.2 SEM扫描电镜分析
• 6.2.1 SEM扫描电镜分析概述
• 6.2.2 实验仪器及条件
• 6.2.3 SEM扫描电镜分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论及建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士期间发表的论文
• 附录B 攻读硕士期间申请的有关专利