钾长石水热碱法制取硫酸钾反应原理与过程评价

针对东秦岭-大别地区富钾正长岩资源的高效清洁利用技术难题,以代表性产地的钾长石粉体为原料,研究了在KOH-H2O介质中钾长石的水热稳定性、水热碱法制取硫酸钾的反应原理,以及硅铝组分资源化利用关键技术。结果表明,钾长石在KOH碱液作用下极易脱去2/3的SiO2而转变为钾霞石相,使K2O富集约1倍;继而以硫酸溶解,可得近于纯净的硫酸钾近饱和溶液;经蒸发结晶或醇析法,即可制成农用硫酸钾优等品。脱硅碱液与石灰乳反应所得水合硅酸钙沉淀,经水热晶化及煅烧,产物为针状硅灰石。剩余铝硅尾渣经纯化处理和煅烧,即制成煅烧高岭土。整个工艺过程简捷高效,K2O回收率达94.0%以上,可实现资源利用率最大化,一次性资源消耗量最小化,且环境相容性良好。     

氯化钙助剂分解钾长石制备氯化钾研究评述

概述了国内外以CaCl₂为助剂分解钾长石制备氯化钾的研究历史及现状。以四川宝兴钾长石资源为例,从工艺过程的反应原理、资源消耗、能量消耗、环境相容性和产品方案等方面,对比分析了CaCl₂高温活化钾长石矿化CO₂联产氯化钾工艺（高温固碳法）与水热碱法分解钾长石制取硫酸钾工艺（水热碱法）。结果表明,两种工艺分解钾长石在原理上均可行,但高温固碳法的资源消耗、能量消耗和CO₂排放量分别为水热碱法的1.59倍、2.45倍和4.10倍;高温固碳法除产品氯化钾外,需排放大量含氯化氢气体的有毒尾气及固碳尾渣,而水热碱法的副产品均为高附加值产品,三废排放接近于零。高温固碳法的固碳效率低,所固化CO₂仅相当于因固碳而消耗能量所排放CO₂总量的11.9%。因此,高温固碳技术距实际工程应用尚十分遥远。     

低温条件下微波对钾长石溶出性能影响的微观机理分析

目前利用钾长石提钾的工艺研究多为过程复杂且能量损耗较大,本文提出了一种利用微波辐射协助水热反应提钾的新方法。采用微波辐射预处理钾长石粉末,加热迅速,再通过低温条件下的水热反应体系溶出钾离子,对此过程中微波辐射时间,微波辐射功率因素对钾溶出率的影响进行研究,并通过SEM、XRD等表征手段对反应后滤渣进行微观分析。优化工艺条件可以得出,在微波辐射功率600W、微波辐射时间15min、水热反应时间180min、水热反应温度180℃时效果最佳。研究结果表明:最优条件下,钾的溶出率达92%;微波辐射使钾长石预处理后表面发生变化,生成K_0.85Na_0.15AlSiO₄等产物,提高了钾长石的溶出性能;反应生成水羟方钠石[Na₈Al₆Si₆O₂₄(OH)₂(H₂O)₂];有效节约了反应时间和反应过程中的能量损耗。     

煤和生物质灰中氧化钾含量对灰熔融特性的影响

通过模拟煤和生物质的灰成分并测试其熔融温度,探究了不同成分的灰中K₂O对灰熔融特性的影响作用。利用FactSage 7.0对各组灰分的熔融过程进行了热力学模拟和平衡计算,从矿物质反应和变化的角度为不同组分的灰中K₂O对熔融特性的影响提供理论依据。利用XRD验证了计算中所预测的矿物质的存在。结果表明：灰中K₂O的含量对灰熔融特性的影响会受到灰分中硅、铝、钙等元素含量的影响。对于CaO含量较低的煤灰,适量增加K₂O的含量有助于降低灰分的初始变形温度、软化温度和半球温度,但对流动温度几乎没有影响;对于CaO含量较高的煤灰,适量增加K₂O的含量能够全面降低灰的熔融温度;对于生物质灰,当K₂O的含量低于30%时,增加K₂O的含量有助于降低灰熔点,继续增加K₂O的含量则对灰熔点几乎没有作用。     

