碱溶粉煤灰提取硅工艺条件优化毕业论文.doc

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1、 碱溶粉煤灰提取硅工艺条件优化学生姓名： 学生学号： 院 （系）： 生物与化学工程学院 年级专业： 08 环境工程 指导教师： 2012年5月摘 要 本论文主要研究从粉煤灰中提取硅的机理及工艺。以攀枝花粉煤灰为原料，选用碱溶法溶出方式，考察了粉煤灰粒度、碱溶时间、碱溶温度、碱浓度、液固比等因素对氧化硅提取的影响。 本论文对粉煤灰，采用碱溶粉煤灰法研究制备二氧化硅，以粉煤灰、氢氧化钠为原料。常压下高浓度氢氧化钠溶浸粉煤灰提取二氧化硅过程中粉煤灰粒度、溶浸时间、氢氧化钠初始浓度、液固比、反应温度等因素对二氧化硅溶出率的影响。 结果表明：研磨后的200目粉煤灰在碱浓度为17.5mol/l、液固比1.

2、5:1及130摄氏度溶浸时，反应8min，可使二氧化硅的溶出率达到最高。用此法处理粉煤灰提取硅，具有节能降耗的优点，为粉煤灰的开发与利用开辟了一条途径。关键词：粉煤灰，氧化硅，碱溶法，溶出率ABSTRACT This paper mainly studies the extraction of silicon from fly ash and the mechanism of the process. Panzhihua fly ash as raw materials, selection of alkali leaching, examines the fly ash particle s

3、ize, alkali dissolution time, alkali solution temperature, alkali concentration, liquid solid ratio and other factors on the silicon oxide extraction effect. This paper on the fly ash, using fly ash in alkaline solution method of preparation of silica, fly ash, sodium hydroxide as raw materials. Und

4、er the pressure of high concentration sodium hydroxide solution leaching of fly ash silica extraction process of fly ash particle size, leaching time, sodium hydroxide concentration, liquid solid ratio, reaction temperature and other factors on the silica dissolution rates of. The results show that:

5、 after the grinding 200 heads of fly ash in alkaline concentration is 17.5mol / L, liquid solid ratio of 1.5:1 and 130 degrees C solution, reaction 8min, can make the silica dissolution rate reached the highest. Method for treatment of fly ash from silicon, has the advantage of energy saving, the de

6、velopment and utilization of fly ash has opened up a way.Keywords : fly ash, silicon oxide,alkali fusion , dissolution rate目录摘 要IABSTRACTII1 绪 论11.1 课题研究背景及意义1 1.1.1 课题研究背景及意义1 1.1.2 课题研究意义21.2 国内粉煤灰的应用21.2.1 粉煤灰混凝土21.2.2 粉煤灰水泥31.2.3 粉煤灰制砖31.2.4 粉煤灰筑路31.2.5 粉煤灰选取漂珠31.2.6 粉煤灰改良土壤31.3 国外粉煤灰利用途径和工艺31.3

7、.1 粉煤灰处理矿山酸性废水41.3.2 粉煤灰作回填材料41.4 粉煤灰综合利用发展前景分析41.5 课题研究思路52 实验部分62.1 实验药品与仪器62.1.1 实验药品62.1.2实验设备、仪器及装置62.2 实验步骤72.2.1碱溶工艺中各工艺参数的确定72.2.2硅的测定83 结果与分析103.1 粉煤灰粒度影响103.2 NaOH 初始浓度的影响113.3液固比的影响123.4 反应温度的影响123.5 反应时间的影响134 结论与展望154.1 结论154.2 展望15参 考 文 献17致 谢191 绪 论1.1 课题研究背景及意义1.1.1课题研究背景进入21世纪以来，人类社

