【摘要】：鉀長(zhǎng)石是一種呈架狀結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽,其含有大量的硅和鋁。若僅作為鉀資源開(kāi)發(fā)利用,不僅經(jīng)濟(jì)效益低,而且生成的渣將造成環(huán)境的污染。本文以鉀長(zhǎng)石為研究對(duì)象,采用碳酸鈉中溫焙燒法進(jìn)行處理,設(shè)計(jì)了一條綜合利用硅、鋁、鉀和鈉的工藝。系統(tǒng)深入地研究了硅、鋁、鉀、鈉等有價(jià)元素在反應(yīng)中的物相轉(zhuǎn)變過(guò)程及走向,得到了鉀長(zhǎng)石中有價(jià)元素提取的理論及過(guò)程。研究的主要內(nèi)容及結(jié)論如下:1.通過(guò)熱力學(xué)分析,確定了碳酸鈉焙燒法從鉀長(zhǎng)石中提取二氧化硅的可行性。確定了碳酸鈉焙燒法提取二氧化硅的工藝,通過(guò)對(duì)焙燒和堿溶出兩個(gè)工序單因素及正交實(shí)驗(yàn),得到結(jié)論如下:在堿礦摩爾比1.2:1,反應(yīng)溫度875℃,反應(yīng)時(shí)間80 min,礦物粒度74～89 μm的焙燒條件下,二氧化硅的提取率達(dá)到98.13%;在溶出溫度95℃、溶出時(shí)間80 min、攪拌速度400 r/min、熟料粒度74～89 μm、氫氧化鈉溶液濃度0.2 mol/L的堿溶出條件下,二氧化硅的溶出率達(dá)到99%。2.通過(guò)對(duì)碳酸鈉中溫焙燒過(guò)程的研究,發(fā)現(xiàn)焙燒過(guò)程符合1-(1-α)1/3=kt方程。由Arrhenius方程得到反應(yīng)的表觀活化能為188.13 kJ/mol。焙燒反應(yīng)過(guò)程可描述為:1-(l-α)1/3 = 3.12×105×exp[-188130/(RT)]t3.通過(guò)對(duì)熟料溶出過(guò)程的研究,發(fā)現(xiàn)熟料溶出過(guò)程符合l-(l-α)1/3=kt方程。溶出過(guò)程分為溶出反應(yīng)前期和反應(yīng)后期兩個(gè)階段,由Arrhenius方程得到反應(yīng)的表觀活化能分別為15.24 kJ/mol,29.94 kJ/mol。溶出反應(yīng)過(guò)程可描述為:反應(yīng)前期:1-(1-α)1/3 = 7.074×exp[-15239/(RT)]t反應(yīng)后期:1-(1-α)1/3 = 2.18××10-2×exp[-29940/(RT)]t4.對(duì)焙燒熟料堿溶后得到的硅酸鈉溶液,采用分步碳分法制備超細(xì)二氧化硅。碳分條件:碳分終點(diǎn)pH值9.0,溫度50℃,CO2流速6mL/min,攪拌速度600 r/min,加入體積比1:9乙醇和水的混合溶液。二氧化硅的沉淀率可達(dá)99.8%,二氧化硅粉體粒度200 nm,符合HG/T3065-1999標(biāo)準(zhǔn)。5.研究了硅酸鈉溶液與氧化鈣反應(yīng)制備輕質(zhì)硅酸鈣產(chǎn)品的工藝。結(jié)果表明:在反應(yīng)溫度80℃,鈣硅摩爾比1:1,反應(yīng)時(shí)間40 min,攪拌速度500 r/min的條件下,二氧化硅的沉淀率可達(dá)99.28%。6.對(duì)堿溶渣采用酸化、水溶、沉鋁、堿溶、碳分等工序處理,提取制備高純氫氧化鋁、氧化鋁和氧化鐵,達(dá)到鋁和鐵與鉀、鈉分離的目的。綜合后的優(yōu)化工藝參數(shù)為:在酸礦摩爾比2.4:1、硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)90%、酸化時(shí)間5 min的酸化條件下,鋁提取可達(dá)到94.36%。在水溶溫度90℃、水溶時(shí)間10 min、液固比5.5:1、攪拌速度400 r/min的水溶條件下,鋁溶出率可達(dá)到99.21%。