改性沸石的多元离子交换平衡研究

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1、河北工业大学硕士学位论文改性沸石的多元离子交换平衡研究姓名：杨永春申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：袁俊生20080301河北工业大学硕士学位论文改性沸石的多元离子交换平衡研究摘要沸石离子交换法从海水中提取钾盐是开发利用海洋钾资源的新技术，在该技术的离子交换工艺中存在着Na+、K+、Ca2+、NH4+等多元离子交换，查明这些离子间的平衡关系，对于指导新型高效交换剂的制备和离子交换工艺及参数的优化，具有重要的意义。本文进行了斜发沸石的K+-Na+-NH4+和K+-Na+-Ca2+三元体系离子交换

2、平衡研究，以期为海水提钾技术的深化研究奠定基础。研究了钠型沸石Na+-Ca2+离子交换平衡。分别测定出25℃、50℃和75℃时离子交换平衡数据，绘制了离子交换平衡等温线和Kielland图，并计算了离子交换过程平衡常数和热力学函数。结果表明，Na+-Ca2+离子交换是不完全交换，高温时Ca2+的交换能力增强，低温有利于斜发沸石对Na+的选择。研究了K+-Na+-NH4+和K+-Na+-Ca2+三元溶液体系与斜发沸石的离子交换平衡。分别测定出以上两个体系在0℃、25℃、50℃和75℃时离子交换平衡数据，

3、绘制了三元离子交换平衡等温线，并计算出沸石对体系中离子的分离因数。结果表明，在K+-Na+-NH4+溶液体系中，K+的分离因数在3以上，NH4+的分离因数在1-3之间，Na+的分离因数小于1，斜发沸石的离子交换选择顺序是K+>NH4+>Na+，且低温有利于K+的交换，高温时NH4+的交换能力增强；在K+-Na+-Ca2+溶液体系中，K+的分离因数大于8，Na+的分离因数在1左右，Ca2+分离因数小于1，斜发沸石的离子交换选择顺序是K+>Na+>Ca2+，其中Ca2+对沸石对K+的交换选择性影响不大，且

4、低温有利于沸石对K+的交换。关键词：斜发沸石；三元体系；离子交换平衡；钾；钠；铵；钙i河北工业大学硕士学位论文序言我国钾资源严重缺乏，现己探明储量4.57亿吨，仅占世界储量的2.6%，而且大多以陆湖相沉积的液体矿为主。2000年我国钾产量不100万吨，大多依靠进口，据海关统计2000年进口钾肥559.2万吨。而另一方面，我国有漫长的海岸线，海水是化学资源的宝库，共含有80多种化学元素，其中钾总储量达500万亿吨，可谓是取之不尽。虽然海水中钾相对含量仅为万分之三点八，再加上多种元素共存，给分离提取带来极

5、大难度，但从可持续利用资源角度来看，开发海水提钾技术其意义和前景无疑是十分远大的[1]。因此开发利用海水中钾资源对弥补我国钾资源严重短缺，提高农业产量具有十分重要的经济意义和战略意义。斜发沸石对K+、NH4+、Cs+、Ba2+等具有优良的选择性，在海水提钾、工业污水处理等方面有广泛的应用前景[2]。目前，我国利用天然沸石从海水中提钾的技术研究处于国际领先地位，并在海水提取硫酸钾和硝酸钾的研究方而取得了突破。为了优化工艺参数，进一步降低海水提钾成本，有必要对沸石的离子交换性能进行深入的研究[3]。我国是

6、工农业大国，对钾盐的需求量特别大。与我国农业和工业所需相差甚远，只有青海等盐湖的液体钾矿可供开发[4]。长期以来，我国工农业用钾主要依靠进口。因此，多渠道开辟钾资源，解决工农业急需势在必行。由于陆地钾矿资源贫乏，我国政府高度重视海水钾资源的开发利用，在国家科技部和地方政府有关部门的一贯支持下，经过有关单位科技工作者近三十年努力，具有我国自主知识产权的沸石离子交换法海水提钾技术取得了重大进展，使海水钾肥的生产成本降到进口产品价格以下，从而在国际上率先实现了海水提钾过经济关，为实现海水提取钾肥产业化奠定了

7、的基础[5]。前人对两元离子交换平衡做了很多研究[6-9]，但是对多元离子交换平衡的研究较少。沸石法海水提钾技术就是利用海水中丰富的钾资源的新工艺，该技术钾富集工序中会出现Na+，K+，NH4+，Ca2+等离子交换平衡的情况，改性沸石对这几种离子都有一定的吸附性，因此其它离子的存在会对K+的吸附和洗脱产生影响。针对以上情况，通过对三元离子交换平衡及热力学研究为钾的富集提供基础数据，期望对海水中钾的富集提供一些帮助。1改性斜发沸石多元离子交换平衡研究第一章文献综述§1-1基本概念离子交换剂(ionexc

8、hanger)[10]：离子交换剂是一种带有可交换离子(阴离子或阳离子)的不溶性固体。它具有一定的空间网状结构，在与溶液接触时，就与溶液中的离子进行交换，即其中可交换离子，由溶液中的同符号离子取代。不溶性骨架在这一交换过程中不发生任何化学变化。斜发沸石(clinoptilolite)[11]：斜发沸石岩原岩为流动角砾石，具有块状角砾构造。角砾一般为几毫米至几厘米，大者可达二、三十厘米；其颜色不一，有肉红、粉红、浅粉、黄、灰白等色。沸石晶体大小在0.05-