8、会工业文明迅猛发展，全球工业化进程不断加剧与此引发的环境问题也不断加剧，人类的生产活动和消费活动等对环境的污染日益严重，城市环境恶化、江河湖泊污染和自然生态的破坏等方面的问题日益突出1。当今世界主要燃料为煤，从而导致了粉煤灰是世界上排放量最大的工业废料之一，不仅污染环境，而且灰场占地情况严重。目前粉煤灰的主要利用仅限于建材方面，所以如何更好的利用粉煤灰，化废为宝是值得研究的课题2。粉煤灰处理问题已经成为环保的重大难题之一。粉煤灰是燃烧过程中排放出的一种固体污染物，含有铁、铝、硅、钙和镁等金属的氧化物。发电厂等燃煤企业每年排放大量的粉煤灰，而且主要用于建材工业，其余的则堆积或直接排放，如不妥善处

9、理，必将造成严重的环境污染3,4，粉煤灰的主要成分为Si02和A1203，属硅铝酸盐，还含有少量的Fe203、CaO、MgO和未燃尽炭等。 自上个世纪60年代发现碱溶粉煤灰提取硅的方法后，碱溶法提取硅引起各国研究者的关注5。碱溶粉煤灰提取硅法对去除粉煤灰中的二氧化硅等含硅物质有明显的效果，在固体废物治理及应用中有着非常广阔的前景，其中碱性物质一般选取氢氧化钠因其具有碱溶效果好、无毒、稳定、价廉等优点而得到广泛的研究和应用，成为最具有前途的环保型提取剂之一。用于碱溶技术的碱溶剂多为强碱物质，如NaOH、KOH、CaOH等，其中NaOH碱溶粉煤灰不仅具有碱溶效果好、无毒、稳定、价廉等优点，而且还可

10、以使废物得到再利用、几乎无二次污染物等方面优于传统的碱溶提取法，作为碱溶剂和强碱物质用于处理粉煤灰并提取二氧化硅已引起广泛重视。碱溶粉煤灰法能有效将粉煤灰中的硅提取出来，达到提取出粉煤灰中有用物质的目的，因此，碱溶粉煤灰提取硅法能有效的提取出粉煤灰中的二氧化硅6，变废为宝，为推动以后研究碱溶粉煤灰提取硅工艺提供有用的依据。 近年来，氢氧化钠作为一种有效的碱溶粉煤灰提取硅的碱溶剂7，以其提取效果好，适用范围广的优点得到了迅速的发展。本实验就是利用粉煤灰中含有硅等有用成分而进行的碱溶粉煤灰提取硅以使原本无用的粉煤灰得到再利用而变废为宝。本课题选用粉煤灰的化学组成如表1.1：表 1.1 粉煤灰的化学

11、成分分析/%SiO2Al2O3Fe2O3CaONa2O和K2OSiO3C及其他MgO48.5363.53.72.11.33.81.11.1.2 课题研究意义 随着经济的发展，能源消耗日益增长，当今世界主要燃料为煤，从而导致了粉煤灰是世界上排放量最大的工业废料之一，不仅污染环境，而且灰场占地情况严重。目前粉煤灰的主要利用仅限于建材方面，所以如何更好的利用粉煤灰，化废为宝是值得研究的课题。粉煤灰处理问题已经成为环保的重大难题之一。因而不断提高粉煤灰的综合利用率，使其变废为宝，在节约土地和环境保护方面意义深远。因此，粉煤灰的资源化利用，既避免了污染，又实现了其中金属及矿物的回收利用且降低了灰场容量。

12、这不仅缓解了排放问题，而且提供了资源的新来源。因此，如何经济有效的提取粉煤灰中的硅成为极具市场价值和研究意义的热门问题。 1.2 国内粉煤灰的应用 目前, 中国对粉煤灰综合利用主要集中在用于烧砖、筑路、做水泥和混凝土的掺合料、选取漂珠、改良土壤等方面, 只有少部分用于化工工业和废水处理8。1.2.1 粉煤灰混凝土 粉煤灰是一种理想的混凝土掺合料。我国对粉煤灰混凝土的研究开发已经过半个多世纪的历程，目前已广泛应用于土木工程、建筑工程以及预制混凝土制品和构件等方面。1.2.2 粉煤灰制水泥 目前国内主要生产粉煤灰硅酸盐水泥和粉煤灰无熟料水泥两种类型。根据粉煤灰的掺量又分两种不同情况： （1）生产普