亚熔盐活化含钾岩石制备球形羟基钙霞石

为资源化利用含钾岩石，以亚熔盐活化后的含钾岩石为原料，通过水热反应成功制备球形羟基钙霞石。考察了水热反应温度、H₂O与K₂O物质的量比n(H₂O)/n(K₂O)及反应时间对合成球形羟基钙霞石的影响。实验结果表明，水热反应的适宜条件为：反应温度为150℃，n(H₂O)/n(K₂O)为38.62，反应时间为12 h。活化后的含钾岩石在水热反应时先形成羟基方钠石，然后在K⁺的盐析作用下转化为球形羟基钙霞石。合成羟基钙霞石的滤液制备水合硅酸钙后，可循环利用再次对含钾岩石进行分解。对羟基钙霞石进行Cu(Ⅱ)吸附试验，最大吸附量为51.76 mg·g^-1。Cu(Ⅱ)在羟基钙霞石上的吸附动力学符合伪二阶动力学模型，等温吸附符合Langmuir模型。     

利用钾长石开发钾盐等多种化工产品

近年我国利用钾长石生产硫酸钾、硫酸钾铵、铝盐、硅产品获得成功。该技术的主要特点是采用硫酸、反应助剂在常压、较低温度 (反应本身放热 )下分解钾长石。其钾长石的分解率高 ,助剂经回收后可循环使用 ,且综合利用了钾长石中的钾、铝、硅元素。该技术已申请了两项发明专利 ,即钾长石矿湿法分解工艺和钾长石湿法分解物料浮选分离技术。其主要经济技术指标 :钾长石分解率≥ 90 % ;回收率Ｋ2 Ｏ≥ 65%、Ａｌ2 Ｏ3≥ 65% ;硅产品达工业品标准要求。利用钾长石开发钾盐等多种化工产品     

工业固废活化钾长石-CO2矿化提钾的生命周期碳排放与成本评价

利用工业固废活化非水溶性钾长石矿,矿化固定二氧化碳（CO₂）并提钾工艺,是同时处理工业固废、开发钾资源、减排CO₂等一举多得的CCUS路线。采用生命周期评价（LCA）方法,以生产含1 t K₂O的钾肥为功能单元,以传统的高炉冶炼钾长石制可溶性钾肥并联产白水泥工艺作为参照,对比评价了两种钾长石-工业固废体系矿化CO₂联产钾肥工艺过程的碳减排潜力和经济性。对工艺从原料开采、运输到产品生产的生命周期的温室气体排放量（简称“碳排放”）和成本进行了全流程的核算,研究了更全面的产品碳排放和成本分配方法。结果表明,无论是碳排放还是经济性,钾长石-工业固废体系矿化CO₂联产钾肥工艺均较传统工艺有很大提高,碳减排潜力分别可达81.16%和20.48%左右,成本可节约34.75%和45.11%左右。     

K2O/Al2O3和Na3PO4/MgO固体碱催化合成松香酸蔗糖酯的研究

分别以自制固体碱K₂O/Al₂O₃和Na₃PO₄/MgO为催化剂,1,2-丙二醇为反应溶剂,催化松香与蔗糖合成松香酸蔗糖酯。以酯化率为指标,考察了反应温度、催化剂的负载量、反应时间、松香与蔗糖质量比对松香酸蔗糖酯合成的影响。通过SEM和BET等手段对催化剂进行表征,并对松香酸蔗糖酯的乳化、发泡、表面张力等性能进行测试。结果表明：K₂O/Al₂O₃与Na₃PO₄/MgO比表面积分别为142.52和19.38m²/g;在松香酸蔗糖酯的合成反应中,催化剂K₂O/Al₂O₃的活性高于Na₃PO₄/MgO。K₂O/Al₂O₃为催化剂时,最优合成工艺条件为反应时间2.5h,反应温度125℃,K₂O/Al₂O₃催化剂用量3%,催化剂中K₂O负载量30%,松香和蔗糖质量比1：2,该条件下酯化率达到98%。合成的松香酸蔗糖酯与市场广泛使用的脂肪酸蔗糖酯相比,具有更好的表面活性。     

