湿法钾肥工艺中中间体协同效应的研究

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钾是农作物的三大主要营养元素之一,在现代农业中起着非常重要的作用。中国的可溶性钾资源贫乏,但是不溶性钾矿储量丰富、分布广泛。湿法钾肥工艺能从钾长石中提取钾元素并联产氢氧化铝、白炭黑等产品,该方法能耗低、分解率高、产品附加值高,具有广阔的发展空间。本文研究了湿法钾肥工艺中中间体的协同效应,确定了中间体的成分,并提出了具体的分离方法。  本文研究了钾长石和氟硅酸、硫酸反应体系中的各元素之间的协同效应,主要包括氟硅络合平衡、氟铝络合平衡、钾沉淀平衡、酸效应及硅铝转化机理。各种效应相互制约、相互影响,共同影响体系中各元素的存在形式。通过正交实验确定了分解反应的最佳条件,在理论分析的基础上,结合XRD、扫描电子显微镜、化学分析等手段研究了该条件下反应体系的协同效应,确定了反应产物的成分。实验结果表明:分解反应各因素的影响次序由大到小依次为固液比、新旧比、加酸量;最佳分解条件为固液比为1:8,氟硅酸与回用酸体积比为1:3,钾长石质量与浓硫酸体积比为1:0.4,在此条件下残渣率为9.18%。在该条件下,液体主要成分为氟铝络合物、硅酸、氟硅酸等;气体主要成分为四氟化硅和氟化氢;固体主要成分为氟硅酸钾、氟铝化合物、硅胶、钾长石等。  本文系统的研究了产品分离实验的最佳方法。分离实验包括除氟和脱硅两部分,其中除氟采用高沸点酸灼烧的方法,脱硅主要采用破坏硅酸水化层和加强电解质的方法使硅溶胶凝聚。实验研究表明除氟工艺简单易行,效果较好;脱硅工艺能有效的去除混在氢氧化铝中的二氧化硅,但是不能彻底将硅去除,该工艺有待于进一步的研究。  本研究成果为低温湿法分解钾长石工艺提供了理论基础和实践经验,对综合利用我国不溶性钾资源具有深远的意义。
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