13、通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥，粉煤灰掺量15； （2）生产粉煤灰水泥：用粉煤灰做混合材，掺量大小为2040。1.2.3 粉煤灰制砖 我国从1965 年开始生产粉煤灰烧结砖,其产量高于蒸制砖,产品吃灰量大,可节约大量粘土,但性能与粘土砖相差不大。我国目前生产的粉煤灰砖主要有蒸压粉煤灰砖和烧结粉煤灰砖。1.2.4 粉煤灰筑路 粉煤灰在筑路方面的用量占其总使用量的20%，在我国的道路建设中，粉煤灰是一种良好的筑路材料，粉煤灰筑路包括作路面基层材料、代替黏土筑高速公路路堤、水泥混凝土路面，同时粉煤灰可用于护坡、护堤工程和修筑水库大坝等。1.2.5 粉煤灰选取漂珠 国内采用机械分选、湿法浮选等工艺，直接

14、从粉煤灰中回收漂珠等有用物质。其中漂珠含量虽仅占粉煤灰总量的0.2%-1%，但具有质轻、熔点高、隔音、电绝缘、耐磨性强、抗压强度高、无毒、稳定性好等良好性能，可制备各种功能材料，如轻质耐火材料、防火防水涂料、车辆刹车片、石油裂化催化剂、人造革填充剂等。1.2.6 粉煤灰改良土壤 我国粉煤灰的农业应用研究主要是粉煤灰的改土效果和肥料价值。粉煤灰通过技术加工可以制成肥料, 改良土壤。贾得义9,10等利用焦作电厂产生的粉煤灰对重黏土地进行改良，试种小麦。试验结果显示，施用粉煤灰比不施粉煤灰的小麦产量有明显增加；在一定的施用量范围，施粉煤灰多少与小麦产量呈正相关关系。1.3 国外粉煤灰利用途径1.3.

15、1 粉煤灰处理矿山酸性废水 粉煤灰处理污水机理复杂, 一般认为是吸附、凝聚、助凝和沉淀综合作用的结果。Penney 等利用粉煤灰处理矿山酸性废水，使废水中重金属含量减少并提高了废水pH 值；利用粉煤灰合成沸石,通过沸石化过程,阳离子交换容量从0. 02meq/g增加到2. 4 meq/g。吸附实验表明, 沸石化粉煤灰吸附重金属离子的能力大小为: Cu Cd - Zn Ni。在南非，Gitari11 等对粉煤灰处理矿山酸性废水效果进行了测试，并提出了处理废水中硼、镁、锶、钼和巴等溶解物的新工艺。1.3.2 粉煤灰作回填材料 粉煤灰在陆地上的堆积，占用大量土地，造成环境污染。将粉煤灰作为一直回填料

16、或填充材料可以较好的处置大量粉煤灰，达到保护环境、节约土地的目的。美国学者Evans, D.W.12 等将粉煤灰作为回填材料，回填煤矿采空区，使采空区上部地表沉陷得到有效控制。利用粉煤灰做回填材料在美国西弗吉尼亚州应用已相当普遍。1.4 粉煤灰综合利用发展前景分析 目前，国内粉煤灰综合利用尚处于探索和发展阶段，我国粉煤灰综合利用的途径还很单调13，与发达国家相比还有较大差距，要从根本上解决这一问题，关键是要以创新的意识和技术来促进粉煤灰的综合利用工作，重视新产品的开发和转化，加大科研投入，并向发达国家借鉴和学习新的粉煤灰综合利用途径和工艺。综合以上分析，我国粉煤灰综合利用在传统项目上，如烧砖、

17、筑路、做水泥和混凝土的掺合料等方面会有继续深入发展，产生新工艺14。另外，粉煤灰在以下3 个方面的综合利用将具有可观的发展前景： (1) 以粉煤灰为原料做吸附材料、絮凝剂等15,16，应用于化工和环保方面。国内对用粉煤灰制无机絮凝剂的研究虽然已有报道, 但工艺设计仍处于摸索阶段, 研究才刚起步, 还没有实现工业化，目前, 在日本和西欧的一些国家利用粉煤灰生产高效絮凝剂现已实现了工业化生产。 （2）矿物质和高附加值产品的提取应用17。粉煤灰中含有Al2O3、Fe2O3、SiO2、等有用物质。可借鉴国外相关生产工艺，从粉煤灰中提取这些贵金属产品。 （3）以粉煤灰为回填料，应用于煤矿采空区回填，控制

