假白榴正长岩烧结反应过程的热力学分析与评价

在综合分析假白榴正长岩物相组成的基础上,以碳酸钠为助剂,分解假白榴正长岩中主要矿物相,对其进行热力学分析,并与石灰石烧结法进行比较。烧结反应实验结果表明,采用碳酸钠为助剂,假白榴正长岩粉体在760～880 ℃条件下反应10～15 h,矿石中主要矿物的分解率可达971％。热力学计算结果表明,纯碱烧结法处理1 t假白榴正长岩矿石,消耗Na2CO3 065 t,且约95％的Na2CO3可以回收循环利用,消耗标准煤19097～20682 kg,排放CO2 077～081 t,一次性资源消耗量、标准煤耗、温室气体CO2排放量分别比石灰石烧结法分别减少了65％、63％、65％。纯碱烧结法具有一次性资源消耗低、能耗低和温室气体CO2排放量少等优点,工业化应用前景十分广阔。     

钾长石热分解反应的热力学分析与实验研究

0 前言 我国水溶性钾盐资源奇缺,而以钾长石(KAlSi3O8)为主要物相的非水溶性钾资源储量大、分布广.     

低温分解钾长石的热力学研究

通过不同温度、浓度、分压下ΔrGm的计算和不同条件下对平衡常数K的影响,作出ΔrGm～—T、ΔrGm—C、ΔrGm—P图,把热力学的一些规律应用于钾长石低温分解中,对参与低温分解钾长石的各物质能量转换进行分析判断反应进行的方向和限度,对钾长石的分解有指导作用。从热力学角度分析,在低温条件下分解钾长石的反应是可能的。     

高铝粉煤灰烧结反应热力学分析与实验

分别以碳酸钙和碳酸钠为助剂,对高铝粉煤灰在烧结过程中可能发生的化学反应进行研究。基于热力学计算结果,对比了两种工艺的能耗、物耗、温室气体排放量等因素,结合粉煤灰-碳酸钠烧结反应实验,证明以碳酸钠为配料,高铝粉煤灰烧结过程具有一次性资源消耗量少,能耗最低,温室气体CO2排放量最小,且可生产高附加值产品,实现完全清洁生产等优点。因此,选择以碳酸钠为配料分解高铝粉煤灰中的莫来石和铝硅酸盐玻璃相技术路线,具有良好的工业化应用前景。     

中国钾资源与钾盐工业可持续发展

对全国14个代表性产地的非水溶性钾矿石的研究表明,其主要富钾矿物相均为微斜长石。对此类矿石进行选矿预处理,可制得纯度达75%～95%的钾长石粉体。实验研究结果表明,采用以碳酸钠为配料的中温烧结法,或以碱石灰为配料的水热分解法,均可使钾长石的结构发生分解,生成偏硅酸钠、偏铝酸钾(钠)等化合物,并水解为富含[SiO2(OH)2]2-、Na+、K+的碱性溶液,通入CO2进行酸化反应,滤液为NaHCO3-KH-CO3-H2O三元水盐体系,经浓缩、分离、纯化、结晶,可制取碳酸钾或硫酸钾、硝酸钾等其他钾盐(肥)产品。原矿中的Al2O3和40%以上的SiO2组分亦可制成不同规格的氧化铝和无机硅化合物等高值产品。整个工艺过程符合钾长石资源利用率100%、"三废"接近零排放的高效节能和清洁生产的要求。本项技术实现规模化工业生产,将有助于缓解我国水溶性钾盐资源极缺的矛盾,显著减少钾盐(肥)消费的进口依存度,提高中国钾盐资源的保证程度,维护粮食供给的战略安全。     

非水溶性钾矿制取碳酸钾:副产硅铝胶凝材料

白云鄂博稀土-铌-铁矿床上部围岩产富钾板岩, 其K2O平均含量达13.0%, 钾资源储量巨大.矿石的物相组成以微斜长石、黑云母为主, 是一种重要的非水溶性钾矿资源.实验表明, 以碳酸钠为助剂, 经中温烧结, 矿石分解率达98.2%以上.烧结物料中K₂O的浸出率约70%, 且在水浸酸化反应过程中, 大部分Fe3+、Ti4+、Mn2+、Mg2+、Ca2+等杂质离子与硅铝质胶体同时沉淀析出, 为制取电子级碳酸钾提供了可能.硅铝质胶体滤渣用于制备矿物聚合材料.采用本项技术开发利用此类非水溶性钾矿资源, 符合节能高效和“清洁生产”的要求, 兼有规模化经济效益和良好的环境效益.      

