铬盐清洁生产过程中铝钒同步分离及资源化应用基础研究

发布时间：2022-02-24 04:21

　　铬盐是我国重要的无机化工原料,广泛应用于冶金、电镀、鞣革、染料、木材防腐等领域。在铬盐生产过程中,铬铁矿中的铬、铝、钒分别生成相应的水溶性钠盐,形成Na2CrO4-NaAlO2-NaVO3-H2O多元复杂碱性浸出液。普遍采用中和除铝、加钙沉钒的分步脱除方法进行铝、钒等杂质的脱除,但在中和除铝过程中会产生以Al（OH）3胶体为主的含铬铝泥,加钙沉钒过程中会产生含铬沉钒钙渣。这些废渣不仅含水量大、难于处理,而且含有铬、钒等国家重点防控的重金属污染物,对生态环境危害巨大,同时造成铝和钒资源浪费,严重制约了铬化工行业的可持续发展,目前已被列为危险固废。因此,亟需研发铬盐多元复杂溶液体系中铝、钒脱除与资源化利用新方法、新技术。本论文基于铬盐多元复杂溶液体系硫酸中和过程原位生成的γ-AlOOH选择性吸附钒的原创发现,开展了大比表面介孔γ-AlOOH定向合成、高铬低钒溶液中V（Ⅴ）选择性吸附及原位合成-协同吸附等研究,提出了铝钒同步分离及资源化应用技术,从源头避免了含铬钒酸钙渣的产生,并建立了铝泥综合利用的新方法。本论文主要取得如下创新性成果:（1）构建了 NaAlO2和硫酸中和制备大比表面介孔γ-... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)北京市