18、地表沉陷。 （4）以粉煤灰为原料，制备聚合物复合材料，纤维材料等。1.5 课题研究思路 本课题是研究碱溶粉煤灰提取硅工艺条件优化18，相比其他方法提取粉煤灰中的硅具有显著的优势：碱溶效果好、无毒、稳定、价廉、提取率高而且还可以使废物得到再利用、几乎无二次污染物等。碱溶法无需很高的温度、很昂贵的药品、很苛刻的处理条件。碱溶法处理粉煤灰提取硅工艺，操作简单、成本低、处理效果好、无二次污染物等优点使碱溶粉煤灰提取硅工艺得到认可及更为广泛的应用。 影响碱溶粉煤灰提取硅的提取率的因素主要有：粉煤灰颗粒粒度、氢氧化钠与粉煤灰反应时间、氢氧化钠与粉煤灰的液固比、氢氧化钠与粉煤灰的反应温度等的影响。 本论文就

19、以不同条件下碱溶粉煤灰提取硅是对二氧化硅提取率作为评价体系，就以下几个因素展开实验和分析探讨：1.粉煤灰颗粒粒度的影响。 2.氢氧化钠初始浓度的影响。 3.氢氧化钠与粉煤灰的液固比的影响。 4.氢氧化钠与粉煤灰的反应温度的影响。 5.氢氧化钠与粉煤灰的反应时间的影响。 本实验在由碱溶粉煤灰提取硅的基础上，研究碱溶反应下，不同条件所提取的二氧化硅的提取率，确定最佳反应单因素条件，根据提取的二氧化硅的提取率高低以确定各因素对粉煤灰提取硅的最佳条件以达到最适宜的碱溶粉煤灰提取硅工艺的条件并得到最佳提取率。2 实验部分2.1 实验药品与仪器2.1.1 实验药品 实验所需药品如下表2.1：表2.1 实验

20、所用试剂表名称规格分子量生产地址钼酸铵AR339.98 成都科龙化工试剂厂氢氧化钠AR40.01成都科龙化工试剂厂氯化亚锡AR190.19华东师范大学化工厂浓H2SO4AR98.08成都科龙化工试剂厂草酸AR174成都科龙化工试剂厂二氧化硅AR60.08华东师范大学化工厂2.1.2实验设备、仪器及装置 实验所需主要设备仪器如下表2.2：表2.2 实验所需要的主要仪器表设备名称型号生产厂家1000ml加热套2NHW上海越众仪器设备有限公司分光光度计722型上海菁华科技仪器有限公司玻璃仪器快速烘干器DZF-150北京中兴伟业仪器有限公司优普超纯水机WPK-I-10成都超纯科技有限公司电子分析天平F

21、A2004上海恒平科学仪器有限公司2.2 实验步骤 将研磨后的粉煤灰与一定浓度的氢氧化钠按一定比例加入四口烧瓶中,用2NHW -1000ml 加热套加热。溶浸一段时间后向其中加入一定浓度的氢氧化钠溶液稀释,以降低粘度,过滤分离生成溶液和溶出渣。溶液即为硅酸钠溶液。实验中用化学滴定法分析溶液中Si的含量。2.2.1碱溶工艺中各工艺参数的确定 实验选取5个因素：粉煤灰粒度、液固比、碱溶温度、碱溶时间、氢氧化钠浓度。以硅的提取率为标准分别做单因素试验。 1 将粉煤灰用研碎机打磨细小，过100目、200目、300目、400目的粉煤灰，以粉煤灰粒度为单因素变量，分别取等量的粉煤灰在相同NaOH相同初始浓