玄武岩制备连续纤维熔融反应热力学研究

玄武岩纤维由天然岩石直接熔融拉丝制备而成,性能优异,其原料调控对纤维制备和性能提升有重要影响,熔融反应的热力学分析是研究原料特征的重要手段。本文以代表性玄武岩样品为原料,分析其矿物组成,进而构建复杂硅酸盐体系热力学模型,研究其在1400℃时的熔融反应热力学。结果表明,单一矿物如长石、辉石熔融反应的吉布斯自由能为负值且相对较小;钛铁矿、磁铁矿、磷灰石等矿物熔融反应的吉布斯自由能为正数。所选玄武岩样品熔融反应的吉布斯自由能为-225～-257 kJ/mol,表明可自发进行;样品熔融过程的理论能耗为2.4～2.5 GJ/t,接近某些玻璃纤维池窑工艺能耗(考虑窑炉热效率)。纤维的制备条件和性能参数与原料的成分关系密切,以直径约9μm的纤维为例,其拉丝温度及缠绕机线速度等条件各不相同,纤维表面光滑,断裂伸长率约3%～4%,弹性模量59～66 GPa,抗拉强度1700～2400 MPa;采用Giordano的模型,计算出不同原料成纤粘度(lgη)约0.70～1.21 Pa·s。本研究的热力学模型及实验结果可为玄武岩纤维制备的原料优选、能耗计算、条件调控及性能预测提供参考。     

霞石正长岩烧结反应的热力学分析与实验

霞石正长岩是一种富含K₂O、Al₂O₃、SiO₂的矿产资源。在综合分析云南个旧白云山霞石正长岩物相组成的基础上,对以Na₂CO₃为助剂中温分解霞石正长岩中的铝硅酸盐矿物,提取碳酸钾和氧化铝的技术路线进行了研究。根据热力学理论计算以Na₂CO₃为助剂,主要烧结产物为NaAlSiO₄、KAlSiO₄、Na₂SiO₃时的反应温度,结果表明理论上反应在800 K(527 ℃)左右开始发生。通过烧结反应实验,得到优化反应温度为800～850 ℃,霞石正长岩的分解率达95%以上。X射线衍射分析结果表明,烧结产物的主要物相为NaAlSiO₄、KAlSiO₄和Na₂SiO₃,与热力学计算结果一致。烧结产物的硫酸酸浸实验表明,硅铝分离效果良好,SiO₂、Al₂O₃、K₂O三者的提取率分别高达91.4%、92.2%、92.5%。与前苏联的石灰石烧结法相比,本工艺具有低能耗、低物耗和生产过程清洁高效等优点。     

中国富钾正长岩资源与水热碱法制取钾盐反应原理

中国的盐湖钾盐资源短缺,导致钾盐消费的对外依存度达50%以上,严重制约农业发展,威胁粮食生产安全。而正长岩型钾资源丰富,K2O品位达8.5%~15.4%,预测资源潜力(K2O)达盐湖钾盐储量的20倍以上。此类矿石钾资源的主要富钾矿物为微斜长石、霞石和白云母,地理上主要分布于中国东部的“秦岭大别正长岩带”和“燕辽阴山正长岩带”。采用电解质溶液热力学软件OLI Analyzer 9.2,对KAlSi3O8-NaOH/KOH/Ca(OH)2-H2O体系相平衡进行模拟,继而对代表性富钾正长岩进行水热碱法分解反应实验,证实K2O溶出率高达85.6%以上。所得硅酸钠钾碱液适于加工多种钾盐或生态型钾肥产品,硅铝组分同时转化为沉淀硅酸钙、钠型/钾型沸石、硅灰石、高岭土等多种工业产品。水热碱法技术的加工过程清洁高效,资源利用率高,环境相容性良好,可为发展绿色可持续的中国钾盐工业新体系提供良好的技术基础。     

岩溶隧道中地下水侵蚀性的化学热力学分析与评价

本文从地下水的多组分角度出发,采用化学热力学方法对地下水中碳酸盐岩的侵蚀性作出了分析.以渝怀线圆梁山隧道为实例,通过隧道内地下水取样进行了全分析,其中CO2-3离子作为"中间过渡态"离子,由于只存在微小量未被检出;使用水质分析结果数据设计了五个化学反应方程式,通过活度、反应平衡常数及吉布斯自由能之间关系进行热力学计算,依据二氧化碳气体分压PCO2与反应进行两个方向化学反应判据开展分析,结果表明地下水具有弱侵蚀性,在隧道工程中应避免其引起危害.本文在方法上为地下水侵蚀性评价作了有益的探索,并对工程实践具有一定指导意义.     

利用钾长石合成雪硅钙石纳米粉体的反应机理研究

采用CaO为助剂,在水热条件下分解钾长石,进而合成雪硅钙石。影响反应的主要因素为：n(CaO)/n(SiO₂+AlO_1.5)、晶化温度和晶化时间等。在n(CaO)/n(SiO₂+AlO_1.5)为0.75～1.00、晶化温度为230～250 ℃、晶化时间为5～8 h的条件下,可以合成结晶良好的雪硅钙石晶体。反应机理分析表明：在钾长石-氧化钙的水热体系中,钾长石的分解并不是简单的离子交换作用或铝硅酸盐解聚作用,而是在碱金属离子与水作用的基础上,反应物中H⁺与矿物表面的碱金属离子K⁺、Na⁺、Ca²⁺作用,首先形成表面富硅贫铝的前驱聚合体（SiO_2·nH₂O）;然后这些前驱聚合体分解,与溶液中的Ca²⁺作用,生成C-S-H凝胶和水钙铝榴石;随着反应时间的延长,C-S-H凝胶和水钙铝榴石进一步转变为雪硅钙石。     

