石煤提钒尾渣制备轻质多孔陶粒研究

作     者：李雪莲 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王丽

授予年度：2023年

学科分类：080706[工学-化工过程机械] 083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：石煤提钒尾渣 轻质陶粒 造孔剂 赤泥 综合利用 

摘      要：石煤提钒尾渣是石煤提钒过程中排出的固体废渣,其年排放量大且综合利用率低。传统的尾渣处置方式为露天堆存或就地掩埋,占用土地资源且存在较大的环境安全隐患,亟待开发一种环保、高效的石煤提钒尾渣资源化处置工艺。石煤提钒尾渣和陶粒原料的化学组成相似,具有制备轻质多孔陶粒的潜能。针对成气组分少、原料配比不佳等问题,本文以湖南某地区的石煤提钒尾渣为研究对象,以长石作为含铝辅料并遴选了造孔剂的种类,通过调整原料配比、焙烧制度等参数制备轻质多孔石煤渣基陶粒,此外还制备得到了石煤渣-赤泥陶粒,以废治废,实现了石煤提钒尾渣和赤泥的清洁综合利用。本文所得结论如下:(1)原料配比正交试验及焙烧试验结果表明:最佳造孔剂为FeO,最佳原料配方为石煤提钒尾渣:长石:FeO=65%:29%:6%,最佳预热温度和保温时间为400℃和30 min,最佳升温速率20℃/min、最佳焙烧温度、焙烧时间和升温速率分别为1170℃、25min、10℃/min。在最佳条件下,石煤渣陶粒的堆积密度、抗压强度和吸水率分别为690.7 kg/m、5.59 MPa和2.887%,符合国家标准(GB/T 17431.1-2010)中700级陶粒的要求。(2)采用赤泥代替造孔剂FeO成功制备出石煤渣-赤泥陶粒,最优原料配方为石煤提钒尾渣:长石:赤泥=65%:20%:15%,在最佳焙烧温度、焙烧时间和焙烧温度分别为1180℃、20 min和7.5℃/min的条件下,石煤渣-赤泥陶粒的堆积密度、抗压强度和吸水率分别为594.3 kg/m、7.329 MPa和4.96%,符合国家标准(GB/T17431.1-2010)中600级陶粒的要求。重金属浸出浓度远远低于国家标准(GB 5085.3-2007)中的规定值,这表明重金属在陶粒内部被很好地稳定,在陶粒的应用过程中不会造成二次污染。(3)热重曲线、热力学计算及物相分析结果表明:FeO作为造孔剂参与反应时,反应的ΔG均为负值(T600℃),随着温度升高,FeO的分解ΔG值变得越负,表明FeO的成气反应在高温时更容易发生,能够为胚体膨胀阶段提供足够的气体。温度超过1000℃时,胚体内部的铝硅酸盐矿物开始熔融生成液相,液相的存在可以降低陶粒的烧结温度,提高反应速率;在液相的作用下,石英相的熔融程度加剧,少量石英转化生成新的方石英相,提高了颗粒强度。图51幅,表21个,参考文献150篇