含碱硅酸钠溶液合成硅酸钙基矿物材料的研究

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近年来,采用化学选矿法在处理某些高硅矿石过程中,通过碱浸溶出其中的二氧化硅时,产生了大量的含碱硅酸钠溶液(含硅碱液),这种含硅碱液中含有大量的钠和硅,实现钠、硅资源的综合利用将产生巨大的经济价值。但因缺乏经济有效的利用技术,目前仍未获得有效开发。本文针对这种含硅碱液,在探索了常压合成硅灰石的可行性之后,开展了合成托贝莫来石晶须的研究,获得了以下一些主要结论:1)在常压下,硅酸钠溶液与氧化钙反应生成水化硅酸钙,然后将水化硅酸钙在马弗炉中煅烧,得到含有硅灰石、硅酸二钙和二氧化硅的混合物。苛性碱的加入促进了煅烧产物中硅酸二钙的生成;氢氧化铝的加入增加了硅酸钠溶液中的稳定性,使得氧化钙和二氧化硅的反应率都降低。当采用含硅碱液进行合成时,产物同样为不纯的硅灰石。2)采用动态水热法合成托贝莫来石的试验结果如下:当苛性碱浓度较低时,生成的产物主要为针钠钙石,随着苛性碱浓度的提高,托贝莫来石的生成量逐渐增多。加入Al(OH)3有助1.1nm托贝莫来石单链硅氧四面体层的生成,当钙铝摩尔比为5时产物全部为1.1nm托贝莫来石晶须。添加NaCl可提高托贝莫来石的纯度,且晶须的晶面结晶更完整,在钙氯摩尔比为5的条件下,合成的托贝莫来石晶须的长度为5-10μm、直径为0.3~0.5μm。在研究所得最佳的试验条件下,利用含碱硅酸钠溶液成功合成了长度为2-10μm,直径为0.2-1.0μm的托贝莫来石晶须。3)通过对合成水化硅酸钙热力学计算表明:220℃为单斜托贝莫来石和1.1nm托贝莫来石稳定存在的分界温度。当高于220℃时,单斜托贝莫来石比1.1nm托贝莫来石更易生成。在合成试验中,加入铝离子后,合成产物转变为1.1nm托贝莫来石,这说明,铝的加入改变了单斜托贝莫来石的生成环境,促使1.1nm托贝莫来石的生成。4)结合合成试验结果和相关资料,探讨了合成托贝莫来石过程中各离子的作用行为:Na+会占据托贝莫来石中桥联硅氧四面体的Si-OH基团中H的位置,形成了Si-ONa基团,而产生了针钠钙石;当加入NaOH后,溶液中OH-浓度增大,促使桥联双链的产生,有助于形成单鞋托贝莫来石;在氯离子的作用下,溶液中的盐效应在促进了托贝莫来石生成的同时,可使托贝莫来石晶须的表面吸附的Ca2+发生解析或继续与硅氧四面体链结合,从而保证的晶须晶面的完整性;铝离子的作用在于,在1.1nm托贝莫来石形成过程中,铝离子取代托贝莫来石结构中三元链的桥联硅氧四面体的硅,阻碍了桥联硅氧四面体之间的键合,从而形成单链硅氧四面体层,最终形成1.1nm托贝莫来石。
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