水热法分解钾长石制备雪硅钙石的实验研究

采用CaO作为助剂,在低温、中压的水热条件下分解钾长石,继而合成一种水合硅酸钙--雪硅钙石,同时得到KOH稀溶液,可用于制备高纯碳酸钾。影响晶化反应的主要因素有n(Ca)/n(Al+Si)、晶化温度、晶化时间、水固比（质量比）、搅拌速度等。讨论了各因素对钾长石分解及雪硅钙石形成的影响,通过X射线粉末衍射、热重-差热分析、扫描电镜等手段对合成产物进行结构性能表征。实验结果表明,以CaO为助剂分解钾长石,同时合成雪硅钙石的工艺方法可行,资源利用率接近100%。实验得到的优化工艺条件为：晶化温度为220～250 ℃,n(Ca)/n(Al+Si)在0.8～1.0之间,晶化时间5～8 h,水固比为20～25,搅拌速度400 r/min。在此条件下,钾长石中K₂O的溶出率达80%以上,同时得到结晶良好的针状雪硅钙石晶体。     

利用钾长石粉水热合成13X沸石分子筛的实验研究

对综合利用钾长石提钾工艺中的重要高附加值副产品13X沸石分子筛的合成进行了实验研究。对福建沙县的钾长石粉加入配料NaCO3进行焙烧实验，确定培烧的最佳工艺参数为：钾长石粉：NaCO3=1：1．30(摩尔比)，焙烧温度为845℃，焙烧时间为150min；优化的水热合成条件为M2O／SiO2(mo1)=1．50，H2O／M2O(mo1)=40．0，合成时间为8h，晶种加入量为9．0％。对合成样品化学成分分析、X射线物相分析、红外光谱分析、扫描电镜分析表明，合成13X沸石分子筛结晶完好，性能优良．水热反应经由溶解水合反应和聚合浓缩反应两大阶段。     

新疆阿尔泰钾长石中钾的活化试验研究

新疆阿尔泰钾长石中钾的活化试验研究＊王元龙戚华文（中国科学院地球化学研究所，贵阳５５０００２）关键词钾长石钾活化试验新疆阿尔泰钾长石是一种富钾的硅酸盐矿物资源，是制作陶瓷、玻璃的主要配料及烧制水泥和制取钾肥矿物的原料［１］。新疆阿尔泰地区有丰富的钾长...     

重铬酸钾和高锰酸钾电位落差法测定砂岩型铀矿氧化还原电位的探讨

氧化还原电位是一个体系中所有物质混合氧化还原电位的数量指标,反映了整个体系氧化还原能力的相对强弱,而砂岩型铀矿的氧化还原电位控制着铀等变价元素的地球化学行为,对准确圈出铀富集层位具有重要意义。电位落差法借助于氧化剂溶液测定样品的氧化还原容量,电位差的大小能准确反映出砂岩型铀矿样品所含还原组分的还原能力。本文以重铬酸钾和高锰酸钾作为氧化剂,探讨了应用这两种氧化剂的电位落差法测定砂岩型铀矿氧化还原电位(ΔEh)的特点。系统研究了两种方法溶液介质浓度、氧化剂浓度、平衡电位时间、样品浸泡时间和样品与氧化剂溶液的固液比对ΔEh测定的影响。按照两种方法最优条件测定8个砂岩型铀矿样品,重铬酸钾法ΔEh值在15~118mV之间,相对标准偏差为2.50%~7.44%;高锰酸钾法ΔEh值在45~89mV之间,相对标准偏差为0.89%~1.42%,两种方法在测量8个砂岩型铀矿样品ΔEh的相对水平方面具有一致性,相关系数为0.9882。研究表明重铬酸钾电位落差法的ΔEh更分散跨度更大,能更直观地看出样品间还原能力的差别;高锰酸钾电位落差法的ΔEh稳定性更好。两种电位落差法测量砂岩型铀矿的ΔEh数值可用于其氧化还原分带的划分。     

硫氰酸钾-十二烷基磺酸钠分光光度法测定矿石中钼

为使硫氰酸盐分光光度法测定矿石中钼的测定结果更稳定可靠,采用加入阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠的方法,对原实验加以改进。结果表明,采用改进后的方法,即使温度高于30℃时,吸光度值仍可稳定3h以上,且灵敏度有所提高。方法用于国家一级标准物质的测定,结果与标准值相符。     

硫氰酸钾分光光度法有效提高铀矿石中钼的测定精度

在国标GB/T 14353.9—1993基础上,以氯化亚锡为还原剂,硫氰酸钾为络合剂,用国家一级合成硅酸盐光谱分析标准物质验证,对比不同熔矿方法和不同酸性介质对钼最低检出范围的影响,优化了用硫氰酸钾比色法有效检测铀矿石中含量≥10.0μg/g钼的实验方法。数据结果稳定可靠,步骤简单,测得钼的最低检出限可降低至10.0μg/g。方法的测定值与等离子体发射光谱的分析结果相符,可满足实验室内铀矿石批量检测的要求。