離子交換法海水提鉀技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，鉀肥的年消費(fèi)量在1000萬(wàn)噸以上，但由于陸地鉀礦資源貧乏，鉀肥的自給率不足20％，主要靠進(jìn)口，因此多途徑開(kāi)發(fā)鉀資源，特別是總儲(chǔ)量達(dá)500萬(wàn)億噸的海水鉀資源勢(shì)在必行。經(jīng)過(guò)我國(guó)科技工作者的不懈努力，在國(guó)際上率先攻克了海水提鉀具有技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)可行性這一世界性的難題，研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的以沸石離子交換法為核心的海水提鉀高效節(jié)能技術(shù)，并進(jìn)入了萬(wàn)噸級(jí)工程化開(kāi)發(fā)階段。 沸石法海水提鉀技術(shù)主要包括如下過(guò)程：首先，將天然沸

2、石改性為鉀離子交換劑；然后，通過(guò)離子交換法富集海水中的鉀，制得高濃鉀鹽溶液；最后，利用萃取結(jié)晶法從高濃鉀鹽溶液中選擇性分離鉀鹽產(chǎn)品。為了解決該項(xiàng)新技術(shù)的工程化放大問(wèn)題，本文從理論分析、實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)值模擬和應(yīng)用研究等方面系統(tǒng)地開(kāi)展了相關(guān)應(yīng)用基礎(chǔ)研究工作，測(cè)定了一系列工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，建立了計(jì)算模型，從而為該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)提供了可靠技術(shù)基礎(chǔ)。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下： 首先，總結(jié)了國(guó)內(nèi)外海水提鉀技術(shù)的研究進(jìn)展，并對(duì)海水提鉀技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

3、進(jìn)行了預(yù)測(cè)，確立了本文的研究?jī)?nèi)容和目標(biāo)；第二，測(cè)定了天然斜發(fā)沸石的化學(xué)組成、晶相和表面結(jié)構(gòu)，提出了天然斜發(fā)沸石用于海水提鉀的優(yōu)化改性方法；第三，測(cè)定出改性沸石的Na+-K+、NH4+-K+、Ca2+-K+離子交換等溫線，查明了改性沸石對(duì)相關(guān)陽(yáng)離子選擇性及受溫度影響規(guī)律，首次提出了沸石的離子交換多溫平衡經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃瓦^(guò)程熱力學(xué)函數(shù)計(jì)算方法；第四，確定了改性沸石的Na+-K+、NH4+-K+、Ca2+-K+離子交換過(guò)程以膜擴(kuò)散為主的動(dòng)力學(xué)控制機(jī)

4、理，獲得了相關(guān)離子交換動(dòng)力曲線和過(guò)程傳質(zhì)系數(shù)，首次提出基于傳質(zhì)膜理論的離子交換過(guò)程傳質(zhì)理論模型，模型的預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值偏差在±5％以內(nèi)；第五，首次系統(tǒng)測(cè)定出K+、NH4+、Na+‖NO3-水鹽及其與NH3、CH3OH混合溶劑體系相平衡數(shù)據(jù)，查明了萃取劑對(duì)鉀鹽溶解度的影響規(guī)律，并從溶液內(nèi)部作用力的角度出發(fā)，提出混合溶劑溶液體系強(qiáng)電解質(zhì)溶解度計(jì)算的多參數(shù)理論模型，模型的預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)測(cè)定值平均相對(duì)誤差小于8％；第六，初步確定了硝酸鉀晶體的超微結(jié)