铵与镧在高岭土上的吸附解吸机理研究

发布时间：2020-11-06 08:28

　　 离子型稀土矿因其含有作为国家战略资源的中重稀土元素而备受关注,其中的稀土元素主要以离子相吸附在矿体细颗粒表面,目前主要采用硫酸铵溶液原地浸矿法进行开采,吸附在矿体细颗粒表面的稀土离子与溶液中的铵离子发生离子交换而进入溶液,含有稀土离子和铵离子的溶液在矿体内运动并不断和矿体颗粒发生相互作用,最后在矿山特定部位将浸矿母液收集并处理。因此,研究固体颗粒表面与溶液间稀土离子和铵离子的吸附解吸,及稀土离子和铵离子在固体颗粒表面的竞争吸附规律,对研究离子型稀土矿的资源开采和相关环境保护具有重要的理论与实践意义。本研究以硝酸镧、硫酸铵为吸附质,高岭土为吸附剂。首先,测定了与高岭土吸附性能相关的理化性质;接着,进行镧元素的批吸附实验及其连续提取的镧元素解吸实验;然后,进行铵离子的批吸附实验及其连续提取的铵离子解吸实验;最后,进行镧元素与铵离子在高岭土表面的竞争吸附实验。研究结果表明:(1)镧元素在高岭土表面的吸附随着溶液浓度的增加呈先上升,再平缓,再上升三个阶段。溶液pH从3增大到6,高岭土表面出现胶态相镧的最低镧离子浓度从9.95 mmol/L降低到2.69 mmol/L。根据“三相镧”的吸附解吸规律发现,水溶相稀土易吸附也易被水流解吸而难以成矿,胶态相稀土形成的需要在特定的条件下才能实现,因此现实中离子型稀土矿中的稀土元素以离子相为主。(2)氨氮在高岭土表面的吸附符合Langmuir等温吸附模型,可将其分为物理吸附、离子交换吸附与化学吸附。pH从3增大到6,物理吸附态、离子交换吸附态、化学吸附态的单位吸附量分别从0.2 umol/g增加到0.85 umol/g,0.7 umol/g增加到3.7 umol/g,0.6 umol/g增加到3.4 umol/g。pH通过影响高岭土表面的带电基团,从而影响了氨氮在高岭土表面的吸附量。(3)在溶液pH=3~6的条件下,进行铵离子与镧元素在高岭土表面的竞争吸附试验发现,往高岭土上加入铵离子与镧元素的顺序不同,高岭土对镧元素与铵离子的最大吸附量比值,即高岭土的吸附选择性系数α不同,这主要是因为先加入的阳离子优先占据了高岭土表面的空吸附位。在同时加入镧元素与铵离子的竞争吸附实验中,α=1.5,这表明相对于铵离子,高岭土对镧元素的吸附体现出一种选择优势。
【学位单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：X75
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 稀土元素在粘土矿物表面的吸附解吸规律研究
        1.2.2 氨氮在粘土矿物表面的吸附解吸规律研究
        1.2.3 阳离子在粘土矿物表面的竞争吸附研究
    1.3 研究内容
    1.4 技术路线
第二章 实验器材料、方法与结果整理方法
    2.1 实验材料
        2.1.1 高岭土
        2.1.2 硫酸铵
        2.1.3 硝酸镧
        2.1.4 其他实验辅助材料
    2.2 实验仪器与实验方法
    2.3 实验结果整理方法
        2.3.1 参数计算
        2.3.2 等温吸附模型拟合
第三章 稀土镧元素在高岭土表面的吸附解吸规律研究
    3.1 引言
    3.2 实验步骤
        3.2.1 等温吸附实验
        3.2.2 等温解吸实验
    3.3 实验结果
        3.3.1 镧元素吸附实验
        3.3.2 镧元素解吸实验
        3.3.3 上清液铝离子测试
    3.4 实验结果讨论
        3.4.1 pH对镧元素吸附解吸规律的影响
        3.4.2 胶态相镧的形成
        3.4.3 离子型稀土成矿机理探讨
    3.5 本章小结
第四章 氨氮在高岭土表面的吸附解吸规律研究
    4.1 引言
    4.2 实验步骤
        4.2.1 等温吸附实验
        4.2.2 等温解吸实验
    4.3 实验结果
        4.3.1 氨氮吸附实验
        4.3.2 氨氮解吸实验
    4.4 实验结果讨论
        4.4.1 pH对氨氮在高岭土表面吸附的影响
        4.4.2 氨氮在高岭土表面的吸附解吸机理
        4.4.3 离子型稀土矿山尾矿氨氮治理探讨
    4.5 本章小结
第五章 铵与镧元素在高岭土表面的竞争吸附研究
    5.1 前言
    5.2 实验步骤
        5.2.1 溶液配制
        5.2.2 同时加入铵根离子与镧离子的竞争吸附实验
        5.2.3 先加镧离子后加铵根离子的竞争吸附实验
        5.2.4 先加铵根离子后加镧离子的竞争吸附实验
    5.3 实验结果
4
+与La的竞争吸附-吸附质吸附性能比较'>        5.3.1 NH4
+与La的竞争吸附-吸附质吸附性能比较
4
+与La的竞争吸附-离子型稀土浸矿过程模拟'>        5.3.2 NH4
+与La的竞争吸附-离子型稀土浸矿过程模拟
4
+与La的竞争吸附-浸出液毛细上升过程模拟'>        5.3.3 NH4
+与La的竞争吸附-浸出液毛细上升过程模拟
    5.4 实验结果讨论
        5.4.1 pH对竞争吸附的影响
        5.4.2 高岭土对铵根离子与镧离子的吸附选择性
        5.4.3 单一吸附及竞争吸附比较
        5.4.4 离子型稀土矿浸矿机理探讨
    5.5 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间的研究成果

【参考文献】

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本文编号：2872901

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