基于响应曲面法的磷酸分解磷矿研究

以云南富藏的磷矿资源作为研究对象,考察了磷酸浓度、液固比和温度对磷矿转化率的影响。通过响应曲面实验设计(RSM),建立了磷酸分解磷矿过程的回归模型,该模型较好地反映了磷矿转化率与磷酸浓度、液固比和温度之间的关系;利用该模型优化得到分解最佳工艺条件为温度110℃,液固比9,磷酸浓度42%(P_2O_5计),在此工艺条件下磷矿转化率达99.29%,与模型预测值相对误差<1%,表明所得模型可以精确反映参数之间的相关关系,可以用于磷矿分解过程的预测与优化。

减水剂对磷石膏基建筑石膏性能的影响

以云南安宁某磷肥厂的磷石膏为原料,制备了磷石膏基建筑石膏。采用四种不同类型的减水剂,即木质素磺酸钙(MG)、萘系减水剂(FDN)、三聚氰胺减水剂(SMF)、聚羧酸减水剂(PS)四种物质,考察了不同减水剂的掺量对磷石膏基建筑石膏的标准稠度用水量、减水率、凝结时间与抗折、抗压强度的影响。结果表明,MG不适合作石膏减水剂,改性效果较好的是SMF减水剂,掺入量为0.3wt%。通过对掺杂减水剂后石膏试件的SEM表征,初步对石膏减水改性过程进行了机理分析。发现减水剂主要是通过物理方法进行改性,当其加入建筑石膏水化体系中时,会使石膏内部结构变得更为致密,从而降低标准稠度用水量,最终增加石膏试件的强度。

碱金属碳酸盐对磷矿碳热还原反应的影响研究

通过热力学和实验研究对比分析了Ca_3(PO_4)_2与无烟煤和石墨的碳热还原反应,结果证明炭结构及其活性影响反应的发生;添加K_2CO_3、Na_2CO_3研究其对磷矿碳热还原反应的影响,结果表明,在1300℃、50 min下对比无添加体系,添加1.5%(wt)K_2CO_3和Na_2CO_3体系的P_2O_5转化率分别从46.7%提升至64.22%、59.14%,反应时间延长至4 h,P2O_5转化率分别可以达到91.32%、87.24%;渣相XRD、SEM分析表明加入碱金属碳酸盐可以促进磷矿的碳热还原反应,但并不改变其反应历程,且在1300℃下,渣相均以固态烧结形式排出,符合窑法磷酸的排渣要求;动力学分析表明磷矿碳热还原反应均为一级反应,且添加K_2CO_3和Na_2CO_3体系的活化能分别为182.91和195.38 kJ×mol^(-1),比无添加体系的209.93 kJ×mol^(-1)显著降低。

镍铁渣基磷酸镁水泥的制备及其机理研究

为实现镍铁渣(FS)的综合利用,降低磷酸镁水泥的生产成本,提出利用高镁含量的FS与磷酸二氢铵(ADP)反应制备镍铁渣基磷酸镁水泥(F-MPC).在50℃恒温水浴中反应8h的条件下,探讨FS与ADP质量比(mFS/mADP)、氧化镁掺量(wM)、水胶比(mW/mB)、硼酸掺量(wBA)对材料凝结时间和抗压强度的影响,采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜-能量弥散X射线谱(SEM-EDS)分析F-MPC水化产物的物相组成及微观形貌,探讨其水化反应机理.结果表明:当mFS/mADP=4、wM=4%、mW/mB=0.17、wBA=0.3%时,F-MPC的工作性能与力学性能最佳;水化产物以鸟粪石为主,同时还有磷镁铵石,F-MPC以这些水化产物为胶结料,通过胶结作用将FS颗粒进行包裹,最终形成高强的硬化体.

铜渣/电解锰渣基磷酸盐胶凝材料的制备及其形成机理探讨

为提高铜渣(CS)的综合利用率和拓展电解锰渣(EMR)的处理途径,采用富含铁氧化物的CS和含Mn、NH 3-N的EMR与磷酸二氢钠(P)制备铜渣/电解锰渣基磷酸盐胶凝材料,考察CS∶P质量比、EMR掺量对胶凝材料力学性能及毒性浸出的影响,并采用SEM/EDS和XRD表征材料的微观结构和物相组成,揭示其形成机理。实验结果表明:随着CS∶P的增加,材料的抗压强度先增大后减小;当EMR掺量为15%—40%时,材料中Mn和NH3-N浸出质量浓度均满足GB—8978标准限值(Mn:2.0 mg/L;NH3-N:15.0 mg/L)。SEM/EDS和XRD分析结果表明,材料可水化生成Fe(H2PO4)3,Fe3(PO4)2,Mg(H2PO4)2等磷酸盐黏结相,而EMR中的Mn和NH3-N可转化形成Mn3(PO4)2,MnPO4·1.5H2O,Mn3(PO4)2·1.5H2O、NH4FePO4·H2O和NH4MgPO4·6H2O等低溶解度的磷酸盐化学沉淀,这些磷酸盐化合物间相互粘接形成密实整体,最终不仅使材料高强,同时还可有效固定/稳定Mn和NH 3-N。