22、度下,相同固液比，相同反应时间，同一反应温度条件下制取SiO2,得其硅的溶出率。确定最佳粒度。 2. 确定最佳氢氧化钠浓度：氢氧化钠浓度选择6个水平分别为15mol/l、16mol/l、16.5mol/l、17mol/l、17.5mol/l、18mol/l，碱浸温度选择为相同温度，碱浸时间选择为同一碱溶时间，液固比选取同一液固比，以提取硅最佳效果（若提取效果呈递增或递减趋势，则继续加大或减小氢氧化钠浓度直到得到最佳提取效果）确定最佳氢氧化钠浓度。 3. 确定最佳液固比：液固比选取5个水平分别为1:1、1.5:1、2:1、2.5:1、3:1，氢氧化钠浓度选用确定的最佳氢氧化钠浓度，碱溶反应时间均

23、选相同时间，反应温度选取同一温度，以提取硅最佳效果（若提取效果呈递增或递减趋势，则继续加大或减小液固比直到得到最佳提取效果）确定最佳液固比。 4. 确定最佳碱溶温度：碱浸温度选取6个水平分别为80、90、100、110、120、130，碱浸时间均选择为相同时间，氢氧化钠的浓度选取确定的最佳氢氧化钠浓度，液固比选取确定的最佳液固比，以提取硅最佳效果（若提取效果呈递增或递减趋势，则继续加大或减小温度直到得到最佳提取效果）确定最佳的反应温度。 5.确定最佳碱溶时间：碱溶时间选着6个水平分别为6min、8min、10min、12min、20min、30min，氢氧化钠浓度选择确定的最佳氢氧化钠浓度，碱

24、浸温度选择为最佳碱溶温度，液固比选取最佳液固比，以提取硅最佳效果（若提取效果呈递增或递减趋势，则继续加大或减小碱溶时间直到得到最佳提取效果）确定出最佳的碱溶时间。2.2.2硅的测定 原理：水中以硅酸根存在的可溶性二氧化硅，在一定条件下与钼酸铵反应，生成黄色的硅钼杂多酸，称为硅钼黄，加入氯化亚锡将硅钼黄还原为硅钼蓝，在820nm下，可用分光光度法测定二氧化硅的含量。硅的测定具体操作方法如下： (1)绘制标准曲线取6只比色管，分别加入000 ml，100 ml，200 ml，300 ml，400 ml，500 ml，O1 ug/L的二氧化硅标准溶液，并将不足10 ml溶液的比色管用去离子水加够10

25、ml。在每只管中加入4.5ml的5硫酸溶液，调节pH值为0713之间，然后每只管中加入2 ml浓度为10钼酸铵溶液，摇匀，反应20 min。此时溶液呈黄色，给每只试管加入5ml浓度为5草酸溶液以去除干扰离子，反应5 min后，加入02ml浓度为5的氯化亚锡溶液，将硅钼黄还原为硅钼蓝。反应5 min后，将溶液稀释至50 ml刻度，820 nm下以试管空白为参比，测定吸光度。以吸光度为纵坐标，活性硅含量为横坐标绘制标准曲线。活性硅的标准曲线如下表2.3:表2.3活性硅标准曲线活性硅含量（g）012345吸光度0.0110.0150.020.0240.0290.033图2.1 活性硅的标准曲线(2)

26、测定溶出液中二氧化硅的含量 取01 ml的溶出液，放入到100ml容量瓶中，用去离子水稀释至刻度。分别取1ml、2ml稀释过的溶出液，分别加入到比色管中，并将不足10 ml溶液的比色管中用去离子水加够10 ml。再向每支试管中加入2 ml浓度为10的钼酸铵溶液，摇匀，反应20 min。反应完后，此时溶液呈黄色,给每只试管加入5 ml浓度为5草酸溶液以去除干扰离子。反应5 min后，加入02 ml浓度为5的氯化亚锡溶液，将硅钼黄还原为硅钼蓝。待反应5 min后，将溶液稀释至50ml刻度，于820nm下，以试管空白为参比，测定吸光度3 结果与分析3.1 粉煤灰粒度影响粉煤灰是煤粉在锅炉中经燃烧、熔