非水溶性钾资源制取钾盐技术评价

清洁高效利用非水溶性钾资源是解决我国水溶性钾资源短缺的有效途径之一。本文简要介绍了利用非水溶性钾矿制备钾盐/钾肥的石膏—石灰石烧结法、熔盐离子交换法、微生物分解法、无机酸分解法和水热碱法的实验原理,对其工艺过程进行了概略评价。水热碱法分解钾长石因反应条件温和、资源利用率高、综合能耗显著降低且环境相容性好,因而具有良好的工业化应用前景。     

三元体系KCl-K2B4O7-H2O在318.15 K下热力学活度系数及相平衡实验和预测

四川盆地地下卤水含有丰富的液态钾硼资源,针对该卤水体系开展相应热力学性质和相平衡的研究,是揭示地下卤水中硼钾富集规律和资源开发所必需的关键性基础工作。含硼钾的KCl-K₂B₄O₇-H₂O三元体系是该卤水重要的子体系。应用离子选择性电极测量无液接电池K-ISE|KCl (m₁),K₂B₄O₇ (m₂)|Cl-ISE的电动势,体系中混合溶液总离子强度为0.01～1.00 mol·kg^-1,K₂B₄O₇离子强度分数y_b分别为0.8、0.6、0.4、0.2和0。利用测定的电动势值和Nernst方程计算出混合溶液KCl-K₂B₄O₇-H₂O中KCl的平均活度系数,然后应用多元线性回归和非线性规划求解拟合出3...     

二氧化硅制备水溶性硅钾肥的研究

采用二氧化硅和碳酸钾为原料,通过高温煅烧活化二氧化硅制备水溶性硅钾肥。研究了煅烧温度、煅烧时间、氧化钾与二氧化硅物质的量比、二氧化硅粒径等条件对制备水溶性硅钾肥的影响,并通过热重-差示扫描量热法（TG-DSC）、X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）等对样品进行了表征。最佳工艺条件：煅烧温度为900 ℃,煅烧时间为30 min,氧化钾与二氧化硅物质的量比为0.85,二氧化硅平均粒径为160 μm。在此条件下制得的硅钾肥具有全水溶性,硅活化率为99.34%,有效硅（以二氧化硅计）质量分数为39.55%,氧化钾质量分数为53.23%。在高温下二氧化硅与碳酸钾的化学反应可抑制碳酸钾的挥发,反应产物的组成不仅含有硅酸钾（K₂SiO₃）,可能还存在二硅酸钾（K₂Si₂O₅）和四硅酸钾（K₂Si₄O₉）。     

无有机模板剂制备ZSM-5分子筛及其环己烯水合应用

以硫酸铝、水玻璃为主要原料,无有机模板剂条件下采用两步水热晶化法合成ZSM-5分子筛。系统研究钠硅比、水硅比和晶化时间等因素对ZSM-5分子筛结晶度和晶粒尺寸的影响。采用XRD和SEM对制备的ZSM-5分子筛进行结构表征,并考察ZSM-5分子筛在环己烯水合反应中的催化性能。结果表明,在一定钠硅物质的量比和水硅物质的量比范围,ZSM-5分子筛结晶度随钠硅物质的量比的增加与水硅物质的量比的减小而升高。无有机模板剂条件下制备ZSM-5分子筛,不仅降低生产成本,减少对环境的危害,而且在环己烯水合反应中表现出较好的催化活性,随着ZSM-5分子筛晶体尺寸减小,环己烯转化率提高。     

