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硫铁矿烧渣脱硫脱砷的研究

作　者: 李亚军
导　师: 苏毅
学　校: 昆明理工大学
专　业: 化学工程
关键词: 硫铁矿烧渣化学法硫酸废液处理添加剂动力学研究
分类号: X705
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

硫铁矿烧渣是化工厂在以硫铁矿为原料煅烧生产硫酸时排出的废渣,其主要成份为铁,另外还含有硅、钙、镁、硫、砷、铜和银等其它元素,主要矿物为赤铁矿、磁铁矿、石英、硬石膏等。我国硫铁矿烧渣年排放量为1000～1500万吨左右。目前硫铁矿烧渣大都采用堆存或者填埋处理,不仅占用大量的土地,工厂还需支付土地征用费、运费、填埋费等,而且还会对大气、水体、土壤等造成环境污染。同时硫铁矿烧渣中富含铁元素,大约占40%～60%,同时还含有少量的Cu、Ag、Au等有价值的元素,是一种宝贵的二次资源,所以充分利用硫铁矿烧渣不仅可消除其对环境的污染,还会变废为宝,创造一定的经济效益以及社会效益。硫铁矿烧渣的综合利用已经受到各国的高度重视,而且很多发达国家对硫铁矿烧渣的综合利用研究已经进行了多年,虽然我国从70年代就开始对硫铁矿烧渣的综合利用进行了研究,由于我国硫铁矿烧渣质量差、技术水平低、经济落后等一系列因素,导致烧渣利用率很低。与国外一些国家相比仍有很大差距,我国硫铁矿烧渣的利用还存在着很多问题,其中最主要的是不能对烧渣中的杂质进行有效的处理,特别是砷元素和硫元素的存在对于烧渣综合利用(例如作为炼铁原料)所带来的危害。本论文采用硫酸溶液处理硫铁矿烧渣,可达到脱砷、部分脱硫的目的,同时还可使渣中的铁品位提高。研究表明采用硫酸溶液处理硫铁矿烧渣,烧渣经硫酸溶液处理后,As含量可降到0.036%,去除率高达98.7%,S含量降至0.319%,同时Fe品位可达到62.56%,经处理后的烧渣砷、铁含量均达到炼铁原料的质量要求。为探索试验的最佳工艺条件,设计进行了条件试验包括硫酸浓度的影响试验、温度的影响试验、矿浆浓度的影响试验、反应时间的影响试验、搅拌速度的影响试验；同时还对硫酸浓度、温度、反应时间以及搅拌速度这四个因素进行了正交试验的研究,最后确定最佳试验条件为：硫酸浓度为15%,温度为50℃,矿浆浓度为30%,反应时间为120分钟,搅拌速度为300转/分。由于硫酸浸出废液中含有大量的未反应的游离硫酸,为了有效利用这部分硫酸,降低硫酸使用量,本研究对硫酸溶液浸出硫铁矿烧渣得到的反应废液进行了循环利用研究,研究表明废液经配酸后,返回浸出阶段用于硫铁矿烧渣的浸出,可有效的利用浸出液中的游离硫酸,使工业硫酸的用量明显降低；反应废液经配酸后返回浸出阶段用于硫铁矿烧渣的浸出,经三次循环使用均可有效的降低处理样品中的砷、硫含量,其中砷和铁的含量均达到炼铁原料相应指标的要求,杂质脱出效果与直接使用硫酸处理原料时相当。由于单独采用硫酸溶液处理硫铁矿烧渣,样品中硫含量达不到炼铁原料质量要求,本论文进行了在硫酸溶液中加入添加剂共同作用处理硫铁矿烧渣的探索性研究,研究表明在硫酸溶液中添加重铬酸钾或氯酸钾处理硫铁矿烧渣,可使样品中的硫含量降至0.279～0.291%,可以同时达到脱砷脱硫的目的,脱砷、脱硫后的烧渣能很好的达到炼铁原料的质量要求。同时在本论文中,对硫酸溶液处理硫铁矿烧渣脱出其中砷的过程进行了动力学研究,动力学研究表明：采用硫酸溶液浸出硫铁矿烧渣脱砷的浸出过程可用粒径不变的收缩未反应核模型描述,浸出过程的化学反应速率受界面化学反应过程控制；浸出过程的化学反应的表观活化能Ea=140.075kJ/mol,化学反应级数为0.8287。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-21
  1.1 我国硫铁矿资源的概况  9
  1.2 我国硫铁矿烧渣的概况  9-10
  1.3 国内外硫铁矿烧渣的综合利用状况  10-16
    1.3.1 制取铁精矿  10-11
    1.3.2 生产铁系颜料  11-12
    1.3.3 生产铁盐  12-13
    1.3.4 回收有色金属  13-14
    1.3.5 作建筑材料  14
    1.3.6 制备净水剂  14-16
  1.4 国内外对硫铁矿烧渣脱硫、脱砷的研究  16-19
    1.4.1 硫铁矿烧渣脱硫、脱砷的必要性  16-17
    1.4.2 硫铁矿烧渣的脱硫、脱砷的研究进展  17-19
  1.5 本课题的研究意义和内容  19-21
    1.5.1 课题研究的意义和目的  19-20
    1.5.2 课题研究的主要内容  20-21
第二章硫铁矿烧渣浸出实验研究  21-58
  2.1 实验部分  21-30
    2.1.1 实验原理  21-22
    2.1.2 实验仪器、药品和原料  22-24
    2.1.3 实验方法  24-25
    2.1.4 实验工艺流程  25
    2.1.5 分析方法  25-30
  2.2 硫铁矿烧渣基本特性的研究  30-36
    2.2.1 硫铁矿烧渣的基本组成和特征  30
    2.2.2 酸溶出特性的研究  30-32
    2.2.3 碱溶出特性的研究  32-34
    2.2.4 粒度分析  34-36
    2.2.5 X射线衍射分析  36
  2.3 硫铁矿烧渣浸出实验研究结果  36-51
    2.3.1 硫酸浓度的影响试验  37-39
    2.3.2 温度的影响试验  39-41
    2.3.3 矿浆浓度的影响试验  41-43
    2.3.4 反应时间的影响试验  43-44
    2.3.5 搅拌速度的影响试验  44-46
    2.3.6 正交试验  46-49
    2.3.7 验证性实验  49
    2.3.8 废液利用实验  49-50
    2.3.9 废液处理方法  50-51
  2.4 硫铁矿烧渣脱硫的探索性研究  51-56
    2.4.1 实验部分  51-52
    2.4.2 探索性实验研究结果  52-56
  2.5 本章小结  56-58
第三章硫铁矿烧渣浸出脱砷动力学研究  58-67
  3.1 浸出脱砷过程动力学研究  58-66
    3.1.1 理论分析  58-59
    3.1.2 试验方法  59-60
    3.1.3 结果与讨论  60-66
  3.2 本章小结  66-67
第四章结论与建议  67-69
  4.1 结论  67-68
  4.2 存在的问题与建议  68-69
致谢  69-70
参考文献  70-75
附录A 攻读硕士学位期间发表的论文目录  75

硫铁矿烧渣脱硫脱砷的研究

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