海水提取硝酸钾200吨/年中试相关离子交换动力学特性研究

【摘要】：天然沸石法海水提取硝酸钾200吨/年中试是国家“十五”重点科技攻关课题:2001BA602B-06海水及苦卤提取硫酸钾和硝酸钾新技术研究的主要研究内容之一。本课题的目的是在海水提取硝酸钾新工艺研究成果的基础上,研究海水提取硝酸钾中试相关离子交换动力学特性,主要包括填料高度对K~+在沸石上吸附和洗脱效果的影响及搅拌速度、温度和浓度对沸石内扩散的影响两方面研究内容。本课题将为优化K~+富集的技术参数,提高斜发沸石的交换速率,减少界面液损失,减少能源消耗,为海水提钾高效节能技术的进一步研究提供一定的理论依据。 通过填料高度对海水中K~+吸附效果的影响的研究,得到了不同填料高度下斜发沸石对海水中K~+的吸附曲线,并分析了填料高度对海水中K~+的吸附率及对斜发沸石吸附量的影响,得出吸附工艺的填料高度大于4m即可。通过填料高度对沸石中K~+洗脱效果影响的研究,得到了不同填料高度下斜发沸石对K~+的洗脱曲线,分析了填料高度对洗脱液峰值K~+浓度和富钾液平均浓度的影响,试验结果表明随着填料高度的增加,洗脱效果显著提高;实验中还测定了不同填料高度下的床层阻力。 用搅拌反应瓶法研究了沸石内扩散的影响因素。在试验条件下,通过改变搅拌速度发现,搅拌速度对斜发沸石k~+-NH_4~+交换速率影响很小;通过改变离子交换温度和硝酸铵浓度对斜发沸石k~+-NH_4~+交换内扩散影响的研究发现,随着温度和硝酸铵浓度的升高,NH_4~+在沸石中的扩散速率逐渐增大。使用缩核模型理论处理数据得到,在该试验条件下,斜发沸石k~+-NH_4~+交换过程主要受颗粒扩散控制。计算得到不同的温度和浓度下斜发沸石k~+-NH_4~+交换的表观速率常数k和有效扩散系数(?)。结果表明,(?)随着离子交换温度的升高而增大,随着硝酸铵浓度的升高而降低。在此基础上,推导出了斜发沸石K~+-NH_4~+交换的扩散动力学方程。