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钾长石离子交换基础理论及应用研究

胡波  
【摘要】:本文研究了钾长石与熔盐氯化钠离子交换反应的热力学和动力学,在1123-1273K反应温度下,反应的△GT~0皆为负,反应可以自发进行,反应的△H_T~0皆为负,反应为放热反应;在开始阶段内扩散为控制步骤,表观活化能为38.06J/mol,反应中、后期化学交换反应成为控制步骤,表观活化能为 129.69kJ/mol;利用二级动力学反应模型建立了交换反应的动力学方程。 正交实验得出,对于钾溶出率,较理想的实验条件为:原料配比0.8:1,反应温度150℃,磷酸用量3mL/(g磷矿粉),反应时间2.5h,磷酸浓度49%P_2O_5;对于磷溶出率,较理想的实验条件为:反应时间2.5h,磷酸用量4.5mL/(g磷矿粉),原料配比0.8:1,磷酸浓度44%P_2O_5,反应温度120℃。利用X射线衍射仪(XRD)、傅立叶红外光谱仪(FTIR)和拉曼光谱仪(Raman)对反应水不溶物进行物相分析和结构表征,表明钾长石、磷矿与磷酸反应机理同时存在两种机制:一方面是离子交换提钾,另一方面是氢氟酸分解钾长石提钾;磷矿中的氟离子反应后主要以不溶性的氟硅酸盐形式存在于固相中。 本文还考察了不同表面活性剂对提钾效果的影响,实验结果表明阳离子表面活性剂与钾长石的相容性最好,并以离子对形式吸附于钾长石表面,用量为500g/t时,钾溶出率提高8.26个百分点;阴离子表面活性剂与钾长石的相容性较好,用量为500g/t时,钾溶出率提高7.00个百分点;非离子和两性表面活性剂与钾长石的相容性较差,并未有效提高钾溶出率:混合表面活性剂比单一表面活性剂更有利于提高钾溶出率,当用量为500g/t,且阴、阳离子表面活性剂质量配比为3:1,钾溶出率提高8.62个百分点。


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