粉煤灰制备硫酸铝的工艺研究

论文摘要

粉煤灰是燃煤电厂的固体废弃物,其排放不仅占用大量的土地,而且对环境造成严重污染,因此,粉煤灰的处理与利用成为一项迫切而且艰巨的任务。一般而言,粉煤灰的主要成分为Al2O3和SiO2。山西某热电厂的粉煤灰Al2O3含量在42%左右,SiO2含量在48%左右,极具综合利用价值。本文首先通过化学方法和物理方法对原料粉煤灰进行了全面的分析和检测,制定了粉煤灰常压酸化焙烧制备硫酸铝的工艺：粉煤灰磁选除铁→酸化焙烧→溶出→过滤→蒸浓→结晶→干燥→硫酸铝产品。剩余残渣可作为生产白炭黑的原料。该工艺实现了硫酸的循环和粉煤灰的综合利用,无废物生成,对环境友好。其次,根据工艺要求对设备进行选型。综合考虑各种类型设备的优缺点和使用条件确定适合本工艺的设备规格和型号。第三,根据所确定的工艺流程进行车间布置,在工厂总图设定的车间场地范围内,对设备进行合理的组合、布置和安装。第四,进行中试。对各工序进行了分析和研究,主要得出以下结论：1、考察了酸化焙烧过程中焙烧温度、焙烧时间、酸灰比(质量比)、粉煤灰粒度对粉煤灰中Al2O3提取率的影响。在单因素实验的基础上进行正交实验,结果分析可知：影响Al2O3提取率的最主要影响因素是焙烧温度,焙烧时间和粉煤灰粒度次之,酸灰比的影响最小。确定最佳的酸化焙烧工艺参数为：温度260℃、时间90min、酸灰比1.2：1、粉煤灰粒度68μm,提取率可稳定在87%左右。2、焙烧后物料加水溶出,确定了溶出工艺条件为：溶出温度85℃,加水量300L/(100kg物料),溶出时间60min。得到的硫酸铝溶液经减压浓缩、冷却结晶后得到Al2(SO4)3·18H2O产品。该产品符合工业硫酸铝的国家化工行业标准：HG/T2225—2001。最后,通过物料衡算和能量衡算,对酸化焙烧法由粉煤灰制备硫酸铝的工艺进行经济效益分析和环境评价。可以得出：该工艺的经济—环境综合效益高,做到了资源的综合利用和化工原料的循环利用,无污染物排放,是一项具有很好社会效益的“绿色”产业,符合工业生产的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 引言
• 1.1 硫酸铝的性质
• 1.2 硫酸铝的用途
• 1.3 硫酸铝的制备方法
• 1.3.1 氢氧化铝法生产硫酸铝
• 1.3.2 铝土矿法生产硫酸铝
• 1.4 粉煤灰简介
• 1.4.1 粉煤灰的产生
• 1.4.2 粉煤灰的组成
• 1.4.2 粉煤灰的性质
• 1.4.3 粉煤灰的应用现状
• 1.5 由粉煤灰制备硫酸铝
• 1.6 本课题的研究背景、内容和意义
• 1.6.1 研究背景和意义
• 1.6.2 研究内容
• 第二章 粉煤灰制备硫酸铝的工艺流程
• 2.1 实验原料分析
• 2.1.1 化学成分
• 2.1.2 粒度分析
• 2.1.3 XRD分析
• 2.1.4 扫描电镜分析
• 2.2 工艺流程确定
• 第三章 设备选择
• 3.1 磁选设备
• 3.1.1 强磁除铁设备
• 3.1.2 干式磁选机磁选原理
• 3.2 焙烧设备
• 3.2.1 焙烧设备选择及规格
• 3.2.2 隧道窑工作原理
• 3.3 溶出设备
• 3.3.1 破碎机
• 3.3.2 溶出釜
• 3.4 过滤设备
• 3.5 蒸浓设备
• 3.6 结晶设备
• 3.7 干燥设备
• 第四章 车间布置
• 4.1 厂房平面布置
• 4.2 车间设备布置设计
• 4.2.1 露天布置与室内布置
• 4.2.2 生产流程化布置
• 第五章 中试试验
• 5.1 粉煤灰制备硫酸铝设备流程
• 5.2 各工序工艺条件
• 5.2.1 粉煤灰磁选除铁结果
• 5.2.2 粉煤灰酸化焙烧
• 5.2.3 硫酸铝溶出
• 5.2.4 硫酸铝浓缩结晶
• 5.2.5 产品干燥
• 第六章 经济效益分析与环境评价
• 6.1 物料衡算
• 6.1.1 酸化焙烧
• 6.1.2 溶出过程
• 6.1.3 溶出渣洗涤过程
• 6.1.4 渣中成分量
• 6.1.5 浓缩结晶
• 6.2 能量衡算
• 6.2.1 酸化焙烧
• 6.2.2 蒸发结晶
• 6.2.3 总能耗计算
• 6.3 经济效益分析
• 6.3.1 粉煤灰处理工程的效益特点
• 6.3.2 粉煤灰制备硫酸铝的经济效益分析
• 6.4 环境评价
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文及成果
• 作者简介