本文關(guān)鍵詞：低品位非水溶性含鉀巖石復(fù)合助劑法提取鉀鹽工藝研究

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【摘要】：鉀是地殼中儲存非常豐富的堿金屬元素,它在自然界中的存在形式多種多樣,主要以化合物的形式存在。鉀資源對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著關(guān)鍵作用,主要分為水溶性鉀資源和非水溶性鉀資源兩大類。其中水溶性鉀資源是生產(chǎn)鉀鹽的主要來源,也是目前鉀肥生產(chǎn)的最重要原料,目前可利用的水溶性鉀資源主要有5種類型�？傮w來看,水溶性鉀資源儲量少且分布不均。但是,非水溶性鉀資源尤其是含鉀巖石儲量卻很豐富,而且分布廣泛、品質(zhì)優(yōu)良,主要包括鉀長石、明礬石、黑云母、霞石、白榴石,以及砂頁巖、正長巖、火山巖、板巖等等。因此,研究開發(fā)非水溶性鉀資源意義重大,首先可綜合利用我國的富鉀巖石資源以緩解我國鉀肥資源短缺的問題,其次可為實(shí)現(xiàn)我國鉀資源的可持續(xù)利用提供理論依據(jù)與科技支撐。處理含鉀巖石的傳統(tǒng)方法是高溫焙燒分解法,但是這種方法成本過高,加之帶來的環(huán)境污染問題,本文嘗試使用復(fù)合助劑法從非水溶性含鉀巖石中提取鉀鹽,該工藝流程短、能耗相對較低,同時保證了鉀的浸出率在90%以上。整個工藝流程主要包括三大步驟：(一)焙燒分解：非水溶性含鉀巖石與復(fù)合助劑充分混合均勻后于800℃焙燒,將不溶性的鉀離子轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄遭涬x子。(二)水洗浸出：焙燒分解工藝得到的渣相在80℃下以液固比1：1水洗2h,過濾得水洗渣與水洗液。(三)水洗液除雜、鈉鉀分離：首先除去水洗液中的鈣離子,然后通過結(jié)晶法(包括蒸發(fā)結(jié)晶法和醇結(jié)晶法)與陽離子交換樹脂法嘗試分離除鈣后的混合鹽溶液中的鈉離子和鉀離子,產(chǎn)品烘干即得到可溶性鉀鹽。本文系統(tǒng)研究了以非水溶性含鉀巖石(鉀長石、黑云母)為原料的復(fù)合助劑法提取鉀鹽新工藝的詳細(xì)過程,分析了焙燒溫度、焙燒時間、浸出溫度、浸出時間、液固比以及不同的助劑等因素對非水溶性含鉀巖石中鉀提取率的影響,同時對復(fù)合助劑法處理鉀長石的焙燒分解機(jī)理及水洗浸出工藝的動力學(xué)進(jìn)行了深入探討。主要研究內(nèi)容和成果如下：(1)對復(fù)合助劑焙燒工藝進(jìn)行探索優(yōu)化,確定較優(yōu)的焙燒分解工藝條件,同時探討焙燒過程的分解反應(yīng)機(jī)理,初步確定分解反應(yīng)規(guī)律。焙燒分解工藝優(yōu)化條件為：以鈣鹽(如：氯化鈣、碳酸鈣等)和鈉鹽(如：碳酸鈉、氯化鈉等)為復(fù)合助劑,焙燒溫度800℃,焙燒時間4 h。焙燒熱力學(xué)分解機(jī)理表明使用復(fù)合助劑法能夠降低含鉀巖石分解溫度、減少能耗。(2)對水洗浸出工藝進(jìn)行探索優(yōu)化,確定水洗浸出工藝的較優(yōu)反應(yīng)條件,同時對水洗過程中鉀的浸出規(guī)律進(jìn)行動力學(xué)探討,確定水洗浸出的分離規(guī)律。水洗浸出工藝優(yōu)化條件為：液固比1：1,反應(yīng)溫度80℃,反應(yīng)時間2 h。采用動力學(xué)方程對水洗浸出過程進(jìn)行線性擬合,結(jié)果表明水洗階段鉀的浸出主要受內(nèi)擴(kuò)散過程控制。(3)對水洗浸出液進(jìn)行除雜,并初步探索了除鈣后的混合鹽溶液中鈉離子和鉀離子的分離方法。向水洗浸出液中添加適量的碳酸鈉以除去水洗液中的鈣離子。將除鈣后的混合鹽溶液分別通過結(jié)晶法(蒸發(fā)結(jié)晶法和醇結(jié)晶法)與陽離子交換樹脂法進(jìn)行鈉鉀分離。結(jié)果表明：陽離子交換樹脂法分離效果較差；通過結(jié)晶產(chǎn)品的XRD譜圖可知,與蒸發(fā)結(jié)晶法相比,醇結(jié)晶法得到的產(chǎn)品氯化鉀的衍射峰增強(qiáng),氯化鈉的衍射峰減弱,因而醇結(jié)晶法分離效果優(yōu)于蒸發(fā)結(jié)晶法,但這兩種結(jié)晶方法均未將鈉離子和鉀離子完全分離。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD985

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