【摘要】：隨著我國原本相對短缺的可溶性鉀資源被過度開采而日漸枯竭,迫切需要研究新技術(shù)從我國儲量大的難溶性含鉀礦物中提取出可溶鉀元素,以保障我國農(nóng)業(yè)的進(jìn)一步快速發(fā)展。云母作為難溶性載鉀礦物中的一種,其鉀含量相對較高,儲量豐富。對其層間鉀離子的提取研究基本都集中在酸解、高溫焙燒等破壞性手段,不利于資源的充分利用。本文以水云母和黑云母作為提鉀研究對象,利用氧化-離子交換法在保證云母層狀結(jié)構(gòu)的前提下從云母層間提取出可溶性鉀離子。首先通過元素分析、XRD和FT-IR等表征手段研究云母原礦的結(jié)構(gòu)特征,判定水云母為羥基型白云母,黑云母為含氟型黑云母。然后通過對比試驗確定了氧化-離子交換法從云母提鉀過程中的最佳反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、稀鹽酸用量以及交換陽離子種類和濃度等工藝條件,并對提鉀后的產(chǎn)物進(jìn)行XRD、FT-IR、XPS和穆斯堡爾譜表征,分析提鉀產(chǎn)物的晶面距變化、價鍵振動模式和八面體位元素價態(tài)變化。依據(jù)提鉀過程中云母微觀結(jié)構(gòu)變化提出氧化-離子交換法從云母中提鉀的“庫倫效應(yīng)”機(jī)理。具體的研究內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)水云母提鉀實驗中,對于Mg、Ca、Sr、Ba四種交換陽離子,Ba對云母層間鉀離子的置換率最高;在30 80℃的反應(yīng)溫度范圍內(nèi),隨著溫度升高,提鉀率先上升后下降,在45℃時達(dá)到峰值;在0.5-4 h的反應(yīng)時間內(nèi),隨著反應(yīng)時間的增加提鉀率逐漸升高后又呈現(xiàn)下降趨勢;在0.25-1.75 mol/L的Ba~(2+)濃度區(qū)間上,飽和鋇離子溶液的提鉀率最高;對離子交換過程中進(jìn)行氧化處理能進(jìn)一步提高提鉀率。經(jīng)過氧化-離子處理后的水云母的層狀結(jié)構(gòu)保持不變,八面體位的低價元素V~(3+)和V~(4+)被氧化為高價V~(5+)。(2)黑云母提鉀實驗中,氧化作用對提鉀率的提高更為明顯。在30-60℃的反應(yīng)溫度區(qū)間內(nèi),溫度和提鉀率呈正相關(guān),其比例系數(shù)為K_1,在60-90℃內(nèi),溫度和提鉀率也呈正相關(guān),比例系數(shù)為K_2,K_2K_1,比例系數(shù)變大;隨著鹽酸量的增加,反應(yīng)液pH值的降低,提鉀率先上升后下降;在3-24 h的連續(xù)反應(yīng)時間內(nèi),提鉀過程呈現(xiàn)兩種效應(yīng):“空位效應(yīng)”和“阻塞效應(yīng)”,兩種效應(yīng)交替主導(dǎo)作用使提鉀率與反應(yīng)時間的關(guān)系曲線呈雙峰型變化,峰值點在(9 h,37.2%)和(15 h,42.3%),間隔約6 h;采用分次提取,及時移除溶液中提取出來的K~+,能減弱“阻塞效應(yīng)”的作用效果,使得提鉀率與時間的關(guān)系曲線為“漸升”型,四次提鉀后提鉀率能達(dá)到92.1%。(3)氧化-離子交換法從黑云母中提鉀,氧化過程主要是黑云母八面體結(jié)構(gòu)層的Fe~(2+)被強(qiáng)氧化性的硝酸氧化為Fe~(3+),隨著氧化程度的加深,部分Fe~(3+)會逸出黑云母晶格形成八面體空位,受部分Fe~(3+)的析出影響,M1、M2兩種不同八面體結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)生鐵離子占位重組,表現(xiàn)為對M1八面體的優(yōu)先占位;鋇鉀交換發(fā)生在黑云母層間,為一動態(tài)可逆過程,鋇離子的進(jìn)入會在黑云母層間形成一層間距略高于黑云母層間距的蛭石型晶層結(jié)構(gòu),同時會在云母層間產(chǎn)生空位。黑云母四面體層受上述氧化過程和鋇鉀交換過程的空位畸變影響,振動模式由以平面振動為主轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪狈较虻恼駝痈鼮閯×摇?4)在不破壞云母層狀結(jié)構(gòu)前提下氧化-離子交換法從云母中提鉀的機(jī)理為:云母八面體位可被氧化陽離子(Fe~(2+)、V~(3+)、V~(4+))被氧化成高價,從而降低云母中由于鋁代硅造成的硅氧四面體層電負(fù)性,削弱層間K~+受到的庫倫力束縛,利用這種“庫倫效應(yīng)”,提高交換陽離子的提鉀能力。
【圖文】：

