四元体系Li2SO4+Na2SO4+K2SO4+H2O298.2 K相平衡研究

为了获取锂钠钾共存硫酸盐体系298.2 K下各盐结晶形式,采用等温溶解平衡法研究了298.2 K下四元体系Li₂SO₄₊Na₂SO₄₊K₂SO₄₊H₂O的相平衡关系,测定了该体系的溶解度和密度,采用X-ray粉晶衍射法测定了平衡固相组成,并绘制了相应的稳定相图和多温对比图。研究表明,298.2 K下该四元体系为复杂四元体系,有复盐2Li₂SO₄·Na₂SO₄·K₂SO₄、Li₂SO₄·3Na₂SO₄·12H₂O、LiKSO₄、Na₂SO₄·3K₂SO₄生成。其稳定相图由6个四元共饱点、12条单变量曲线以及7个结晶区组成。其中,复盐Na₂SO₄·3K₂SO₄结晶区最大,表明其在该体系中最易结晶析出;Li₂SO₄·H₂O结晶区最小。对比273.2 K、288.2 K、298.2 K、323.2 K、373.2 K四元体系多温相图可知,273.2 K时未发现复盐Na₂SO₄·3K₂SO₄和2Li₂SO₄·Na₂SO₄·K₂SO₄结晶形式;Na₂SO₄·10H₂O和Li₂SO₄·3Na₂SO₄·12H₂O结晶形式在323.2 K和373.2 K时转变为Na₂SO₄和Li₂SO₄·Na₂SO₄。288.2~373.2 K时随温度升高,K₂SO₄和Na₂SO₄·10H₂O结晶相区减小,Li₂SO₄·H₂O、Na₂SO₄、LiKSO₄和Li₂SO₄·Na₂SO₄结晶相区增大;Na₂SO₄·3K₂SO₄结晶相区先增大后减小,在298.2 K时结晶相区最大;2Li₂SO₄·Na₂SO₄·K₂SO₄结晶相区先减小后增大,298.2 K时结晶相区最小。     

Li+,Na+,K+/Cl-,SO2-4-H2O五元体系25 ℃相图及其应用

Li⁺,Na⁺,K⁺/Cl-,SO2-₄-H₂O五元体系相图对于硫酸钠亚型富锂卤水分离提取锂盐、锂辉石加工利用和锂盐产品的开发利用工艺制定都有指导作用。20世纪50年代曾有人研究过这一体系25 ℃时的相图,限于当时的科研水平,液相组成确定不准确,对平衡固相的判断,后来诸多研究结果证明也有错误。50多年来再没有人研究这一五元体系相图。利用我们提出的Li⁺,Na⁺,K⁺/Cl^-,SO^2-₄-H₂O六元体系热力学模型,对该五元体系的平衡溶液组成和正确的平衡固相进行理论预测,给出了该体系的完整相图。结合硫酸锂混盐分离、加工实例阐述了该五元体系相图的应用。     

Na+,K+,Rb+,Cs+//SO2-4-H2O体系固液相平衡热力学模拟

锂云母、铯榴石等矿物的硫酸盐焙烧浸出,是从中提取锂铷铯钾等碱金属元素的重要步骤,所得硫酸盐浸出液可近似看作Li⁺,Na⁺,K⁺,Rb⁺,Cs+ // SO₄2--H₂O六元水盐体系;其在浓缩过程呈现复杂的成盐特征,增加了各碱金属元素分离提取的难度,研究其相关水盐体系相图和相平衡性质对理解浸出液中碱金属的分离具有重要的理论指导意义。本文采用Pitzer-Simonson-Clegg超额Gibbs自由能方程和具有内在热力学一致性的CALPHAD方法,构建了Na⁺,K⁺,Rb⁺,Cs⁺//SO₄2--H₂O五元体系的多温固液相平衡热力学模型。借助该模型:1)实现了对Na₂SO₄₊Rb₂SO₄₊H₂O、Na₂SO₄₊Cs₂SO₄₊H₂O和K₂SO₄₊Cs₂SO₄₊H₂O三元体系的多温溶解度等温线的准确描述,并进一步构建了这些体系在240.15~380.15 K温度范围内的多温相图;2)实现了对K₂SO₄+Rb₂SO₄₊H₂O和Rb₂SO₄₊Cs₂SO₄₊H₂O体系中存在的固溶体相—水溶液平衡关系的准确描述,确认了(K,Rb)₂SO₄连续固溶体、以及(Rb,Cs)₂SO₄(α)和(Rb,Cs)₂SO₄(β)间断固溶体存在的合理性;3)预测了上述五元体系中所包含的全部4个四元子体系(Na₂SO₄₊ K₂SO₄₊ Rb₂SO₄+H₂O、Na₂SO₄ + K₂SO₄₊Cs₂SO₄₊ H₂O、Na₂SO₄₊ Rb₂SO₄₊Cs₂SO₄ + H₂O和K₂SO₄₊Rb₂SO₄₊Cs₂SO₄₊ H₂O)的相图,明确了四元相图中固溶体的类型及形成区域。然而,模型预测结果与现有四元体系实验数据间存在普遍的不一致性,尤其是固溶体形成区域,但模型预测结果从非实验角度给出了重要参考,对现有实验提出了挑战,未来对这些体系开展更为精细的实验研究非常必要。     

