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煤气化粗渣是煤气化工艺过程中从气化炉底部排出的固体废弃物,含有丰富的Al2O3、Fe2O3、CaO等有用资源。但是这些废渣由于含有较多的未反应炭,无法大量在建材建工领域消纳,从而成为制约新型煤化工行业发展的瓶颈。煤气化粗渣本身反应活性较低,采用直接提取法难以有效回收其中的有价元素。本论文旨在系统研究煤气化粗渣的活化方法,实现其中有价元素的高效提取。 通过研究不同热活化参数对煤气化粗渣活化效果的影响发现,温度是影响活化渣活性的关键参数,最佳活化温度为700℃。当温度高于900℃后,活化渣中出现普通辉石相,反应活性降低,铝、铁、钙等有价元素提取率大幅降低。活化前粗渣粒径越小,活化渣的活化效果越佳。综合而言,煤气化粗渣的活化的优化参数为:活化前颗粒粒径0.076mm,活化温度700℃,活化时间30 min。 在优化条件下活化的煤气化粗渣中有价元素提取率会受到颗粒粒径、盐酸浓度、浸取温度、浸取时间等的影响。通过研究发现:减小活化渣颗粒粒径有利于提高铝、铁、钙离子的浸取率,但作用有限;盐酸浓度越高,活化渣中铝、铁、钙离子的浸取率越高,但当盐酸浓度大于15wt.%后,继续增加盐酸浓度无显著效果;提高浸取温度有助于铝、铁、钙离子的浸出,且盐酸浓度对金属离子浸取率的影响要小于浸取温度;活化渣中钙离子优先铝和铁离子浸出,其浸取过程符合化学反应控制缩芯模型;而铝和铁离子的浸取过程符合Avrami模型,反应过程均受内扩散控制。 煤气化粗渣中Si,Al,Ca和Fe等主要元素含量随煤的来源不同而不同,在煤气化高温过程中形成的化合物也会随之发生变化,特别是Fe含量不同的情况,进而会影响煤气化粗渣的活化过程与方法选择。为了探索煤气化粗渣形成过程中化合物随主要元素组成变化而变化的特点,本研究对SiO2-Al2O3-CaO-Fe2O3体系内可能存在的单矿物质,进行了高温合成实验和各单矿的酸浸活性进行了研究。结果表明,钙长石(CAS2)、钙铝黄长石(C2AS)以及Al2O3-CaO-Fe2O3体系的单矿物质均有很高的酸浸活性,而四元矿物普通辉石(CFAS)的活性很差,因此热活化过程要尽量避免这种四元矿物的产生。