在溶液終點(diǎn)pH值4.8、沉鋁溫度50℃、陳化時(shí)間40min、碳酸鈉濃度300 g/L的沉鋁條件下,鋁沉淀率可達(dá)到99%。在溶液終點(diǎn)pH值14,堿溶溫度80℃,堿溶時(shí)間30 min的堿溶條件下,鋁溶出率達(dá)到99.42%,鐵去除率達(dá)到99.63%。在溶液終點(diǎn)pH值9.0,碳分溫度40℃,CO2流速選擇6 mL/min的碳分條件下,鋁沉淀率達(dá)到98.69%。7.利用沉鋁后得到的酸性溶液制備硫酸鉀、硫酸鈉和硫化鈉產(chǎn)品。采用分步結(jié)晶法制備硫酸鉀和硫酸鈉。結(jié)果表明:在結(jié)晶溫度40℃,攪拌速度400r/min,結(jié)晶時(shí)間4 h的條件下,硫酸鉀的結(jié)晶率可達(dá)88.17%;在結(jié)晶溫度10℃,攪拌速度400 r/min,結(jié)晶時(shí)間8 h的條件下,硫酸鈉的結(jié)晶率可達(dá)90.13%。采用煤炭、CO、H2還原法制備硫化鈉產(chǎn)品。結(jié)果表明:煤炭還原法制備硫化鈉,在硫酸鈉與煤炭摩爾比1:8,反應(yīng)溫度700℃,反應(yīng)時(shí)間5 h的條件下,硫酸鈉的轉(zhuǎn)化率可達(dá)82.13%;CO還原法制備硫化鈉,在反應(yīng)溫度675℃,反應(yīng)時(shí)間120min,料層厚度小于4 cm的條件下,硫酸鈉的轉(zhuǎn)化率可達(dá)93%;H2還原法制備硫化鈉,在反應(yīng)溫度610℃,反應(yīng)時(shí)間90 min,料層厚度小于2.5 cm的條件下,硫酸鈉的轉(zhuǎn)化率可達(dá)94.25%。本文以鉀長(zhǎng)石為研究對(duì)象,設(shè)計(jì)一條具有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的從鉀長(zhǎng)石中提取硅、鋁、鉀、鈉制備超細(xì)二氧化硅、高純氫氧化鋁、緊缺硫酸鉀和硫化鈉的工藝。整個(gè)過(guò)程無(wú)廢渣、廢氣、廢渣的排放,實(shí)現(xiàn)鉀長(zhǎng)石的高附加值綠色化綜合利用。
【圖文】：

測(cè)定條件為：使用Ｃｕ靶Ｋａ輻射，波長(zhǎng)１＝１．５４４４２６邋Ａ，工作電壓：４０邋ｋＶ，逡逑２０衍射角掃描范圍：１０°？９０°，掃描速度：０．０３３°／ｓ。鉀長(zhǎng)石的Ｘ射線分析圖譜逡逑見(jiàn)圖２．１。由圖２．１可知，鉀長(zhǎng)石中的主要物相組成是微斜長(zhǎng)石（ＫＡｌＳｉ３０８）、低鈉逡逑長(zhǎng)石（ＮａＡｌＳｉ３０８）和游離的石英形態(tài)的Ｓｉ０２，特征衍射峰尖銳，晶型較好。逡逑１逡逑１邋邐ＫＡｌＳｉ３0ｇ逡逑２邐邐ＮａＡｌＳｉ３0８逡逑３邋邐邋Ｓｉ0２逡逑２逡逑ｃ逡逑Ｏ逡逑ｉ邐ｉ邐■邐■邐ｉ邐ｉ邐垂逡逑１０邐２０邐３０邐４０邐５０邐６０邐７０邐８０邐９０逡逑２邋0邋ｌ（°）逡逑圖２．１鉀長(zhǎng)石的ＸＲＤ譜圖逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋ＸＲＤ邋ｐａｔｔｅｒｎ邋ｏｆ邋ｐｏｔａｓｈ邋ｆｅｌｄｓｐａｒ逡逑２．２．３微觀形貌分析逡逑米用ＳＳＸ－５５０型掃描電子顯微鏡和Ｕｌｔｒａ邋Ｐｌｕｓ型場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡對(duì)破碎研磨逡逑后的鉀長(zhǎng)石的微觀形貌進(jìn)行分析，測(cè)定條件為：工作電壓：１５邋ｋＶ，，加速電流：逡逑１５邋ｍＡ，工作距離：１７邋ｍｍ，分析結(jié)果如圖２．２所示。由圖２．２可知，鉀長(zhǎng)石顆粒逡逑呈類球狀，分布較為均R�，颗粒致密轻t(yī)銜嵊�。哇E玻澄醞跡玻玻ǎ猓┲鋅帕＝義閑泄�、铝、钾、念l拿嬪杞峁�。淤p跡玻晨芍�，矿捂y瀉寫罅康墓�、铝、钾辶x蝦蛻儼糠值哪

本文編號(hào)：2669188