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利用霞石正长岩制备层状硅酸钠的实验研究

王芳  
【摘要】: 据国家非金属矿产供需形势报告,钾盐是我国最为紧缺的两种非金属矿产之一,而氧化铝作为电解铝的主要原料,近年来在我国的需求也持续上涨。 我国霞石正长岩资源非常丰富,它是一种富含SiO_2、Al_2O_3、K_2O的全晶质侵入岩,Al_2O_3、K_2O的含量分别达到20%和10%左右。因此,综合利用霞石正长岩,从中提取氧化铝和钾盐,对于缓解我国钾盐和氧化铝需求,保持经济可持续发展具有重要意义。 本论文是国家“十一五”科技支撑计划项目“新型高效肥料创制”(2006BAD10B00)中“非水溶性钾矿资源高效利用技术”课题(2006BAD10B04)的一部分。论文以云南个旧霞石正长岩为原料,SiO_2、Al_2O_3、K_2O三者含量分别为53.67%、22.08%、12.54%,主要矿物成分为微斜长石和霞石。采用碳酸钠为助剂烧结霞石正长岩的工艺路线,整个工艺流程包括:烧结过程,使霞石正长岩中的微斜长石(不溶于水和酸)转变为可溶于酸的霞石;稀硫酸酸浸过程,使氧化硅以凝胶的形式离开溶液,从而实现SiO_2与Al_2O_3、K_2O的分离;产品制备过程,用分离得到的富钾富铝液相制备氧化铝和硫酸钾,硅凝胶用于制备高附加值无机硅化合物。 本论文研究内容包括烧结实验、酸浸实验以及无机硅化合物制备实验。 运用热力学方法从理论上分析了霞石正长岩烧结反应过程和酸浸反应过程的可能性,并通过实验加以验证。热力学分析和实验结果均表明:本工艺路线完全可行,实验确定出优化条件:烧结温度为850℃,烧结时间为90min,碳酸钠质量配比为0.75,稀硫酸酸浸实验中霞石正长岩烧结物料1000g,需加入98%浓硫酸1L,加水10L,反应时间25min,在上述优化实验条件下SiO_2、Al_2O_3、K_2O三者提取率分别达91.4%、92.2%、92.5%。 富硅凝胶深度除杂制得氧化硅气凝胶,制品BTH-1和BTH-2中SiO_2含量均达99.50%(干基),比表面积达600m2/g以上,孔径在2-10nm左右,孔分布范围较窄,属中孔材料,达到天津化工研究院氧化硅气凝胶TMS-100P标准。 以富硅凝胶为原料,烧碱为配料,采用操作简单、能耗较低、环境相容性良好的工艺路线,制备了洗涤助剂层状硅酸钠。以水玻璃模数、烧结温度、烧结时间为影响因素,进行了单因素实验,得到层状硅酸钠的优化制备条件:水玻璃模数1.8~2.3,烧结温度750℃,烧结时间90min。层状硅酸钠制品的X射线粉晶衍射分析和Ca~(2+)、Mg~(2+)交换能力测试结果表明,优化条件下制得的制品GJ-CG-4的Ca~(2+)、Mg~(2+)交换能力分别为370mg/g、450mg/g,pH值为10.5。层状硅酸钠制品的性能已达到或超过瑞士Clariant公司关于层状硅酸钠洗涤助剂产品的企业标准。


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