油页岩渣是油页岩干馏提油或直接燃烧后的无机矿物质,如何处理大量排放的油页岩渣已经成为油页岩开发的主要瓶颈。本文分析了油页岩渣的物理化学性质,并基于其特性提出将油页岩渣作为原料分离提取其富集化合物和制备硅肥两种利用方法。分析对比两种方法的优劣,本文最终确定了制备硅肥这一比较合理的利用途径。 通过SEM图谱扫描和XRD图谱分析这两种测量手段,本文首先分析了油页岩渣的物化特性和表面结构特性。油页岩渣主要化学元素组成为O、Si、Al、Fe、K、Na、Mg、C等;主要矿物晶相为石英及其同质异构体;微观表面结构为多孔结构。 本文分别建立富集化合物分离过程和硅肥制备过程的热力学模型和动力学模型。通过分析热力学模型研究得出油页岩渣的两种利用方法的可行性。分离过程中涉及的化学反应在标准状态下可以发生;硅肥制备过程中涉及的Na2CO3和SiO2的化学反应需要在高于308℃的温度条件下才能发生。通过分析动力学模型得出油页岩渣制备硅肥过程中硅的活化率随温度升高而增大,并随加热时间延长而增大。 为了验证理论模型分析结果的正确性,本文采用了实验试制的方法。首先,通过理论分析提出分离工艺,并采用酸浸和碱溶的方法逐级分离油页岩渣中的富集化合物。其次,采用油页岩渣添加Na2CO3活化剂并加热后试制硅肥的试验方法,得到油页岩渣中硅的活化率随温度和时间的变化。在考虑高温熔融和活化剂熔点的情况下,最终确定了600℃加热3h的合理温度制备条件。