低硅铝比纳米团聚体ZSM-5的合成工艺研究

纳米团聚体ZSM-5因具有较高的活性及水热稳定性而被广泛用于催化剂的制备。以水玻璃为硅源、硫酸铝为铝源、正丁胺为模板剂,合成低硅铝比纳米团聚体ZSM-5分子筛。考察了钠硅比、陈化时间、晶种添加量等因素对合成分子筛形貌和晶粒尺寸的影响。采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、氮气物理吸附、透射电镜（TEM）和X射线荧光光谱仪（XRF）等手段对样品进行了物性分析。结果表明：钠硅比（氧化钠与二氧化硅物质的量比）大于0.11可以合成出结晶度较好的ZSM-5分子筛,当钠硅比大于0.13时ZSM-5晶粒增大;延长陈化时间有助于降低分子筛的晶粒尺寸,提高晶粒尺寸的均一度,陈化12 h时晶体的平均尺寸约为160 nm;晶种添加量为3%~4%（按总二氧化硅质量计算）时,对样品晶粒尺寸及均匀度的影响较小。     

MgO活性对新型水化硅酸镁水泥性能的影响

通过对原料轻烧氧化镁粉在不同温度下进行二次恒温煅烧1.5 h制备不同活性MgO,研究了不同活性MgO与硅灰(SF)和磷酸氢二钾(K₂HPO₄)所制备的新型水化硅酸镁水泥胶凝材料(又称水化磷硅酸镁水泥,MSPHC)的凝结时间、流动度、抗压强度、反应溶液pH值。结合X射线衍射(XRD)、热重分析(TG-DTG)和扫描电子显微镜(SEM)测试手段,分析其影响机理。结果表明:随着煅烧温度的升高,MgO衍射峰强度增大,MgO活性降低;活性越高的MgO制备的MSPHC净浆凝结时间越短且流动性越差,而活性适中MgO制备的MSPHC具有较好的力学性能。MSPHC最主要的水化产物是水化硅酸镁(M-S-H)凝胶,另外还有Mg(OH)₂和MgKPO₄·6H₂O(MKP)生成,原料轻烧氧化镁粉中的MgCO₃成分不参与体系反应。活性适中的MgO制备的MSPHC在28 d龄期内的水化产物M-S-H凝胶生成量最多,因此硬化体抗压强度最高。活性越高的MgO在MSPHC反应体系中溶解的速度越快,体系水化反应进程速度也越快。     

The effect of temperature on phase equilibria of polyethylene glycol (PEG8000)-K2SO4-H2O at T=(288.15, 298.15, 308.15) K

The phase behavior of potassium sulfate (K₂SO₄) in polyethylene glycol with molecular weight 8000 (PEG8000) and water (H₂O) mixed solvent at 288.15, 298.15, and 308.15 K were determined. According to the results, when the temperature are 288.15 and 298.15 K, there is only a solid-liquid phase equilibrium relationship in the system, and the phase diagrams are both divided into three parts which respectively are the regions of unsaturated homogeneous liquid (L), one liquid and one solid K₂SO₄ (L + S) and one liquid and two solids K₂SO₄ and PEG8000 (L + 2S). The solubility of K₂SO₄ in PEG8000-H₂O mixed solvent decreased with the addition of the PEG8000 in the solution. Comparing the diagrams of 288.15 and 298.15 K, the sizes of regions of (L) and (L + S) increased and that of (L + 2S) decreased with the increase of temperature. While at 308.15 K, solid-liquid and liquid-liquid equilibrium coexist, and there are six parts in the complete phase diagram at 308.15 K, adding the areas of one liquid and one solid K₂SO₄ (L + S), two liquids (2 L), two liquids and one solid K₂SO₄ (2 L + S). The equations developed by Merchuk, Hu, and Jayapal were used to fit the binodal curves data of the system at 308.15 K, meanwhile, the experimental tie-line data of the system at 308.15 K were correlated by Othmer-Tobias equation and Bancroft equation.     