288.15 K-323.15 K下氯化锂、硫酸锂溶液的密度及摩尔体积研究

用振荡管密度计测定了常压下,温度在288.15-323.15 K范围内不同离子强度的LiCl和 Li₂SO₄溶液的密度,计算了两种锂盐在不同温度下的表观摩尔体积,溶液的浓度范围分别为(0.1~18.9) mol·kg-1及(0.03~3.0)mol·kg-1。用Pitzer离子相互作用模型拟合了LiCl和Li₂SO₄不同温度下的的Pitzer单电解质体积参数,模型的计算值与实验值相吻合良好。     

288.15 K-323.15 K下四硼酸锂溶液的体积性质

用振荡管密度计测定了常压下288.15 K ～ 323.15 K范围内不同浓度的Li₂B₄O₇溶液的密度,计算了其在不同温度下的表观摩尔体积。用Pitzer离子相互作用模型拟合了Li₂B₄O₇在不同温度下的Pitzer单电解质体积参数,模型的计算值与实验值相吻合良好。     

五元体系NaCl+KCl+MgCl2+SrCl2+H2O(NaCl饱和)在288 K时相平衡研究

合理开发利用四川盆地地下卤水资源,对卤水体系开展多温相平衡与相图的研究具有重要意义。本文通过等温溶解平衡法对在288 K时五元体系NaCl+KCl+MgCl₂₊SrCl₂₊H₂O(NaCl饱和)进行了相平衡实验研究,运用化学分析法以及X-ray粉晶衍射法分别确定了在288 K温度条件下该体系的平衡液相和平衡固相组成。通过固液相平衡实验数据,绘制了该五元体系以NaCl为饱和区域的干盐相图、水含量图以及氯化钠含量变化图。研究结果表明在288 K且NaCl饱和条件下,该五元体系干盐相图含有2个五元共饱和点、5条等温溶解度曲线和4个固相结晶区(KCl、MgCl₂·6H₂O、KCl·MgCl₂·6H₂O和SrCl₂·6H₂O)。固相结晶区KCl在该干盐相图中面积最大,其次是SrCl₂·6H₂O,而MgCl₂·6H₂O的结晶区面积最小,说明KCl在饱和溶液中的溶解度较小,易析出而得到分离,而MgCl₂的溶解度最大,难以从饱和溶液中结晶析出,且MgCl₂·6H₂O对KCl和SrCl₂·6H₂O有强烈盐析作用。通过对本体系热力学相平衡实验研究和多温相平衡的对比讨论,揭示了钾锶镁等含氯化物卤水体系在多温相平衡与相图条件下的结晶析盐规律,为液态矿产资源开发利用提供理论指导。     

Mg(BO2)2在MgSO4和MgCl2-MgSO4水溶液中分解的相平衡与物种化学平衡

硫酸镁亚型盐湖老卤是MgCl₂、MgSO₄的饱和溶液体系,富集了Mg、B、Li等元素。本文针对含硼水盐体系热力学难以表达的问题,开展了硼在水盐体系存在形态及其平衡关系的研究。利用易于水解的Mg(BO₂)₂作为硼源,借助拉曼光谱和X射线衍射(XRD)为检测手段,定量研究Mg(BO₂)₂在MgSO₄-H₂O、MgSO₄-MgCl₂-H₂O体系中水解硼物种转化规律。结果表明:(1)Mg(BO₂)₂在MgSO₄溶液中的水解固相为MgB₂O(OH)6、MgB₄O₇·9H₂O和Mg(OH)₂;在MgSO₄-MgCl₂-H₂O溶液中水解固相为Mg₂B₆O₁₁·15H₂O、MgB₄O₇·9H₂O、Mg₂Cl(OH)₃·4H₂O。(2)Mg(BO₂)₂在MgSO₄溶液中水解,液相硼物种主要有B₃O₃(OH)-₄、B₃O₃(OH)₅2-、B(OH)-₄、B₄O₅(OH)₄2-、H₃BO₃,其分布受MgSO₄浓度影响很大,MgSO₄浓度从0增加至饱和,B₃O₃(OH)-₄始终占总硼量的50.07%以上,B₃O₃(OH)₅2-占液相总硼从4.77%上升至37.16%为第2化学物种。(3)在MgSO₄-MgCl₂-H₂O溶液中,硼物种的主要形态有B₃O₃(OH)-₄、B₃O₃(OH)₅2-、B(OH)-₄,其分布 随[Cl₂2-]/([Cl₂2-]+[SO₄2-])变化很大,在MgCl₂和MgSO₄的共饱溶液中,分别占液相总硼量的58.91%,14.62%和12.81%。(4)液相硼物种之间平衡关系的活度商lnQ,不仅与溶液pH、水活度有关,还与MgSO₄、MgCl₂摩尔浓度呈二元线性关系,这样就可将硼在H₃BO₃-NaOH体系物种分布关系的lnQ扩展到 (MgSO₄,MgCl₂,MgSO₄-MgCl₂)水溶液的多元体系。由此获得硼物种的量化关系,可为推算硼在水盐体系的物种分布,进而计算含硼电解质溶液热力学性质提供依据。     

