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研究生: 何清林
Ho, Ching-Lin
論文名稱: 水庫淤泥以酸液淋洗之研究-石門水庫
The Study of Reservoir Silt Acid leaching - Sheihmen Reservoir
指導教授: 申永輝
Shen, Yun-Hwei
學位類別: 博士
Doctor
系所名稱: 工學院 - 資源工程學系
Department of Resources Engineering
論文出版年: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 122
中文關鍵詞: 黏土礦物淤泥淋洗動力學表面積
外文關鍵詞: clay minerals, silt, leaching, kinetics, surface area
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  • 本實驗以石門水庫淤泥,以不同酸液作不同條件淋洗(leaching)實驗,做動力學初步探討之研究,得知其為一階化學反應控制,而以硫酸、鹽酸及硝酸之活化能分別為9.8kj/mol、8.7 kj/mol、17.3 kj/mol。由XRD分析經長時間酸淋洗後之變化。而由BET結果得知表面積會增大。實驗結果得知表面積從20 m2/g分別增加為78 m2/g、67.5 m2/g、76.5 m2/g。
    之後在不同條件下(溫度、濃度) 淋洗石門水庫淤泥來進一步探討淤泥的動力學。發現溶出率會隨著時間、溫度以及淋洗劑濃度的增加而增加。且在實驗中發現,在經酸淋洗後,粒徑變小,粒徑有均勻化之現象,表面積也會增加。而經XRD分析,在一小時淤泥中的綠泥石的繞射峰在淋洗後消失了,鐵的溶出量約為80%。
    在動力學方面探討水庫淤泥的淋洗反應。依實驗結果,以淤泥溶出率代入求得為一階化學反應控制,其活化能為17 kj/mol。

    This preliminary study focuses on the experiments of using different acid leaching under various conditions for Shihmen Reservoir silt and explores its kinetics as well. The experimental results reveal a first-order chemical reaction control and their activation energies of sulfuric acid, hydrochloric acid and nitric acid are 8kj/mol, 8.7 kj / mol, 17.3 kj / mol. Besiudes, the BET surface area also increases. Specifically, it leads to an increase from 20 m2 / g to 78 m2 / g, 67.5 m2 / g, 76.5 m2 / g.
    Under various conditions of temperature or concentration, Shihmen silt was leached to further probe the kientics of silt . The one result shows that dissolution rate increases in line with time, temperature, and eluent concentration. Moreover, another result shows that the particle size turns smaller into a phenomenon of uniformity of particle size, and specific surface area increases too, Plus, through XRD analysis, the diffraction peaks of chlorite disappeared after leaching within one hour, the dissolution amount of iron is about 80%.
    Last, the exploration of leaching reaction of sediment was done in terms of the kinetics. One experimental result yields a first-order chemical reaction by the substitution of dissolution rate. The activation energy with chemical reaction is 17 kj/mol.

