半晶態(tài)硅酸鹽固液分離及介尺度下分子流動機理研究.pdf

1、天津大學(xué)博士學(xué)位論文半晶態(tài)硅酸鹽固液分離及介尺度下分子流動機理研究Mechanicalresearchofthesemicrystalline’?！?’一Calciumsilicateseparationandmoleculer‘●●●_migrationinmeSoscoPlC110W一級學(xué)科學(xué)科專業(yè)作者姓名指導(dǎo)教師天津大學(xué)化工學(xué)院2015年12月中文摘要隨著礦業(yè)和煤炭行業(yè)的發(fā)展進步，各種不同類型的半晶態(tài)硅酸鹽材料層出不窮，由于硅源的

2、提取工藝以及硅酸鹽的合成工藝直接影響了硅酸鹽材料的結(jié)晶狀態(tài)和分子結(jié)構(gòu)，進而會影響到固液分離效果。因此，研究宏觀水平的過濾效果、介尺度水平的濾餅結(jié)構(gòu)和毛細作用以及分子水平的結(jié)晶狀態(tài)的耦合機制，并結(jié)合介尺度流場下的分子遷移理論及模擬方法，揭示半晶態(tài)硅酸鹽材料的強化脫水機理，具有重要的理論意義和研究價值。本文針對高鋁粉煤灰顆粒的特殊結(jié)構(gòu)，即以莫來石和剛玉為基本構(gòu)架，表面包覆著大量的無定形硅，在充分利用工業(yè)廢熱的前提下，提出了溫度梯度脫硅工藝。

3、溫度梯度脫硅工藝原理是利用低溫反應(yīng)抑制高硅含量的羥基方鈉石的產(chǎn)生，進而將高鋁粉煤灰表面的非晶態(tài)硅充分脫除。應(yīng)用該工藝可將脫硅粉煤灰中的鋁硅比從192提高至251。由于溫度梯度脫硅工藝得到的脫硅粉煤灰過濾困難，為此本文進一步研究了添加表面活性劑的強化脫水工藝與機理。結(jié)果表明，在添加量為漿液質(zhì)量的06‰陽離子表面活性劑十六烷基三甲基氯化銨時，過濾速度可以提高至原來的2倍，濾餅含水率下降了13％左右。添加表面活性劑之所以能夠強化脫水，是由于脫

4、硅粉煤灰物料的分散度和濾餅毛細作用得到改善，同時水的表面張力得到降低，進而加速了濾餅孔道中的液體流動，最終改善了過濾效果。針對硅酸鈣水熱合成法生產(chǎn)工藝，研究了合成溫度和合成時間對結(jié)晶狀態(tài)的影響規(guī)律。通過跟蹤從滑『生硅酸鈣轉(zhuǎn)化為硬硅鈣石的過程，基于結(jié)晶狀態(tài)、微觀形貌以及化學(xué)成分分析構(gòu)建了硅酸鈣晶須的生長模型，該模型可用于指導(dǎo)不同結(jié)晶狀態(tài)硅酸鹽材料的過濾分離方法。依據(jù)硅酸鈣晶須生長模型，研究了鋁晶核促進硅酸鹽結(jié)晶過程的工藝，結(jié)果表明加入鋁晶

5、核后可以顯著提高結(jié)晶度，最高結(jié)晶度能夠達到95％左右。在此基礎(chǔ)上，從宏觀水平、介尺度水平和分子水平分析研究了結(jié)晶狀態(tài)與強化脫水之間的耦合作用機理。結(jié)果表明，半晶態(tài)硅酸鹽材料結(jié)晶的過渡階段，由于受到微觀形貌、層間水釋放、比表面積和水分賦存狀態(tài)的影響，具有較優(yōu)的過濾性能，而結(jié)晶狀態(tài)良好的硬硅酸鈣屬于難過濾的物料。在強化脫水過程中，分子水平的結(jié)晶狀態(tài)與宏觀水平的脫水效果之間的耦合可以通過介尺度水平的濾餅結(jié)構(gòu)進行研究，而處于介尺度條件下濾餅內(nèi)的