亚熔盐法粉煤灰提铝清洁工艺硫行为研究
粉煤灰是我国排放量最大的单一固体废弃物，其堆存造成了严重的环境和社会问题。我国西北地区发现的高铝粉煤灰，储量丰富，是一种优良的非传统提铝资源。中国科学院过程工程研究所成功开发了亚熔盐法粉煤灰提铝新技术，实现了高铝粉煤灰中Al2O3的高效清洁提取。但是，其中硫杂质对新工艺的影响及其控制方法尚不明晰。因此，本文以亚熔盐法粉煤灰提铝工艺中杂质硫为研究对象，开展了新工艺中硫行为的应用基础研究，重点研究了粉煤灰中硫的赋存形态、亚熔盐工艺系统中硫酸钠的出口、Na2SO4在NaOH溶液和铝酸钠溶液中的相平衡，以及硫酸钠在铝酸钠溶液中的结晶动力学规律。论文取得的主要创新性进展如下:
(1)查明了亚熔盐法粉煤灰提铝工艺原料粉煤灰中硫的赋存形态。研究结果表明，炉前煤经循环流化床锅炉燃烧后变为粉煤灰，其中含硫矿物转化为硫酸钙和钙矾石，这与铝土矿中硫的赋存形态显著不同，最终粉煤灰中的硫进入亚熔盐工艺中转化为硫酸钠;
(2)根据硫酸钠在亚熔盐工艺中杂质硫的物质流分析，确定了硫酸钠在亚熔盐工艺系统的出口为即脱铝渣洗液蒸发器排盐和铝酸钠溶液脱硅渣;
(3)测定了80℃ Na2SO4-NaOH-H2O三元体系相图以及Na2SO4在苛性比为12和15的铝酸钠溶液中的溶解度曲线，为硫酸钠的脱除提供了理论依据基础。相图研究结果表明，Na2SO4在碱溶液中的溶解度随NaOH浓度增大单调减小，当NaOH浓度达到33％时，其中Na2SO4的溶解度降低到1％;在NaOH浓度低于72.97％时所对应的平衡固相是Na2SO4（无水硫酸钠），NaOH浓度高于75.80％时对应的平衡固相是NaOH。80℃时Na2SO4在苛性比为12和15的铝酸钠溶液中的溶解度数据表明，Na2SO4在两个体系中的溶解度曲线变化趋势与氢氧化钠体系趋势相同;氧化铝的加入对Na2SO4在NaOH溶液中的溶解度没有明显影响;
(4)通过对硫酸钠在铝酸钠溶液中结晶动力学的研究，发现硫酸钠在铝酸钠溶液中不存在明显的过饱和性，建立了亚熔盐体系中硫酸钠的脱除方法。通过铝酸钠溶液蒸发结晶实现硫酸钠的脱除。同时，研究了主要杂质二氧化硅和碳酸钠对硫酸钠在铝酸钠中结晶规律的影响。
粉煤灰;亚熔盐法;氧化铝;硫酸钠;蒸发结晶;清洁工艺
北京化工大学
博士
化学工程与技术
郭奋
2013
中文
X705;X383
100
2013-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）