助熔剂硅石及钾页岩对磷矿碳热还原反应的影响

考察了硅石及钾页岩分别作为助熔剂时对磷矿碳热还原反应的影响。通过考察反应温度、反应时间、烟煤过剩系数和酸度值,研究两种助熔剂对磷转化率的影响。结果表明,随着反应温度的升高、反应时间的延长、烟煤过剩系数的增大,磷的转化率逐渐提高,最后趋于稳定。随着酸度值的增大,磷的转化率呈现先增大后减小的趋势。当反应温度为1400℃,反应时间为40 min,酸度值为1.02,无烟煤过剩系数为1.5时,硅石、钾页岩作为助熔剂时磷的转化率分别达到94.50%,95.31%。通过考察残渣特性,得出钾页岩作为助熔剂时,其残渣的流动温度较硅石降低了52℃,粘度摊开面积是硅石体系的2.25倍。

钾系添加剂促进磷矿碳热还原的可行性研究

通过实验模拟电炉法黄磷生产,以磷转化率为指标,研究掺杂钾系物质对磷矿碳热还原的影响。利用热力学分析Ca_3(PO_4)_2分别与无烟煤和石墨的碳热还原反应,结果表明炭活性将影响反应发生的条件;分别添加KCl、K_2CO_3、K_2SO_4、KOH,通过改变温度、反应时间、添加量,考察得到磷转化率与三因素的关系为正相关,其中K_2SO_4促进效果较好;最佳工艺条件分别为碳过量系数δ=1. 5,酸度值M=0. 71,温度T=1400℃,反应时间120 min,K_2SO_4添加量为3. 0%,此时磷转化率达93. 43%;由化学反应动力学分析得,添加K_2SO_4反应体系活化能为123. 94 kJ·mol^(-1),无添加体系为162. 38 k J·mol^(-1),反应活化能显著降低。

醇-无氯盐体系磷石膏制备α-半水石膏的研究

为解决醇水法以磷石膏为原料制备α-半水石膏醇耗量大、反应时间长等问题,采用丙三醇、硝酸锌、硫酸钾的醇盐反应体系,以N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺(KH792)为改变晶体形貌的偶联剂,制备α-CaSO_4·0.5H_2O。试验所得较优工艺条件为:液固比5∶1,温度105℃,醇水比25%,硝酸锌掺量25%,硫酸钾掺量3%,溶液p H值6,反应时间4 h,KH792掺量0.5%。醇盐体系中掺入3%硫酸钾有效缩短了脱水反应时间,掺入0.5%KH792使晶体从长柱状体变为片状或多孔柱状体,有效促进了晶体的二次发育。

磷渣基仿石材的制备及机理初探

以不同粒度磷渣为原料,采用自制水玻璃基激发剂激发磷渣潜在活性,研究了粉状粉渣、细磷渣和原状磷渣的比例,激发剂用量、养护制度等因素对试件强度的影响关系,以此为基础,通过正交试验优化了各因素最佳工艺条件,获得了试件抗折强度> 12 MPa、抗压强度接近90 MPa的优化方案。借助XRD、SEM对优化方案在不同养护时间试件进行了分析表征,初步探明了磷渣基仿石材强度形成过程和机理,研究成果可为其它具有潜在活性的工业废渣资源化利用提供理论支撑,对进一步提高我国工业废渣资源化利用率具有十分重要意义。

农林废弃物吸附废水中重金属Pb2+的性能及机理研究进展

人体Pb 2+超标会造成贫血、肾功能衰竭、内分泌系统和中枢神经系统紊乱等症状。Pb 2+可通过含Pb 2+废水、废渣等形式对环境造成污染,其中含Pb 2+废水不仅对水源造成直接污染,同时也会在流经区域土壤形成Pb 2+富积而造成土壤重金属污染,因此对含Pb 2+废水的无害化处理刻不容缓。废水中Pb 2+的去除方法主要包括离子交换法、化学沉淀法、电化学法、膜过滤法和吸附法等,其中,吸附法因具有效率高、方便操作和成本低等优点而被广泛应用。商业活性炭吸附废水中Pb 2+的效果很好,但是高成本限制其使用,因此寻找活性炭替代吸附剂是吸附法处理含Pb 2+废水技术发展的关键。农林废弃物(AFW)因其来源广泛、种类繁多、成本低廉、吸附效果好、吸附材料可再生等诸多优势,被广泛应用于废水中Pb 2+的去除。可通过酸碱盐改性、结构改性、炭化改性、有机溶剂改性和复合改性等对AFW进行处理,以提高其吸附效率。同时,Pb 2+初始浓度、吸附剂量、pH值、温度和时间等因素对AFW吸附Pb 2+的效率有较大的影响。AFW可通过离子交换、络合作用、物理吸附、化学沉淀等多重作用机制实现Pb 2+的高效吸附,其吸附动力学一般符合准二级动力学模型,吸附热力学一般符合Langmuir热力学模型或Freundlich热力学模型。本文综述了AFW吸附废水中Pb 2+的研究现状与进展,从AFW改性、Pb 2+吸附影响因素及其作用机制等方面进行了讨论。最后,对AFW吸附Pb 2+研究中存在的问题进行了分析,并对其未来的研究方向进行了展望,以期为制备稳定可循环的AFW提供参考。

