利用钢铁厂脱硫灰渣研制废水净化材料

论文摘要

以钢铁厂半干法产生的脱硫渣为主要研究对象，探讨其基础理化性能，并以其作为主要原料研制可回收再利用的废水除磷、除铅净化材料，并进一步探讨各种环境因素和处理条件对这种材料净化效果的影响，确定最佳使用条件，并对净化机理进行了探讨。用磷酸二氢钾溶液模拟不同浓度的含磷废水，采用磷钼蓝分光光度法测定废水中磷的含量；用硝酸铅溶液模拟不同浓度的含铅废水，采用的原子吸收光谱（火焰）测定溶液中铅的浓度。用XRD和SEM及X射线荧光分析表征样品除磷/铅前后微观结构的变化，为脱硫渣除磷除铅机理探讨提供依据并为制备低成本、高效耐用的污水净化材料提供理论指导。研究表明，脱硫渣粒度细，粒径分布在3.53μm到11.94μm，平均粒径为7.355μm，比表面积约1.30m2/g；主要化学成分为Ca（OH）2，CaCO3，CaSO4和CaSO3。脱硫渣粉体的除磷效果优越，单位质量的脱硫渣的除磷量为0.099g。脱硫渣粉体的除磷效率受环境温度影响很小；随pH的增大而提高；属于化学除磷，反应时间短暂，产物的沉淀时间决定了磷的去除效率。XRD结果表明，脱硫渣粉体除磷后产物主要是CaHPO4.（H2O）2。以脱硫渣为主要原料制备的可回收型体除磷材料的最佳配方确定为：脱硫渣84%，水泥16%（质量分数），养护后试样的抗折强度为12.15MPa，气孔率为20.5%，除磷48hrs的净化率可达到100%。与含磷废水接触，磷的吸附主要发生在材料的表面，磷会在材料表面的球状基体和水泥水化物上富集，形成针片状含磷化合物并不断的向外生长，能谱分析表明此种含磷化合物主要元素成分为Ca、O和P。延长除磷时间有利于提高除磷效率；中性或弱酸弱碱性的环境有利于提高试样的除磷效果；含磷废水的初始浓度越高，试样的除磷速率也越快；温度对试样的除磷效率有非常明显的促进作用；该试样可以不经过养护而直接进行除磷处理。以脱硫渣为主要原料制备的可回收型体除铅材料的最佳配方确定为：脱硫渣81%，水泥19%（质量分数），试样的抗折强度为15.68MPa；96hrs时除铅效率达到99.66%。pH接近中性时，除铅效果最好；除铅效率随温度升高而降低。微观结构分析表明：由于水泥的存在，试样中会产生大量的水泥水化物，这些水化物交织成针状、网状。Pb2+只会吸附在试样表面的水化物上，以水泥水化物为载体，产生块状含铅量高的化合物，而达到去除Pb2+的目的。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 钢铁厂脱硫灰渣概述
• 1.1.1 脱硫灰渣现状
• 1.1.2 烧结炉尾气特征
• 1.1.3 脱硫技术及灰渣的特性
• 1.1.3.1 湿法脱硫技术及其产物特性
• 1.1.3.2 干法脱硫技术及其产物特性
• 1.1.3.3 半干法脱硫技术及其产物特性
• 1.1.4 干法脱硫灰的应用
• 1.2 污水除磷现状
• 1.2.1 化学法
• 1.2.2 生物法
• 1.2.3 吸附法
• 1.3 废水除铅现状
• 1.3.1 化学法
• 1.3.2 离子交换法
• 1.3.3 液膜法
• 1.3.4 电解法
• 1.3.5 吸附法
• 1.4 本课题的研究意义及创新点
• 1.4.1 研究背景及意义
• 1.4.2 主要研究内容及创新点
• 第2章 实验方案
• 2.1 试样的制备
• 2.1.1 原料的选择及预处理
• 2.1.2 配料及成型
• 2.1.3 养护
• 2.2 性能测试
• 2.2.1 吸水率
• 2.2.2 体积密度
• 2.2.3 抗折强度
• 2.3 废水净化试验
• 2.3.1 除磷试验
• 2.3.1.1 方法和原理
• 2.3.1.2 需要配置的溶液
• 2.3.1.3 除磷标准曲线的测定
• 2.3.1.4 样品除磷量的测定
• 2.3.2 除铅试验
• 2.4 仪器与设备
• 2.5 结构及性能表征
• 2.5.1 X 射线衍射分析
• 2.5.2 扫描电镜分析（SEM）
• 2.5.3 能谱分析（EDS）
• 2.6 其他影响因素的探讨
• 2.6.1 处理时间对处理效果的影响
• 2.6.2 不同添加剂对脱硫渣废水处理的影响
• 2.6.3 初始浓度对试样废水净化效果的影响
• 2.6.4 pH 对于脱硫渣废水净化的影响
• 2.6.5 温度对于脱硫渣废水净化的影响
• 第3章 脱硫渣粉体理化性能的表征
• 3.1 脱硫渣粉体的理化性质
• 3.1.1 粒度分布
• 3.1.2 化学组成
• 3.2 脱硫渣粉体的除磷性能研究
• 3.2.1 脱硫渣用量的确定
• 3.2.2 环境温度的影响
• 3.2.3 溶液 pH 的影响
• 3.2.4 处理时间的影响
• 3.2.5 原料热处理的影响
• 3.2.6 xrd 分析
• 3.3 本章结论
• 第4章 可回收除磷型体材料的研制
• 4.1 不同成型结合剂型体样品的研制及除磷功效表征
• 4.1.1 水泥/脱硫渣除磷材料的研制及除磷效果表征
• 4.1.2 钢渣/脱硫渣除磷材料的研制及除磷效果表征
• 4.1.3 硅藻土/脱硫渣的除磷材料的研制及除磷效果表征
• 4.1.4 最佳结合剂的选择
• 4.2 水泥/脱硫渣材料的除磷实验
• 4.2.1 试样除磷前的扫描分析
• 4.2.2 试样除磷后的扫描分析
• 4.3 水泥/脱硫渣免烧试样除磷影响因素
• 4.3.1 除磷时间的影响
• 4.3.2 pH 的影响
• 4.3.3 初始浓度的影响
• 4.3.4 环境温度的影响
• 4.3.5 养护时间的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 可回收除铅型体材料的研制
• 5.1 实验方法
• 5.1.1 各种添加剂对试样除铅性能的影响
• 5.1.2 试验步骤
• 5.1.3 除铅效率计算
• 5.1.4 影响因素分析
• 5.2 废水除铅型体材料配方的确定
• 5.2.1 不同结合剂对可回收型体材料的除铅效果影响
• 5.2.1.1 水泥/脱硫渣除磷材料的研制及除铅效果表征
• 5.2.1.2 脱硫渣/钢渣的除铅效果
• 5.2.1.3 最佳添加剂
• 5.2.1.4 最佳配方
• 5.3 水泥/脱硫渣除铅材料的影响因素
• 5.3.1 初始浓度的影响
• 5.3.2 pH 的影响
• 5.3.3 温度的影响
• 5.4 试验结果分析与讨论
• 5.4.1 试样表面的扫描分析
• 5.4.2 试样断面扫描分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 攻读硕士学位论文期间发表论文