PDF《博士学位论文公示材料》

―1― 博士学位论文公示材料 学生姓名 袁帅 学号

1510466 二级学科 矿物加工工程 导师姓名 韩跃新 论文题目 煤矸石悬浮煅烧活化制备煅烧高岭土基础研究 论文研究方向 煤矸石的资源化利用 论文关键词 煤矸石;

悬浮煅烧;

动力学;

物相转变;

微观形貌 论文摘要(中文) 煤矸石是煤炭开采过程中混入的岩石和选煤过程中洗排出来的废石,煤矸石已成为我国主要的工 业废弃物之一,其大量堆存带来了一系列严重的社会、经济和环境问题.

同时煤矸石中含有丰富的铝 资源和大量可利用的高岭土等矿物组分,是一种具有可利用价值的固废资源,由于煤矸石本身活性低, 其利用效率并不高.煅烧活化是煤矸石活性激发的一种重要技术手段,流态化悬浮煅烧技术可为煤矸 石的热活化和制备煅烧高岭土产品开辟新途径,目前相关研究仅限于冷态模拟和煅烧工艺条件优化, 缺乏深入系统的基础理论研究,尤其对悬浮煅烧过程的反应热力学,动力学,产品物化性能调控,产 品矿物物相转变,晶体结构变化,孔结构特征及微观形貌转变等方面的关键科学问题研究相对较少. 基于上述问题,本文以山西朔州典型煤矸石为研究对象,采用 X 射线衍射(XRD) 、红外光谱分析 (FTIR) 、综合热分析(TG-DSC) 、激光粒度分析(PSD) 、比表面积及孔结构分析(BET) 、扫描电镜 (SEM) 、X 射线光电子能谱(XPS)及核磁共振(NMR)等检测技术,通过理论分析、试验研究和机 理表征相结合的方法,系统开展了煤矸石悬浮煅烧的基础研究工作,并取得了一些具有科学意义和应 用价值的研究成果. 煤矸石的工艺矿物学性质分析结果表明,煤矸石样品的主要组成为 Al2O3 和SiO2,其质量分数分 别为 37.85%和47.38%, Fe2O3 和TiO2 总量小于 0.7%,C 总量为 1.68%,烧失量为 14.78%;

该煤矸石 样品中主要结晶矿物为高岭石和石英,属于典型高岭石质煤矸石.利用 HSC Chemistry 6.0 热力学软件 和DSC 差热测试技术,对煤矸石煅烧过程的反应热力学进行了系统的计算与分析,研究结果表明,高 岭石热分解反应在标准体系下温度高于

947 K 时,可自发进行;

反应焓变计算和差热分析结果表明高 岭石热分解反应为吸热反应,碳质燃烧反应、黄铁矿氧化反应和偏高岭石重结晶反应均为放热反应. 在反应热力学分析基础上,采用悬浮煅烧炉开展了悬浮煅烧因素及杂质组分对煅烧产品物化性能 的影响规律研究,产品的化学需氧量(COD 值)可以表征煅烧产品的碳质残留量,产品铝浸出率可用 于表征化学反应活性,白度值是煅烧高岭土的重要应用指标.研究结果表明,悬浮煅烧温度及煅烧时 间与产品白度值呈正相关性,与化学需氧量 COD 值呈负相关性,煅烧温度提高和煅烧时间延长有利于 提高白度值和降低 COD 值.煅烧产品活性铝浸出率在 600~900° C 煅烧温度范围内煅烧产品活性较高, 在1000° C 后煅烧产品失活.氧化气氛和空气气体流量的提高有利于白度值提高、COD 值降低和活性 提高.相同煅烧温度及时间条件下,悬浮煅烧产品相比静态煅烧产品性质均一,且产品白度值和 COD 值更低,产品活性更高.煅烧产品白度值随杂质组分碳质、赤铁矿及黄铁矿的添加量增加而下降.煅―2― 烧物料粒度减小,有利于白度值提高、COD 值降低和活性提高.平均粒径 18.69 μm 的物料,在悬浮煅 烧温度为 900° C,流体介质为空气,气体流量为