27、融、迅速冷却后产生的废弃物,因此,其绝大部分呈玻璃态,其中一部分SiO2 的活性低。本实验通过将粉煤灰磨细至一定粒度,增大粉煤灰的比表面积，即增大与碱反应的接触面积，达到提高二氧化硅溶出率的目的,表明随着粉煤灰粒度的减小，氧化硅的溶出率明显上升，所以减小粒度有助于氧化硅溶出率的提高。将粉煤灰用研碎机打磨细小，过100目、200目、300目、400目漏分别筛得的粉煤灰，以粉煤灰粒度为单因素变量，分别取5g粉煤灰在NaOH初始浓度同一浓度,固液比为相同液固比，反应时间选取同一反应时间，反应温度选取相同反应温度条件下制取SiO2,计算二氧化硅的溶出率。粉煤灰粒度影响如下表3.1：表3.1粉煤灰粒度对

28、二氧化硅提取率的影响粉煤灰粒度100目200目300目400目SiO2的提取率（%） 55.21 63.35 65.41 66.72图3.1 粉煤灰粒度对二氧化硅溶出率的影响 由图3.1可知：随着粉煤灰粒度的越小，溶出的二氧化硅溶出率越来越高，但是当粉煤灰的粒度达到200目以上时，增加了对粉煤灰研磨的难度，提高了制作成本和时间，而且粒度达到200目以上粉煤灰的溶浸出效率增加减缓，从实际运用角度出发选择200目的粉煤灰最为经济高效。3.2 NaOH 初始浓度的影响氢氧化钠初始浓度的影响如下表3.2：表3.2氢氧化钠初始浓度对二氧化硅提取率的影响NaOH浓度（mol/l）1616.51717.51

29、820SiO2溶出率%58.861.062.563.162.762.2图3.2 氢氧化钠初始浓度对二氧化硅溶出率的影响 由图3.2可知:经机械研磨后的粉煤灰样品, 改变NaOH的初始浓度,研究NaOH 初始浓度对粉煤灰中氧化硅溶出率的影响, NaOH初始浓度越高，SiO2 的溶出率越高,由16mol/l二氧化硅溶出率的58.8%到17.5mol/l的63.1%，这是由于碱液浓度的增高使体系中OH- 离子的活度增大,使其与粉煤灰的反应更加充分。但随着NaOH 初始浓度增高,反应速率变快,Al2O3 的溶出量增加,当溶液中有足够浓度的Al2O3 ,立即引发“二次沉淀”反应,生成水合铝硅酸钠,SiO

30、2 的溶出率变低。这是因为体系中同时进行如下反应:nSiO2 + 2NaOH Na2OnSiO2 + H2OAl2O3 + 2NaOH 2NaAlO2 + H2ONa2OnSiO2 + 2NaAlO2 + H2ONa2OAl2O3nSiO2 +2NaOH 生成的水合铝硅酸钠存在其不稳定的溶解过程和稳定形态的析出过程。硅溶出过程中最怕出现这种铝工业中常见的“二次沉淀”19,20反应,即如果溶液中有足够浓度的Al2O3 ,则有水合铝硅酸钠结晶沉淀物产生。这样会大幅度降低SiO2 溶出率。因此，确定最佳氢氧化钠浓度为17.5mol/l。3.3液固比的影响 液固比的影响如下表3.3：表3.3液固比对二

31、氧化硅溶出率的影响液固比1:11.5:12:12.5:13:1SiO2溶出率%57.362.863.363.563.7 图3.3 液固比对二氧化硅溶出率的影响 由图3.3可知：经机械研磨后的粉煤灰, 在碱浓度为17.5mol/l ,溶出温度不变,溶出时间一定时,改变液固比,考察液固比对粉煤灰中硅溶出率的影响,随着液固比的增大, SiO2 的溶出率呈上升趋势,但液固比大于1.5 后二氧化硅溶出率曲线变化较平缓,且液固比过大必然导致碱耗损增大。因此,不必选择过高的液固比,避免碱消耗量增大,增大成本,因此，液固比选择1.51 。3.4 反应温度的影响 反应温度的影响如下表3.4：表3.4反应温度对二

