非水溶性钾矿熔浸提钾及副产品高值化技术研究

发布时间：2020-08-19 10:06

【摘要】：我国可溶性钾资源匮乏,钾肥对外依存度高,严重威胁粮食生产安全。但我国非水溶性钾矿资源极为丰富。目前利用非水溶性钾资源生产钾肥的瓶颈,主要是能耗高、资源利用率低、副产品附加值不足等,导致生产中经济效益不够。为降低非水溶性钾盐的提钾成本,实现资源的综合利用,本课题以贵州铜仁地区的钾长石矿为原料,探索优化“助剂焙烧-水浸提钾”的熔浸提钾工艺,并利用提钾尾渣合成了方钠石沸石分子筛和一种轻质吸声材料,实现了工艺的闭路循环和资源的综合利用,在此基础上对长石-沸石类矿物晶相之间的转变机制进行了研究,提出了长石类同源结构的遗传效应理论,以期为长石类矿产资源的开发利用,提供技术与理论上的有利支撑。主要取得了以下成果:1.探索了复合助剂种类、原料粒度、空气流量以及配料中加入无烟煤等因素对熔浸提钾过程的影响。在优选条件下,钾提取率可稳定在90%以上,最高可达95.48%。实验表明,将Na_2CO_3引入Ca Cl_2体系可大大降低Ca Cl_2用量,并显著提高钾提取率,其原因是:Na的存在可以降低熔盐体系熔点,进而降低反应温度、减小能耗,且Na可以避开高浓度的Ca~(2+)浓度梯度,直接与K~+发生交换。2.以钾长石提钾尾渣为唯一硅源和铝源,水热合成了方钠石和钙霞石。在温度80~180℃、时间3~48 h、Na OH浓度大于10%的范围内可以合成方钠石。继续升高温度和延长时间,方钠石可向钙霞石转变。添加适量的铝源或HF可以强化方钠石的晶化过程。其中,添加HF制得的方钠石对K~+有良好的选择性吸附性能:室温20℃左右时,K~+吸附容量为47.12 mg/g,几乎不吸附Na~+。3.利用提钾尾渣合成了一种轻质吸声材料,密度为1.12 g/cm~3。该材料同时具有多孔吸声材料和共振吸声材料的特点,具有优良的中高频吸声性能,800 Hz以上中高频声波吸收系数大于0.6,1200 Hz左右频率的声波吸收系数大于0.95。4.提出了长石骨架结构的“同源性遗传效应理论”和“Al-O-Si结构中Si-O键优先断裂”的骨架解构原则。长石骨架结构十分稳定,在熔浸提钾、水热晶化、高温烧结过程中,其4、6元环基本结构保持不变,仅随反应状态不同,发生程度不一的解构重组。该理论可以解释地质条件下长石与沸石的共生转化现象,可为长石类矿物资源的勘探开发及高值化利用提供理论支撑。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TF826.1
【图文】：

晶体结构,论文结构,替代现象,长石矿物

论文结构与性质本结构]由基本的硅铝氧四面体组成。四面体结构由四个构成，每两个四面体共用一个氧原子，最终形成Ca2+、Ba2+等阳离子充填在空隙中进行中和。这，具有较大的流动性，因此长石矿物发育过程，象替代现象。长石的晶体结构如图 1.1 所示[13]。

示意图,双曲柄,长石,顶点

图 1.1 长石的晶体结构Fig.1.1 The crystal structure of potash feldspar的结合方式特征为：每个顶点上的“-O-”只能只能共用一个顶点而不能共用棱或面；Si 可以l，但一般不能形成 Al-O-Al。，为长石结构的双曲柄链模型示意图[12]。

示意图,钙长石,钾长石,骨架结构

第一章绪论由图 1.2 可知，四面体结构单元交错连接形成“双轴链”，每个链由相互平行的环构成，两个环的指向不同。K+、Na+、Ca2+、Ba+离子占据网络结构的空隙，分别形成钾长石（K(AlSi3O8)）、钠长石（Na(AlSi3O8)）、钙长石（Ca(Al2Si2O8)）、钡长石（Ba(Al2Si2O8)）四种天然长石，其中钾长石和钡长石为正长石系，晶体结构为单斜晶系，配位数 8；钠长石和钙长石为斜长石系，晶体结构为三斜晶系，配位数 9。钡长石比较罕见，在此不予以讨论。图 1.3 所示为钾长石和钙长石的骨架结构示意图[12]。

【参考文献】