狀硅酸鹽包含很多不同族系礦物，比如滑石族、云母族、高嶺石族和蒙脫石族等等，而根據(jù)四面體層中鋁代硅現(xiàn)象的有無以及比例的大小和層間陽離子狀態(tài)的不同等等，云母族礦物和其它層間礦物區(qū)分開來，屬于一支獨立而特點鮮明的礦物支系。比如較之滑石族礦物，云母族礦物四面體層中有 1/4 的 Si 被 Al 所取代，，較之高嶺石礦物，云母片層為 TOT型，層間有陽離子(如 K+)存在，以離子鍵形式與云母片層緊密聯(lián)結(jié)[58,59]。云母結(jié)構(gòu)示意圖可見圖 1-1。

其中依據(jù)羥基的相對位置的不同可以分為 M1 型空位(相對對角)和 M2 型空位(相鄰對角)，見圖1-2，空隙中會填充有不同種類不同比例的陽離子，稱之為八面體層(O)。M1 和 M2 空位中的鐵離子可用穆斯堡爾譜效應(yīng)測定，詳見本文 4.5.3.2節(jié)。
【學(xué)位授予單位】：武漢工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TF826.1

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 許孫曲;用離子交換法從富鋅廢液中回收鋅[J];礦產(chǎn)保護(hù)與利用;2003年04期

2 ;離子交換法制硝酸鉀[J];山西化工;1977年01期

3 ;用離子交換法測定磷礦中磷的含量[J];化學(xué)通報;1960年03期

4 吳生貴;鄧汝溫;陳佩珍;;離子交換法提制高純氧化鈹?shù)难芯縖J];蘭州大學(xué)學(xué)報;1964年01期

5 ;用離子交換法處理鍍鉻廢水[J];遼寧化工;1977年04期

6 ;離子交換法制備硝酸鉀[J];云南化工技術(shù);1980年03期

7 李國慶;;離子交換法[J];海水淡化;1980年01期

8 吳本梅,段煒,袁玉琴,李立敏,陳澤民;離子交換法制備硝酸鉀的研究[J];無機(jī)鹽工業(yè);1985年01期

9 張效田;李相武;;離子交換法制備硝酸鈉的研究[J];河北化工;1986年04期

10 常增有;;離子交換法分離鋯和鉿[J];湖南有色金屬;1987年03期

相關(guān)會議論文 前5條

1 孫曉瓏;;離子交換法處理高含量三甲胺廢水的研究[A];中國水污染防治技術(shù)裝備論文集（第八期）[C];2002年

2 張娜;劉吉平;王銀杰;李燕月;高萍;;離子交換法分離硼同位素的研究進(jìn)展[A];中國化學(xué)會第二十五屆學(xué)術(shù)年會論文摘要集（下冊）[C];2006年

3 李翠;李鴻NB;張濤;謝兵;;離子交換法分離溶液中釩與鉻的研究[A];第二屆釩產(chǎn)業(yè)先進(jìn)技術(shù)交流會論文集[C];2013年

4 黃俊健;袁宇峰;涂偉霞;;微波水熱離子交換法制備鍺酸鋅納米光催化劑[A];中國化學(xué)會第29屆學(xué)術(shù)年會摘要集——第37分會：能源納米科學(xué)與技術(shù)[C];2014年

5 黃成通;;鎢的離子交換新技術(shù)的發(fā)展[A];中國鎢工業(yè)回顧與展望研討會論文集[C];1993年

相關(guān)重要報紙文章 前3條

1 姚海飛;江西理工大學(xué)首創(chuàng)離子交換法[N];中國有色金屬報;2006年

2 盧志勇;廈鎢十年節(jié)約十座礦山[N];中國環(huán)境報;2006年

3 南風(fēng);裝置不宜新建 技改迫在眉睫[N];中國化工報;2001年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 周瑞興;連續(xù)逆流離子交換法回收廢水中硒的過程模擬和優(yōu)化[D];華南理工大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 李紫謙;氧化—離子交換法從云母中提鉀工藝及其機(jī)理研究[D];武漢工程大學(xué);2017年

2 陽亞玲;釩渣浸出液的鉻分離及純化[D];吉首大學(xué);2015年

3 馬堂文;離子交換法2,4-D酸生產(chǎn)廢水中鹽減量實驗研究[D];南京大學(xué);2014年

4 陸勇祺;離子交換法制備載銀型高強(qiáng)度抗菌玻璃及性能研究[D];中國建筑材料科學(xué)研究總院;2016年

5 曹春萍;化學(xué)沉淀—離子交換法處理含鋁有機(jī)酸廢水[D];中國石油大學(xué)(華東);2015年

6 王振玉;離子交換法去除氰化循環(huán)用水中金屬雜質(zhì)離子的研究[D];山東理工大學(xué);2010年

7 陳志剛;離子交換法生產(chǎn)鉬酸銨工藝研究[D];中南大學(xué);2008年

8 費宇雷;離子交換法脫除地下水中的硝酸鹽[D];華東理工大學(xué);2011年

9 張曉瑞;離子交換法去除原水中六價硒[D];昆明理工大學(xué);2011年

10 金倩楠;強(qiáng)電場再生離子交換法資源化處理含Cr（Ⅵ）廢水[D];浙江大學(xué);2010年

本文編號：2700440