32、氧化硅溶出率的影响反应温度（C）90100110120130SiO2溶出率%42.146.353.758.663.0图3.4反应温度对二氧化硅溶出率的影响 由图3.4可知：经机械研磨后的粉煤灰样品, 在碱浓度为17.5mol/L ,液固比为1.51 ,溶出时间不变时,改变碱溶温度,考察碱溶温度对粉煤灰中二氧化硅溶出率的影响,反应温度对SiO2 的溶出影响很大,随着反应温度的升高,SiO2 的溶出率从90 下的约42 %上升到130 的约63% ,温度的提高对SiO2 的溶出率具有促进作用。但由于17. 5mol/L 的氢氧化钠的沸点为130 ,在达到氢氧化钠的沸点时溶液沸腾使粉煤灰与氢氧化钠更

33、加充分的混合起到搅拌的作用，促进粉煤灰与氢氧化钠反应溶出二氧化硅，故选择反应的最佳温度为130 。3.5 反应时间的影响反应时间的影响如下表3.5：表3.5反应时间对二氧化硅溶出率的影响反应时间（min）6810122030溶出率%60.262.958.455.653.251.9图3.5 反应时间对二氧化硅溶出率的影响 由图3.5可知：经机械研磨后的粉煤灰样品, 在碱浓度为17.5mol/ L ,液固比为1. 51 ,溶出温度为130 时,改变碱溶反应时间,考察碱溶反应时间对粉煤灰中二氧化硅溶出率的影响,在保证粉煤灰与氢氧化钠充分接触的条件下,二者一经混合即发生剧烈反应,有大量SiO2 析出,

34、而此时Al2O3 的溶出速度缓慢,随着时间的延长Al2O3 的溶出量增加。SiO2 的溶出率在反应过程中具有一个最高点(约8min 处) ,其后呈下降趋势,这是因为体系中同时进行如下反应:nSiO2 + 2NaOH Na2OnSiO2 + H2OAl2O3 + 2NaOH 2NaAlO2 + H2ONa2OnSiO2 + 2NaAlO2 + H2ONa2OAl2O3nSiO2 +2NaOH 生成的水合铝硅酸钠存在其不稳定的溶解过程和稳定形态的析出过程。硅溶出过程中最怕出现这种铝工业中常见的“二次沉淀”19,20反应,即如果溶液中有足够浓度的Al2O3 ,则有水合铝硅酸钠结晶沉淀物产生。这样会大

35、幅度降低SiO2 溶出率。因此，确定最佳反应时间为8min。4 结论与展望4.1 结论 碱溶粉煤灰提取硅工艺条件优化是通过对不同条件的不断改变以使在不同条件下对粉煤灰提取硅的提取效率的影响。通过碱溶粉煤灰提取硅条件的不断试验研究我们得出了最佳的碱溶粉煤灰条件（本实验选用过200目筛选粉煤灰5g做实验）：最佳液固比为1.5:1最佳反应时间为8min最佳初始氢氧化钠浓度为17.5mol/l最佳反应温度为130C.通过在不同条件下以三个因素做定量一个因素做变量的方法最终得出了碱溶粉煤灰提取硅的最佳反应条件以及提取硅的最大提取率，提取率约为63%。4.2 展望 人类进入21世纪后粉煤灰的控制与治理是人

36、类社会面临和亟待解决的重大课题。碱溶粉煤灰提取硅工艺为解决这一课题提供了良好的先例。在众多的粉煤灰变废为宝的治理技术中，以氢氧化钠溶液做反应剂的碱溶提取硅过程以其在适宜温度条件下反应等独特性能而成为一种理想的粉煤灰提取硅方法。将其用于环保，必将引起环保技术的全新革命。碱溶粉煤灰提取硅工艺在环境治理领域有着巨大的经济、环境和社会效益。它可以在以下几个方面优点而得到广泛的应用。 1.碱溶效果好 2.经济、实惠、易得到 3.碱溶后几乎无二次污染物 4.可使废物得到再利用 5.碱液和粉煤灰都得到处理变废为宝 目前看来，碱溶粉煤灰提取硅工艺无论是在理论基础研究还是在应用研究都还不太成熟，距大规模生产和应