【文章页数】：159 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
    1.1 研究背景
    1.2 铬资源概况
    1.3 传统铬盐生产工艺
        1.3.1 有钙焙烧法
        1.3.2 无钙焙烧法
        1.3.3 液相氧化法
    1.4 铬盐生产中铝、钒分离方法
    1.5 含铬铝泥和钒酸钙渣处理
        1.5.1 含铬铝泥的处理方法
        1.5.2 含铬钒酸钙渣的处理方法
    1.6 本论文的研究思路与研究内容
        1.6.1 研究思路
        1.6.2 研究内容
第2章 大比表面介孔γ-AlOOH的制备及其对V(V)的吸附研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验试剂与仪器
        2.2.2 实验过程
        2.2.3 分析方法
    2.3 大比表面介孔γ-AlOOH制备
        2.3.1 pH值对γ-AlOOH合成的影响
        2.3.2 反应温度对γ-AlOOH合成的影响
        2.3.3 反应时间对γ-AlOOH合成的影响
        2.3.4 酸浓度对γ-AlOOH合成的影响
    2.4 大比表面介孔γ-AlOOH表征
        2.4.1 物相表征
        2.4.2 形貌表征
    2.5 大比表面介孔γ-AlOOH形貌调控
    2.6 大比表面介孔γ-AlOOH对V(V)吸附研究
        2.6.1 初始pH值的影响
        2.6.2 反应温度的影响
        2.6.3 大比表面介孔γ-AlOOH对V(Ⅴ)的吸附热力学研究
        2.6.4 大比表面介孔γ-AlOOH对V(Ⅴ)的吸附动力学研究
    2.7 大比表面介孔γ-AlOOH对V(Ⅴ)的吸附机理研究
        2.7.1 FTIR测试分析
        2.7.2 XPS测试分析
    2.8 本章小结
第3章 原位合成γ-AlOOH—协同吸附V(Ⅴ)过程及机理研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验试剂与仪器
        3.2.2 实验过程
        3.2.3 分析方法
    3.3 大比表面介孔γ-AlOOH对V(Ⅴ)和Cr(Ⅴ)的竞争性吸附研究
        3.3.1 终点pH值影响
        3.3.2 反应温度影响
        3.3.3 钒铬竞争性吸附的热力学研究
        3.3.4 钒铬竞争性吸附的动力学研究
    3.4 钒铬竞争性吸附机理的研究
        3.4.1 ATR-FTIR分析
        3.4.2 XPS分析
    3.5 K_2CrO_4-KVO_3-KAlO_2-H_2O溶液中原位合成γ-AlOOH协同吸附V(Ⅴ)的研究
    3.6 本章小结
第4章 铬盐生产过程中铝钒同步脱除中试应用研究
    4.1 引言
    4.2 铬盐生产过程铝钒同步脱除中试扩大试验
        4.2.1 中试装置示意图
        4.2.2 中试工艺过程
        4.2.3 中试运行过程
        4.2.4 分析方法
        4.2.5 合成产物表征
        4.2.6 铬盐生产过程中铝钒同步脱除条件优化
        4.2.7 铝泥中Cr(Ⅵ)洗涤研究
        4.2.8 羟基铝泥中V(Ⅴ)脱附研究
        4.2.9 拟薄水铝石产品表征
    4.3 本章小结
第5章 连续化吸附提纯铬酸钠清洁化技术应用研究
    5.1 引言
    5.2 连续化吸附提纯铬酸钠清洁化技术中试扩大试验
        5.2.1 中试装置示意图
        5.2.2 中试工艺过程
        5.2.3 中试运行过程
        5.2.4 不同时间内浸出液中V(Ⅴ)、Al(Ⅲ)浓度变化
        5.2.5 合成产物表征
        5.2.6 V(Ⅴ)、Al(Ⅲ)脱除因素的影响
        5.2.7 中试连续化试验研究
        5.2.8 过滤性能分析
    5.3 本章小结
第6章 羟基铝泥资源化应用研究
    6.1 引言
    6.2 实验部分
        6.2.1 实验试剂与设备
        6.2.2 实验过程
        6.2.3 分析表征
    6.3 AF-γ-AlOOH复合材料吸附剂表征
        6.3.1 物性表征
        6.3.2 形貌表征
    6.4 AF-γ-AlOOH对Cr(Ⅵ)的吸附研究
        6.4.1 pH值的影响
        6.4.2 反应温度的影响
        6.4.3 Cr(Ⅵ)吸附的热力学
        6.4.4 Cr(Ⅵ)吸附的动力学
    6.5 Cr(Ⅵ)吸附机理的研究
    6.6 壳聚糖的分离和铝-铬鞣剂的制备
    6.7 在废水处理中的绿色应用
    6.8 本章小结
第7章 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 创新点
    7.3 展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于钒、铬回收和钙循环时的含铬钒渣安全利用（英文）[J]. 刘桂华,吴国玉,江海浪,齐天贵,彭志宏,周秋生,李小斌.  Journal of Central South University. 2018(10)
[2]世界铬矿资源需求分析及预测[J]. 张炜.  资源与产业. 2016(04)
[3]中国铬资源产业形势及其相关策略研究[J]. 曾祥婷,元春华,许虹,韩九曦,田尤.  资源与产业. 2015(03)
[4]铬盐生产中碱性液中和除铝工艺的研究[J]. 饶文龙,袁军,张富青,汪成成.  无机盐工业. 2015(05)
[5]铬渣解毒处理技术综述[J]. 宋玄,李裕,张茹.  广东化工. 2014(03)
[6]铬盐清洁生产工艺研究进展[J]. 张树龙,张焕祯,王智丽,王茜徵,王红曼.  无机盐工业. 2014(02)
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[8]煅烧-碱浸法从钒铬还原渣中分离回收钒铬[J]. 杨合,毛林强,薛向欣.  化工学报. 2014(03)
[9]熔融态钒渣氧化钙化后酸浸研究[J]. 李昆,宋文臣,郑权,李宏.  钢铁钒钛. 2013(05)
[10]铬铁矿加压碱浸氧化反应宏观动力学[J]. 张海,张小飞,徐红彬,张洋,张懿.  过程工程学报. 2013(03)

博士论文
[1]亚熔盐铬盐清洁生产工艺中产品工程应用基础研究[D]. 崔雯雯.中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所) 2019

硕士论文
[1]酸浸煤系高岭土制备γ-AlOOH及其吸附性能的研究[D]. 尹全来.内蒙古师范大学 2018
[2]含铬钒渣的综合利用研究[D]. 宋超.中南大学 2012
[3]铬盐生产中碱性液酸化及中和除铝的研究[D]. 张玉锋.中南大学 2011
[4]铬盐清洁工艺中铬酸钾—氯化钾的多元相平衡与相分离研究[D]. 谭志鹏.北京化工大学 2009



本文编号：3641965