钾长石提铝新工艺研究

发布时间：2020-07-13 10:56

【摘要】：我国作为氧化铝生产大国,氧化铝产能约占全球的53%,且比例不断扩大。但我国铝土矿资源短缺,每年需要从国外进口大量的铝土矿以满足氧化铝工业的生产需求,目前对外依存度已高达50%,一定程度上影响了我国氧化铝工业的可持续发展。因此综合利用非铝土矿资源提取氧化铝已成为研究的热点内容之一。我国钾长石储量大,分布广,国内开展了大量提钾相关工艺的研究,主要集中在钾肥和建筑材料领域,忽略了钾长石中铝、硅元素的高值利用。如果在提钾的基础上能够对铝硅资源进行回收,在缓解我国钾盐供应不足的同时也可为氧化铝的生产原料开辟新途径,具有较好的潜在经济价值和显著的社会效益。本文结合钾长石的特点,提出了一种利用氢氧化钾活化钾长石与无机酸浸出相结合综合利用钾长石的新工艺。以氧化铝的提取率为参考目标,分析了钾长石分解热力学特性,重点考察了活化温度、活化时间、氢氧化钾浓度和过量率对钾长石浸出过程的影响。运用最小二乘法原理,求取了反应体系溶出钾长石过程的动力学函数。初步分析了氢氧化钾活化钾长石的机理。采用响应曲面法中心复合设计对活化工艺条件进行了优化。结果表明:提高反应体系温度有利于活化反应进行,酸浸过程推动力大,铝和钾以离子形式进入液相,固相产物为二氧化硅。提高活化温度、浓度、时间和过量率均可明显提高氧化铝的提取率。反应体系动力学方程的积分机制可用收缩未反应芯模型进行表述,确定的反应表观活化能为65.97KJ/mol,浸出过程的控速步骤为化学反应。影响氢氧化钾活化钾长石的主要因素为活化温度,其次为活化时间、浓度和过量率,获得的最佳工艺条件为:活化温度279.3℃,活化时间143.1min,浓度45%,过量率90%,该条件下氧化铝的提取率可达99.28%。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ133.1
【图文】：

钾长石

沈阳工业大学硕士学位论文四面体会相互连接构成多个四方环，环与环之间沿着 a 轴构。链与链之间进一步的相互连接，于是在三维空间上形-四面体中会有四分之一的 Si 原子被 Al 原子置换，因为铝同，所以一部分氧原子会产生不饱和的键合轨道，导致晶使钾长石晶体能够达到电性平衡，又由于钾长石四方环与离子引入并且存在于网状结构的间隙中，从而保证了整个引入起到离子键作用把带电价的络阴离子团连接起来[18, 19构排列及其紧密，导致其化学性质稳定，常温常压下很难意图如图 1.1 所示。

熔盐炉

图 2.2 熔盐炉Fig. 2.2 Molten salt furnace法衍射测试衍射仪型号为 XRD-7000，产于日本岛津公司。其辐射源、材料、扫描角度和扫描速度分别为λ=0.1541nm 的 CuKα、40和 8o/min，且测试在室温条件下进行。将测得的衍射数据与 J定样品的晶体结构和物相组成。红外光谱测试傅立叶变换红外光谱仪型号为 Bruker-IF-S66V。测试样品前放于 90℃的烘箱中干燥两小时，然后取出研磨至细粉状态。品片，测试的范围和测试的分辨率分别为 4000-400cm-1和 4c温。该测试是为了检测样品的官能团，从而观察样品的结构变

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石的化学成分采用波谱式 XRF 进行分析，其主要化学组成如表 3，钾长石主要由二氧化硅、氧化铝和氧化钾组成，其中二氧化硅氧化铝的含量为 17.29%、氧化钾的含量为 15.90%，三者的质量分氧化钾、氧化铝和二氧化硅中主要元素的摩尔比 K：Al：Si：O=1断原料的分子式为 KAlSi3O8，为钾长石的化学式。石的 XRD 如图 3.1 所示。由图 3.1 可知，原料的主要物相为分子式是石。由 JCPDF 卡片可知晶胞参数为：a=8.56，b=12.97，c=7.21，γ=89.0°，因此试验所用的钾长石属于三斜晶系，密度为 2.56g/cm试验所用的原料是纯度较高的钾长石，杂质含量较少。表 3.1 钾长石主要化学成分（wt.%）Tab. 3.1 Composition of K-feldspar（wt.%）Al2O3K2O Fe2O3Na2O 17.29 15.90 0.92 0.87

【参考文献】