37、用还有一段距离，但是不可否认作为一种以碱溶粉煤灰提取硅工艺作为综合利用粉煤灰使其变废为宝所显示的巨大潜在优异性能还是不容忽视的。因此不久的将来当一些关键技术限制得以解决，将会实现大规模处理的实际应用，改善我们的生活环境给我们的日常生活带来不可估量的便利与利益。参 考 文 献1王福元,吴正严.粉煤灰利用手册M.北京:中国电力出版社,20042郑红娜.粉煤灰的精利用一提铝J.内蒙古石油化工,2007(3):93943王营.利用商铝粉煤灰制备氧化硅气凝胶的实验研究D.北京:中国地质大学,20064王蕾,马鸿文,聂铁苗等.利用粉煤灰制备高比表面积二氧化硅的实验研究J.硅酸盐通报,2006,25(2):

38、375胡将军，刘顺淑利用粉煤灰制取活性SiO2的工艺研究J渝州大学学报(自然科学版)，1995(3):54576邬国栋,叶亚平,钱维兰等低温碱溶粉煤灰中硅和铝的溶出规律研究J环境科学研究，2006(1):53-567徐夷,袁端锋等.粉煤灰综合利用浅谈J.中国井矿盐,2010,41(1):29-32.8秦波涛,王德明.粉煤灰三相泡沫组成成分及形成机理研究J煤炭学报，2005，2：155-1599刘数华,方坤河.粉煤灰综合利用现状综述J.福建建材,2008：8-9.10贾德义，郝肖黎.粉煤灰改良重黏土地的研究报告J.粉煤灰综合利用，1990（1）：28-29.11Hansen LD,Gitari,

39、Fisher GL etalJ.EnvironSciTech,1984,18:181-186.12Evans, D.W.Eary LE,ID,Mmigod SV etalJ.JEnvironQual,1990,19:202-214.13马悦红.粉煤灰特性及综合利用J.西北电力技术,2004,3:45-48.14王永庆,史晓杰等.粉煤灰的综合利用研究现状J.广州化工,2009,7:40-42.15郭旭颖,白润才.用粉煤灰制无机高分子絮凝剂的开发前景分析J.辽宁工程技术大学学报,2006,25(增):319320.16徐夷,袁端锋等.粉煤灰综合利用浅谈J.中国井矿盐,2010,41(1):29-3

40、2.17薛彦辉,薛大兵,张琳,李东.利用粉煤灰制备高附加值化工产品的研究J.粉煤灰综合 利用，2009,(1):43-47.18师庆勇,孙俊明,吉仁塔布,张战军等.利用粉煤灰制备活性SiO2工艺研究J.化学工程， 2010 (11):1-4.19Matijevic E,Mangravite F,Cassell A.Stability of Colloidal Silica.IV. The Silica Alumina SystemJ.J.Colloid Interface Sci ,1971,4:560-568.20Fricke R ,J ucaitis P.Untersuchungen ub

41、er die Gleichgewichte inden System Al2O3Na2OH2O and Al2O3 K2OH2OJ .Z.Anorg.Allg.Chem ,1930,191:129.致 谢本论文的研究工作从选题、实验到最后的成文，是在安昀老师帮助和支持下，通过自己的努力与思考，亲自操作完成的。在这里非常感谢安昀老师在实验过程中给予的指导，本研究的完成与安老师的指导是密不可分的，安老师在实验过程中的给予了我耐心的指导并且在撰写论文的过程中提出了宝贵的建议，使我在研究中收获不小。同时感谢攀枝花学院提供这次机会，感谢生物与化学工程学院提供条件。由于个人的知识水平和能力有限，论文中难免有不足和疏漏之处，恳请各位老师和同学给予批评和指正，我将无限感激！再次，向所有帮助和关心过我的老师、同学和朋友表示我忠心的感谢！