高铝粉煤灰是近年来在我国内蒙古中西部地区发现的一种粉煤灰新类型，其Al<,2>O<,3>含量高达50％左右，相当于我国中级品位铝土矿中氧化铝的含量。根据高铝粉煤灰的资源特性结合市场需求，确定了对高铝粉煤灰中Al<,2>O<,3>、SiO<,2>以及Ga<,2>O<,3>等有用资源逐级提取，最后将剩余产物生产建材的资源化利用方案。本文运用地质学的研究方法，研究高铝粉煤灰的形成和特性及其后续提取氧化铝过程中的物质演化规律和内在机理，旨在为高铝粉煤灰资源化利用技术路线的制定奠定基础。 利用光学和电子显微镜、X-射线衍射、化学分析、ICP—MS分析、<'29>Si魔角旋转... 高铝粉煤灰是近年来在我国内蒙古中西部地区发现的一种粉煤灰新类型，其Al<,2>O<,3>含量高达50％左右，相当于我国中级品位铝土矿中氧化铝的含量。根据高铝粉煤灰的资源特性结合市场需求，确定了对高铝粉煤灰中Al<,2>O<,3>、SiO<,2>以及Ga<,2>O<,3>等有用资源逐级提取，最后将剩余产物生产建材的资源化利用方案。本文运用地质学的研究方法，研究高铝粉煤灰的形成和特性及其后续提取氧化铝过程中的物质演化规律和内在机理，旨在为高铝粉煤灰资源化利用技术路线的制定奠定基础。 利用光学和电子显微镜、X-射线衍射、化学分析、ICP—MS分析、<'29>Si魔角旋转核磁共振、TGA-DTA分析等手段，综合运用地球化学、矿物学、煤田地质学、煤燃烧学、物理化学以及冶金化工等多个学科的理论知识，从分析高铝粉煤灰的物质来源和成因入手，对产生高铝粉煤灰的燃煤煤种-内蒙古准格尔煤田晚古生代烟煤进行无机地球化学特征研究，发现高铝粉煤灰来源于煤中赋存的细分散状勃姆石和高岭石矿物，而这些矿物的形成由当时特殊的地质和地球化学条件所决定；对高铝粉煤灰的显微结构、物相组成、化学组成以及部分主微量元素在不同物相或物相组合中的分布规律的研究表明，高铝粉煤灰中不仅富含氧化铝，而且富集微晶莫来石及非晶SiO<,2>和稀有分散元素Ga等有益组分，是一种十分宝贵的再生矿产资源：根据这些特性确定了高铝粉煤灰逐级提取氧化铝等有用资源的总体技术路线如下：先用高浓度NaOH对高铝粉煤灰进行低温脱硅以进一步提高粉煤灰的Al/Si比，脱硅液用于制备白炭黑，然后再用碱石灰烧结法从脱硅粉煤灰中提取氧化铝。通过系列正交实验，获得了高铝粉煤灰预脱硅和提取氧化铝等关键工艺的物理化学条件和参数，结果表明： 1)粉煤灰的最佳脱硅条件为：NaOH的浓度为25％，灰碱质量比为1：0.5，反应温度95℃，反应时间4小时。经最佳条件反应之后，SiO<,2>提取率达41.8％。经该条件处理后高铝粉煤灰中Al<,2>O<,3>的含量由48.5％增加到了57.38％，Al/Si质量比由原来的1.28提高到了2.39。2)脱硅高铝粉煤灰的最佳焙烧条件为：钙比为2∶1，钠比0.95∶1，焙烧温度1150℃，保温时间60分钟。熟料中铝酸钠的最佳水溶出条件为：温度70℃、溶出时间10分钟。在上述条件下，在实验室制备出了成分指标达到或者超过了行业标准的白炭黑和氧化铝，其中Al<,2>O<,3>的提取率超过90％；对粉煤灰玻璃相与NaOH之间的灰一碱反应动力学以及脱硅粉煤灰一碳酸钠一碳酸钙体系的焙烧机理和反应热力学进行了探讨研究；最后，以整个工艺过程中的主要物质演化为主线，分析了高铝粉煤灰中的Ga及U、Th、Pb、Cr等有毒有害元素在该主线中的迁移规律，为Ga<,2>O<,3>与Al<,2>O<,3>、SiO<,2>的逐级提取及这些有毒有害元素在生产过程中对人或环境的潜在危害进行防治提供了科学依据。
目录概览 从高铝粉煤灰中提取氧化铝等有用资源的研究 目次
封面
文摘
英文文摘
声明
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第一章绪论
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第一节研究背景与意义
一国内外粉煤灰的大量产生、堆积及其对环境的污染
二铝资源需求的迅猛增长及优质铝土矿的供应危机
三高铝粉煤灰作为氧化铝提取对象的可能性
四研究现状
五选题意义
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第二节研究内容与工作量
一研究思路、方法与手段
二研究内容与主攻方向
三工作流程与工作量
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第三节创新点及所取得的主要成果
一创新点
二主要成果
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第二章高铝粉煤灰的成因及其物理化学特性
引言
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第一节准格尔煤的无机地球化学特征研究
一准格尔煤田的地质背景
二准格尔煤中矿物赋存特征
三准格尔煤富集高铝矿物的地质成因探讨
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第二节高铝粉煤灰的形成机理
一煤中常见矿物在煤燃烧过程中的演化行为
二该类高铝粉煤灰的形成机理分析
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第三节高铝粉煤灰的物理化学特性
一显微形态
二化学成分
三物相组成
四小结
+
第四节部分主微量元素在高铝粉煤灰中的分布规律
一研究方法
二实验过程
三结果及讨论
四讨论
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第三章提取高铝粉煤灰氧化硅和氧化铝的实验研究
第一节总体技术路线的制定
+
第二节从高铝粉煤灰中提取非晶态SiO2(预脱硅)的实验研究
引言
一实验
二结果及讨论
三所制白炭黑的物理化学性能
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第三节利用脱硅高铝粉煤灰制备铝酸钠溶液的实验研究
引言
一研究思路与方法
二主要仪器及设备
三实验步骤
四结果及讨论
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第四节由NaAlO2溶液制备冶金级Al2O3的实验研究
一工业上由NaAlO2粗液制备冶金级Al2O3的工艺简介
二实验室制备氧化铝的主要步骤及结果
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第五节工艺技术可行性及效益初步分析
一可行性分析
二效益初步分析
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第四章提取高铝粉煤灰中SiO2与Al2O3的机理研究
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第一节高铝粉煤灰预脱硅过程中的相关机理分析
一细磨对于高铝粉煤灰脱硅反应的促进作用
二NaOH浓度对SiO2提取率影响的内在机理分析
三SiO2提取率随时间变化规律的机理分析
四NaOH与高铝粉煤灰的反应动力学研究
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第二节脱硅高铝粉煤灰的焙烧机理研究
一碱金属、碱土金属元素氧化物与高铝粉煤灰的作用机理分析
二NCA体系焙烧过程中主要化学反应的确定及其热力学分析
三NCA生料体系的TGA-DTA分析
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第五章高铝粉煤灰资源化利用过程中物质的演化规律
引言
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第一节物相演化
一高铝粉煤灰→脱硅高铝粉煤灰
二脱硅高铝粉煤灰→焙烧熟料
三焙烧熟料→硅钙渣
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第二节部分主微量元素的迁移规律
一部分主量元素的迁移规律
二部分微量元素的迁移规律
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第五章结语
一主要结论
二存在的问题与今后工作的建议
参考文献
附图
致谢