体型化NaA分子筛的制备研究

以粉煤灰一步酸溶法提取氧化铝剩余的酸溶渣为原料制备具有一定强度的地质聚合物,经过水热反应原位转化NaA分子筛。通过研究合成过程中的硅铝比、碱量、液固比等因素对制备体型化分子筛的影响,得到了制备酸溶渣基地质聚合物原位转化NaA型分子筛的最佳条件：在二氧化硅与三氧化二铝物质的量比为1.8、氧化钠与三氧化二铝物质的量比为1.0、水与酸溶渣质量比为1.2条件下制备出地质聚合物,之后在0.5 mol/L的75 mL氢氧化钠溶液中晶化,在晶化温度为100 ℃、晶化时间为8 h条件下可以制备出晶相单一、结晶度高的NaA体型化分子筛。制备的NaA体型化分子筛具有明显的立方体形貌,颗粒分布均匀,孔径为0.685 nm,比表面积为86.75 m²/g,抗压强度为4.5 MPa。     

X射线荧光光谱法测定液体水玻璃化学成分

介绍了在氦气气氛中用X射线荧光光谱仪测定液体水玻璃中二氧化硅、氧化钠、氧化钾、硫的检测方法。研究了样品的取样方式和取样量、仪器分析参数的设置、元素光谱背景的确定、光谱重叠和吸收-增强效应的校正。各组分拟合在一套工作曲线中,将基本参数法和经验系数法相结合,用以校正共存元素间的吸收-增强效应和谱线重叠影响。通过对方法的精密度和准确度的试验,确定了最佳试验条件。将该方法测定结果与化学法比对,准确度满足国家标准方法分析误差的要求。     

利用黄磷渣改性制备云贵川地区水稻专用肥

黄磷渣是电炉法生产黄磷产生的副产物,年排放量达到数百万吨,主要成分为氧化钙和二氧化硅。针对黄磷渣堆存量大、利用价值低等问题,通过在源头添加作物所需的营养元素助剂,在保证黄磷生产磷高效逸出的同时,实现炉渣中硅、钙的协同活化,进一步生产水稻专用肥,实现黄磷渣的高值化利用。改性黄磷渣的元素分析、X射线衍射（XRD）及扫描电镜（SEM）表征结果表明：添加作物所需营养元素助剂的黄磷在1 450 ℃熔融60 min,磷逸出率达到95.56%,黄磷渣中有效二氧化硅质量分数为36.45%、有效氧化钙质量分数为47.46%,渣系呈良好的玻璃相结构,有利于释放活性营养元素,且源头添加的微量元素助剂保留在渣相中。根据云贵川水稻营养需肥规律及大中微量元素的协同增效配伍作用,以改性黄磷渣为主要中量元素原料,设计了水稻专用肥16N-10P₂O₅-14K₂O+7SiO₂+10CaO+0.45Zn产品。水稻专用肥元素分析结果表明：氮有效性为99%、五氧化二磷有效性为98.81%、氧化钾有效性为99.15%、二氧化硅有效性为93.88%、氧化钙有效性为88.53%、锌有效性为97.78%。     

Revision of Charnell’s procedure towards the synthesis of large and uniform crystals of zeolites A and X

A critical replication and re-evaluation of Charnell’s procedure to the synthesis of zeolites A and X has been carried out, aiming at reliable protocols for preparation of large and uniform crystals of the respective zeolites in a scale of 50 g per batch. Triethanolamine, as an organic additive to the reacting sodium aluminosilicate hydrogel, increases the viscosity of the system, and reduces the reactivity of aluminium species towards nucleation and crystal growth through forming chelated complex compounds. The reactivity of silicate species has to be accordingly adjusted, by choosing proper source materials. Zeolite A crystals, which possess shapes of edge-truncated cubes, and sizes of 35–40 μm in edge-length, have been synthesized with a starting gel having the composition 1.7Na₂O:Al₂O₃:0.7SiO₂:165H₂O:6.1TEA in 2-l batch-size, using dissolved metallic aluminium and colloidal silica. The crystallization has been accomplished at 85 °C within 21 days. When the gel has a starting composition 2.3Na₂O:Al₂O₃:1.3SiO₂:300H₂O:10TEA (1-l batch), 70–80 μm large zeolite X crystals can be obtained at 85 °C in 35 days. Both starting gels are prepared at 0 °C, then quickly heated to the crystallization temperature.