    目錄 摘要 I Abstract II 致謝 III 目錄 IV 表目錄 VI 圖目錄 VII 圖目錄 VII 第一章 緒論 1 1-1研究背景 1 1-2研究動機及目的 7 1-3前人研究 10 1-4石門水庫疏濬 12 1-5研究架構及內容 15 第二章 文獻回顧與理論基礎 16 2-1水庫淤泥之性質 16 2-2黏土礦物 19 2-3文獻回顧 22 2-4淋洗動力學 24 第三章 實驗步驟與方法 28 3-1實驗材料來源 28 3-2水庫淤泥之化學性質 29 3-3淋洗實驗 32 3-4反應動力學探討 33 3-5實驗之儀器設備 34 3-6實驗之藥品 36 3-7淋洗研究 37 第四章 結果與討論 38 4-1數據分析之品質保證與品質管理(Quality Assurance and Quality Contrl QA/QC) 38 4-2 SEM 40 4-3粒徑分析 42 4-4 XRD 44 4-5不同條件淋洗 45 4-6不同離子淋洗之溶出情形 50 4-7淋洗動力學 67 4-8表面積 81 第五章 結論 85 第六章 建議 88 參考文獻 89 表目錄 Table 1-1 石門水庫集水區面積範圍表 2 Table 1-2 地層表性特徵表 4 Table 1-3 石門水庫淤積統計表 8 Table 2-1 石門水庫淤泥化性組成 17 Table 2-2 淤泥化學特性 17 圖目錄 圖1-1 石門水庫集水區行政區域圖 3 圖2-1 大桶山地質圖 16 圖2-2 綠泥石之示意圖 20 圖2-3 伊萊石結構示意圖 21 圖2-4 progressive-conversion model 25 圖2-5 shrinking-core model 26 圖2-6 SCM之三種模式圖 27 圖3-1 石門水庫及後池堰相關位置圖 28 圖4-1 石門水庫淤泥未Leach 前之SEM圖 40 圖4-2 經5N H2SO4 Leached後之SEM圖 41 圖4-3 水庫淤泥Leach前粒徑分析圖 42 圖4-4 水庫淤泥70℃Leached後粒徑分析圖 42 圖4-5 水庫淤泥90℃Leached後粒徑分析圖 43 圖4-6 石門水庫淤泥XRD圖 44 圖4-7 以5N之H2SO4 leached不同溫度之XRD比較圖 45 圖4-8 以5N之HCl leached不同溫度之XRD比較圖 46 圖4-9 以5N之HNO3 leached不同溫度之XRD比較圖 47 圖4-10 以5N之H2SO4 leached不同時間之XRD比較圖 48 圖4-11 以5N之HCl leached不同時間之XRD比較圖 48 圖4-12 以5N之HNO3 leached不同時間之XRD比較圖 49 圖4-13 以H2SO4 在不同溫度leached之Al濃度比較圖 50 圖4-14 以HCl 在不同溫度leached之Al濃度比較圖 51 圖4-15 以HNO3 在不同溫度leached之Al濃度比較圖 51 圖4-16 以5N HCl leached不同溫度之Al濃度比較圖 52 圖4-17 以5N HNO3 leached不同溫度之Al濃度比較圖 52 圖4-18 以5N H2SO4 leached不同溫度之Al濃度比較圖 53 圖4-19 以90℃ leached不同時間之Al濃度比較圖 53 圖4-20 以90℃ leached不同時間之Fe濃度比較圖 54 圖4-21 以90℃ leached不同時間之Na濃度比較圖 55 圖4-22 以90℃ leached不同時間之Mg濃度比較圖 55 圖4-23 以90℃ leached不同時間之K濃度比較圖 56 圖4-24 以90℃ leached不同時間之Si濃度比較圖 56 圖4-25 以HCl 在90℃ leached不同時間之Al濃度比較圖 57 圖4-26 以H2SO4 在90℃ leached不同時間之Al濃度比較圖 57 圖4-27 以HNO3 在90℃ leached不同時間之Al濃度比較圖 58 圖4-28 以H2SO4在90℃ leached不同時間之Fe濃度比較圖 58 圖4-29 以HCl在90℃ leached不同時間之Fe濃度比較圖 59 圖4-30 以HNO3在90℃ leached不同時間之Fe濃度比較圖 59 圖4-31 以H2SO4在90℃ leached不同時間之Mg濃度比較圖 60 圖4-32 以HCl在90℃ leached不同時間之Mg濃度比較圖 60 圖4-33 以HNO3在90℃ leached不同時間之Mg濃度比較圖 61 圖4-34 以H2SO4在90℃ leached不同時間之Si濃度比較圖 61 圖4-35 以HCl在90℃ leached不同時間之Si濃度比較圖 62 圖4-36 以HNO3在90℃ leached不同時間之Si濃度比較圖 62 圖4-37 以H2SO4在90℃ leached不同時間之K濃度比較圖 63 圖4-38 以HCl在90℃ leached不同時間之K濃度比較圖 64 圖4-39 以HNO3在90℃ leached不同時間之K濃度比較圖 64 圖4-40 以H2SO4在90℃ leached不同時間之離子濃度比較圖 65 圖4-41 以HCl在90℃ leached不同時間之離子濃度比較圖 65 圖4-42 以HNO3在90℃ leached不同時間之離子濃度比較圖 66 圖4-43 以H2SO4 leached 之ln K vs 1/T 圖 68 圖4-44 以HNO3 leached之ln K vs 1/T 圖 68 圖4-45 以HCl leached之ln K vs 1/T 圖 69 圖4-46 5N H2SO4 25℃ Leached Al溶出與時間圖 71 圖4-47 5N H2SO4 50℃ Leached Al溶出與時間圖 71 圖4-48 5N H2SO4 70℃ Leached Al溶出與時間圖 72 圖4-49 5N H2SO4 90℃ Leached Al溶出與時間圖 72 圖4-50 ln k vs 1/T 73 圖4-51 5N HNO3 25℃ Leached Al溶出與時間圖 73 圖4-52 5N HNO3 50℃ Leached Al溶出與時間圖 74 圖4-53 5N HNO3 70℃ Leached Al溶出與時間圖 75 圖4-54 5N HNO3 90℃ Leached Al溶出與時間圖 75 圖4-55 ln k vs 1/T 76 圖4-56 5N HCl 25℃ Leached Al溶出與時間圖 77 圖4-57 5N HCl 50℃ Leached Al溶出與時間圖 77 圖4-58 5N HCl 70℃ Leached Al溶出與時間圖 78 圖4-59 5N HCl 90℃ Leached Al溶出與時間圖 79 圖4-60 ln k vs 1/T 79 圖4-61 5N H2SO4 Leached之表面積與時間圖 81 圖4-62 5N HCl Leached之表面積與時間圖 81 圖4-63 5N HNO3 Leached之表面積與時間圖 82 圖4-64 90℃ Leached之表面積與時間圖 82 圖4-65 70℃ Leached之表面積與時間圖 83 圖4-66 50℃ Leached之表面積與時間圖 83 圖4-67 25℃ Leached之表面積與時間圖 84

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