电解锰渣中Mn和NH3-N固化/稳定化处理研究现状及展望

对碱性材料和磷酸盐化学键合陶瓷材料(CBPCs)固化/稳定化处理电解锰渣(EMR)的效果以及固化机理等方面进行了综述。传统的碱性材料虽可有效固化EMR中的重金属离子,但处理后的EMR的物理化学性质不够稳定,固化体很容易因碳化而发生结构破坏,存在二次污染隐患。而用CBPCs固化EMR虽可实现Mn以及NH3-N稳定化控制,但施工操作性差,且反应原料MgO成本较高。利用富含金属氧化物(MgO、FeOx)的镍铁渣或铜渣等工业废渣代替纯MgO,不仅可降低材料处理成本、改善施工可操作性,同时可通过化学键合、物理包裹、吸附等协同作用实现EMR的有效固封。此方法可为EMR处理提供一种研究思路。

电炉镍铁渣在化学键合陶瓷材料中的应用研究现状与展望

对电炉镍铁渣(EFS)基地聚合化学键合陶瓷材料(EFS-GCBCs)的性能进行了综述,发现该材料由于使用碱激发剂很容易碳化而发生结构破坏;此外,关于关键组分镁含量对材料性能及水化机理影响方面的研究较少,存在材料制备机理不够透彻等缺陷。因此,基于EFS富含镁质的特性,提出利用EFS制备镍铁渣基磷酸镁化学键合陶瓷材料(EFS-PCBCs)的设想。磷酸镁化学键合陶瓷材料(PCBCs)具有材料凝结速度快、早期强度高、高耐盐冻、抗腐蚀、低收缩及良好的混凝土兼容性等优点,而EFS-PCBCs与传统PCBCs相比,显著降低了PCBCs制备成本,该方法可为EFS高效综合利用提供一种新的研究思路。

纳米二氧化钛的制备、改性及其在聚合物基复合材料中的应用研究进展

基于纳米二氧化钛(TiO_(2))作为添加剂制备的复合材料具有优异的耐温性、抗老化性等,而且由于其特殊的光催化活性,在通过吸收紫外光能量后具有较强的抗菌杀菌能力,因此在涂料、化妆品和医学等领域具有广泛的应用。然而,受纳米尺寸效应影响,纳米TiO_(2)在聚合物基体中存在易团聚、难分散的缺点,使其应用受到限制。因此,需要通过多种表面改性方法调控纳米TiO_(2)的表面性质,增强其与聚合物基体相容性。本论文首先详细阐述了纳米TiO_(2)的制备、表面改性方法及机制,并综述了近期纳米TiO_(2)改性聚合物基复合材料方面的研究进展。最后,讨论了纳米TiO_(2)聚合物复合材料研究中存在的主要问题,并展望了其未来的发展方向。

高镁镍铁渣基草酸盐化学键合材料的制备及性能

为提高镍铁渣(FS)的综合利用率,提出利用FS与草酸(OA)反应制备镍铁渣基草酸盐化学键合材料(FS-OCBCMs),主要考察了m(FS/OA)质量比、水灰质量比(m(W/C))、粉煤灰(FA)掺量、缓凝剂种类及掺量对材料凝结时间和力学性能的影响,并采用XRD和SEM分析手段,表征了材料的物相组成和微观结构。结果表明:随m(FS/OA)的增加,凝结时间先减小后增大,抗压强度呈先增大后减小的趋势;当m(W/C)=0.14~0.17时,材料28 d时抗压强度均达到33 MPa以上;当m(W/C)>0.17时,抗压强度随之降低。FA掺量对材料早期抗压强度影响较大,随FA的增加,早期强度不断降低,而后期强度与未掺FA材料的抗压强度接近。缓凝剂硼砂(B)掺入具有较好的缓凝作用,且掺量为1%时,材料力学性能最好,28 d时抗压强度可达45 MPa,而三聚磷酸钠(P)的掺入,不具有缓凝作用,还使凝结时间大幅度降低;当掺量为5%时,凝结时间降到14 min,且对材料早期强度影响较大。FS-OCBCMs的主要产物为结晶较好的MgC2O4·2H2O,且当掺入1%的B时,产物结晶更好,同时提高了材料的抗压强度。以上研究结果对于实现高镁镍铁渣的资源化利用具有一定的指导意义。