發(fā)布時間：2020-11-10 02:08

　　 粉煤灰作為主要燃煤產(chǎn)物,富含多種重要金屬元素。研究表明,煤及煤的燃燒產(chǎn)物中約含有5000萬噸包括稀土(REE)在內(nèi)的關(guān)鍵元素,相當于近50%的稀土礦資源儲量。因此,研究從粉煤灰中提取稀土對資源循環(huán)利用及稀土戰(zhàn)略安全具有重要意義。本文對提取粉煤灰中稀土的工藝和機理進行研究,主要包括:首先對粉煤灰中稀土元素的賦存狀態(tài)進行了研究。利用數(shù)理統(tǒng)計并通過SPSS分析發(fā)現(xiàn),稀土元素與Al、Si呈正相關(guān),與Fe則呈現(xiàn)負相關(guān)。篩分試驗結(jié)果表明,總稀土含量隨著粒度的減小而增加,+100μm的顆粒中含量最低,為387.03 ppm;-10μm的顆粒中含量最高可達429.67 ppm。逐級化學(xué)提取結(jié)果表明,粉煤灰中稀土元素的主要載體為硅酸鹽和鋁硅酸鹽型礦物,占比高達77.90%,其次為含硫化合物型礦物,占比僅為11.98%。稀土的其它存在形式約占總稀土的10.12%。結(jié)合前面相關(guān)性分析可以得出結(jié)論:粉煤灰中的大多數(shù)稀土都與硅酸鹽或鋁硅酸鹽結(jié)合在一起。通過不同堿熔劑作用分析和動力學(xué)分析對堿熔過程的機理進行研究,并考察各因素對浸出效果的影響。通過熱重分析觀察反應(yīng)發(fā)生的溫度范圍,并對產(chǎn)物進行XRD分析,研究發(fā)現(xiàn)Na_2CO_3、Na_2O_2、NaOH、KOH可破壞粉煤灰結(jié)構(gòu),使其轉(zhuǎn)化為可溶性鋁硅酸鹽及其它硅酸鹽礦物,從而提高稀土浸出率,尤以KOH最佳,Y、La、Ce、Pr、Nd的浸出率可分別達到85.47%,64.70%,77.22%,74.19%,69.38%。而NaCl、Ca(OH)_2不能破壞粉煤灰結(jié)構(gòu),對稀土的浸出作用不大。以Na_2CO_3為堿熔劑,通過條件實驗,優(yōu)化后的堿熔試驗條件為:堿熔溫度860℃,堿熔時間30 min,Na_2CO_3與粉煤灰的質(zhì)量比1:1,Y、La、Ce、Pr、Nd的浸出率可分別達85.17%、47.21%、53.41%、53.24%、58.38%。采用Kissinger方法擬合的線性相關(guān)性(R~2)可達0.948,堿熔活化能E為895.52 kJ.mol~(-1),指前因子A為3.47×10~(41)min~(-1),反應(yīng)速率常數(shù)K為1.68 min~(-1)。電位-pH圖表明,在酸浸體系中,Y~(3+)、Ce~(3+)在H~+濃度較高的溶液中熱力學(xué)區(qū)能穩(wěn)定存在,而Ce~(4+)則不能穩(wěn)定存在。通過條件實驗與正交試驗優(yōu)化后的試驗條件為:攪拌強度為400 r.min~(-1),鹽酸濃度為3 mol.L~(-1),固液比為1:20 g.mL~(-1),總稀土元素的浸出率達到72.78%。采用收縮核模型對浸出過程中的動力學(xué)進行研究,結(jié)果表明用1-(1-α)1/3=k_1t方程與動力學(xué)數(shù)據(jù)擬合的結(jié)果中R~2值較高,相關(guān)性系數(shù)均在0.975以上,這說明稀土的浸出動力學(xué)模型符合收縮核模型。
【學(xué)位單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TF845
【部分圖文】：

驗樣品、設(shè)備、藥劑及分析測試方法amples, Equipment, Agents and Analysis Methoesearch試驗樣品 (Samples of Research)論文使用粉煤灰樣品來自貴州盤北燃煤電廠，其 XRD 圖譜如圖 3.1 所示RD 分析結(jié)果可知粉煤灰的主要物相組成為石英（SiO2），莫來l2O3.2SiO2）、赤鐵礦（Fe2O3）、鈣鋁石（Ca12Al11O33）等礦物。原樣學(xué)成分（以氧化物計）經(jīng) XRF 分析結(jié)果如表 3-1 所示，含量最高的的Si 和 Al，分別占了 52.97%和 25.39%。粉煤灰中各稀土元素含量如表 3總稀土含量達 494.76 ppm，其中 Y、 La、 Ce、 Pr 和 Nd 的占了總稀 86.84%。

碩士學(xué)位論文表 3-2 粉煤灰中各稀土元素含量（ppm）Table 3-2 rare earth elements content of fly ash (ppm)元素 Y La Ce Pr Nd Sm Eu Gd含量(ppm) 57.42 81.97 184.04 20.90 85.30 16.34 3.58 14.4元素 Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu含量(ppm) 2.08 12.46 2.35 6.49 0.91 5.68 0.81此外，使用掃描電鏡觀察粉煤灰的微觀形貌，放大 5000 倍后的形貌如圖 3-2示。粉煤灰呈較為規(guī)則的球形顆粒，表面相對光滑致密，一般以球形顆粒、玻質(zhì)顆粒為主，無明顯的孔洞。這是由于煤在燃燒過程中，煤灰會發(fā)生集聚并在溫下熔融，此外受氣流及外部壓力的影響使得粉煤灰最終形成球形微珠狀形貌06]。

圖 4-1 粉煤灰中稀土含量與主要元素含量示意圖Diagram of relationship between rare earth content and mainfly ash表 4-1 稀土與主要元素相關(guān)性分析of person correlation analysis between rare earth elements anKSiKAl0.890 0.594 中稀土元素在不同粒度級中的分布（lements in Fly Ash in Different Size Fract準 GB/T477-2008 進行的篩分試驗被用于本節(jié)的分布。選擇所需篩目尺寸（140、200、325 和篩的組合以依次濕潤篩選。 -25μm 的粉煤灰顆，選擇基于 Stokes 公式（4-1）的沉降法將-25μm 的v =ht=(ρs ρf)gd218μ
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本文編號：2877304