【摘要】：鉀長石是一種呈架狀結構的鋁硅酸鹽,其含有大量的硅和鋁。若僅作為鉀資源開發(fā)利用,不僅經(jīng)濟效益低,而且生成的渣將造成環(huán)境的污染。本文以鉀長石為研究對象,采用碳酸鈉中溫焙燒法進行處理,設計了一條綜合利用硅、鋁、鉀和鈉的工藝。系統(tǒng)深入地研究了硅、鋁、鉀、鈉等有價元素在反應中的物相轉變過程及走向,得到了鉀長石中有價元素提取的理論及過程。研究的主要內(nèi)容及結論如下:1.通過熱力學分析,確定了碳酸鈉焙燒法從鉀長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,通過對焙燒和堿溶出兩個工序單因素及正交實驗,得到結論如下:在堿礦摩爾比1.2:1,反應溫度875℃,反應時間80 min,礦物粒度74～89 μm的焙燒條件下,二氧化硅的提取率達到98.13%;在溶出溫度95℃、溶出時間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到99%。2.通過對碳酸鈉中溫焙燒過程的研究,發(fā)現(xiàn)焙燒過程符合1-(1-α)1/3=kt方程。由Arrhenius方程得到反應的表觀活化能為188.13 kJ/mol。焙燒反應過程可描述為:1-(l-α)1/3 = 3.12×105×exp[-188130/(RT)]t3.通過對熟料溶出過程的研究,發(fā)現(xiàn)熟料溶出過程符合l-(l-α)1/3=kt方程。溶出過程分為溶出反應前期和反應后期兩個階段,由Arrhenius方程得到反應的表觀活化能分別為15.24 kJ/mol,29.94 kJ/mol。溶出反應過程可描述為:反應前期:1-(1-α)1/3 = 7.074×exp[-15239/(RT)]t反應后期:1-(1-α)1/3 = 2.18××10-2×exp[-29940/(RT)]t4.對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二氧化硅。碳分條件:碳分終點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99.8%,二氧化硅粉體粒度200 nm,符合HG/T3065-1999標準。5.研究了硅酸鈉溶液與氧化鈣反應制備輕質(zhì)硅酸鈣產(chǎn)品的工藝。結果表明:在反應溫度80℃,鈣硅摩爾比1:1,反應時間40 min,攪拌速度500 r/min的條件下,二氧化硅的沉淀率可達99.28%。6.對堿溶渣采用酸化、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)量分數(shù)90%、酸化時間5 min的酸化條件下,鋁提取可達到94.36%。在水溶溫度90℃、水溶時間10 min、液固比5.5:1、攪拌速度400 r/min的水溶條件下,鋁溶出率可達到99.21%。在溶液終點pH值4.8、沉鋁溫度50℃、陳化時間40min、碳酸鈉濃度300 g/L的沉鋁條件下,鋁沉淀率可達到99%。在溶液終點pH值14,堿溶溫度80℃,堿溶時間30 min的堿溶條件下,鋁溶出率達到99.42%,鐵去除率達到99.63%。在溶液終點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。采用分步結晶法制備硫酸鉀和硫酸鈉。結果表明:在結晶溫度40℃,攪拌速度400r/min,結晶時間4 h的條件下,硫酸鉀的結晶率可達88.17%;在結晶溫度10℃,攪拌速度400 r/min,結晶時間8 h的條件下,硫酸鈉的結晶率可達90.13%。采用煤炭、CO、H2還原法制備硫化鈉產(chǎn)品。結果表明:煤炭還原法制備硫化鈉,在硫酸鈉與煤炭摩爾比1:8,反應溫度700℃,反應時間5 h的條件下,硫酸鈉的轉化率可達82.13%;CO還原法制備硫化鈉,在反應溫度675℃,反應時間120min,料層厚度小于4 cm的條件下,硫酸鈉的轉化率可達93%;H2還原法制備硫化鈉,在反應溫度610℃,反應時間90 min,料層厚度小于2.5 cm的條件下,硫酸鈉的轉化率可達94.25%。本文以鉀長石為研究對象,設計一條具有工業(yè)應用價值的從鉀長石中提取硅、鋁、鉀、鈉制備超細二氧化硅、高純氫氧化鋁、緊缺硫酸鉀和硫化鈉的工藝。整個過程無廢渣、廢氣、廢渣的排放,實現(xiàn)鉀長石的高附加值綠色化綜合利用。
【圖文】：

測定條件為：使用Ｃｕ靶Ｋａ輻射，波長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。鉀長石的Ｘ射線分析圖譜逡逑見圖２．１。由圖２．１可知，鉀長石中的主要物相組成是微斜長石（ＫＡｌＳｉ３０８）、低鈉逡逑長石（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型場發(fā)射掃描電鏡對破碎研磨逡逑后的鉀長石的微觀形貌進行分析，測定條件為：工作電壓：１５邋ｋＶ，，加速電流：逡逑１５邋ｍＡ，工作距離：１７邋ｍｍ，分析結果如圖２．２所示。由圖２．２可知，鉀長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Ｓ賞跡玻晨芍�，矿捂y瀉寫罅康墓�、铝、钾辶x蝦蛻儼糠值哪

本文編號：2669188