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《湖南大学》 2008年
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基于相图的无机盐相分离技术

程波波  
【摘要】: 水盐体系相图是来表现水盐体系相平衡规律的几何图形,是无机化工的重要理论基础之一。利用相图可以分析在外界条件发生变化时体系将要发生的各种变化和限度,可以预知该体系中各盐的析出顺序以及溶解度随温度而变化的规律。利用相图给出的规律,变换体系外界条件,可以使我们要的某种盐从溶液中结晶析出,其它盐溶解,从而实现分离。利用水盐体系相图的规律进行无机盐相分离具有化学药剂消耗少、设备损耗小、能耗低等特点,因而在海湖井卤矿开采、无机盐提纯、湿法冶金等领域具有广泛的应用。 本文以两个工业实际生产迫切需要解决问题为研究对象,以相关体系的相图做指导,提出了用相图的方法来分离盐湖卤水中镁和锂以及除去硫酸铜溶液中钙杂质的新思路,研究内容和结果如下: 1)三元LiCl-MgCl2-H2O盐水体系相图的预测:首先根据BET模型理论,编写参数拟合和相图计算的计算机程序,再分别以考虑和不考虑盐-盐相互作用的BET模型计算三元LiCl-MgCl2-H2O盐水体系溶解度相图,并与报道的实验数据进行比较。 2)盐湖卤水镁锂分离实验:以人工模拟的盐湖滩晒后的富锂卤水为原料,分析三元LiCl-MgCl2-H2O盐水体系相图的特点,结合卤水化学组成,设计分离路线。卤水在100°C条件下蒸发浓缩约10%的水后,搅拌冷却至室温,得到六水氯化镁结晶,降低了镁在卤水中的含量。在经过两步的蒸发-结晶循环,成功的将老卤的镁锂质量比从19.4:1轻而易举地降到6.3:1。同时每一个蒸发-结晶循环锂收率在86%左右。为生产碳酸锂或氯化锂等锂盐提供了优质原料,降低了高镁锂比盐湖提锂成本。 3)硫酸铜除钙实验:以金川公司生产硫酸铜的料液为研究对象,分析其组成特点,查找相关溶解度相图,找出硫酸钙在料液的化学环境中的溶解度变化规律,结合结晶学的相关理论,在考察了晶种的加入、反应时间和结晶率等因素后,得出最佳除钙路线,料液含钙量从开始的0.485 g·L-1下降到0.210 g·L-1,除钙率为76%。用除钙后的料液结晶制硫酸铜,只需一次结晶过程,控制结晶率在75~78%,就可得到钙含量在0.005%左右的硫酸铜,达到精制级优等品硫酸铜的含钙标准。 相图理论预测工作结果表明,BET模型对高浓度、水合能力强的电解质溶液较强的预测能力,得到的相图准确可靠;两系列实验结果表明,简单的相图分离技术能使卤水中的镁锂分离取得良好的效果;在硫酸铜的生产过程中,仅通过一次结晶,即可使产品含钙量达到精制级优等品的要求,而传统的工业工艺至少需要三次才能达到此要求。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TQ115

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