三元体系CaCl2-SrCl2-H2O相平衡在高钙锶比卤水体系中分离提取氯化锶的应用

采用等温溶解平衡法测定了三元体系CaCl₂-SrCl₂-H₂O温度在353.15 K时共饱和点的溶解度。基于实验结果和文献已有报道的该体系多温下的相平衡数据,模拟了南翼山油田卤水中氯化钙和氯化锶在温度323.15 K下的分离实验。模拟钙锶分离实验结果表明,物质的量比为25.41∶1的CaCl₂和SrCl₂的混合溶液在323.15 K下蒸发结晶提纯后的固相中钙锶物质的量比降低为1.73∶1,SrCl₂的回收率为52.47%,将所得一次固相产品在323.15 K下溶解并再次蒸发后,钙和锶的物质的量比从1.73∶1降至1.1∶1,SrCl₂的回收率为78.67%,SrCl₂的总回收率为41.28%。     

六元体系Li–Na–K–Mg–Cl–SO4–H2O多温相平衡预测

采用基于扩展UNIQUAC模型的AQSOL027软件针对水盐体系Li–Na–K–Mg–Cl–SO₄–H₂O的六个五元子体系进行相平衡理论计算,首次报道了多个五元子体系在多个温度条件下的相图,将计算相图与已有实验相图以及基于其它热力学模型的计算相图进行了比较。结果表明：AQSOL027在相图计算中具有较好的准确性和可靠性。AQSOL027是一款基于Excel、用于计算复杂多温水-盐体系Li–Na–K–Mg–Ca–H–Cl–(HSO₄/SO₄)–(CO₂/HCO₃/CO₃)–(H₃BO₃/B₄O₇/BO₂)–OH–H₂O的计算机软件,集成了扩展UNIQUAC模型和相平衡算法,该软件可结合SysCAD和Aspen过程模拟器,实现盐田工艺过程的计算机辅助设计。     

四苯硼钠—季铵盐质量滴定法分析钾含量研究

依据四苯硼钠—季铵盐容量法滴定K⁺离子的原理,采用质量滴定法,考察了滴定速度、松节油加入量对四苯硼钠与季铵盐反应的影响及共存离子(包括Li⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、SO2-₄、B₄O2-₇、CO2-₃)对K⁺含量测定结果的影响。当测定K⁺离子含量在5～15 mg范围内,松节油最佳加入量为25滴,分析误差< 0.3%。     

KNO3溶液结构:密度泛函理论和分子动力学研究

基于密度泛函理论,采用ωB97XD方法和6-311++G(d,p)基组,系统研究了[K(H₂O)_n]⁺,[NO₃(H₂O)_n]-和KNO₃(H₂O)_n水合团簇的结构和性质;并结合经典分子动力学、OPLS-AA全原子力场以及SPC/E水模型模拟了不同水盐比(WSR) KNO₃溶液,目的在于深入理解KNO₃溶液中K⁺和 NO-₃的微观水合结构,以及K⁺-NO-₃离子间缔合作用特征。研究发现,对于KNO₃(H₂O)_n (n=6,8,10和12)水合团簇,K⁺第一水合层稳定结构为四、五和六水合结构,其中五水合结构最稳定。K⁺和NO-₃主要以溶剂共享离子对形式存在。随着团簇尺寸减小,直接接触离子对(CIP)物种出现。同时,分子动力学模拟证实KNO₃溶液中形成了直接接触K⁺-NO-₃离子对,且随着溶液浓度增加,CIP物种形成需越过更大能垒。以上结果表明在KNO₃稀溶液中主要存在物种为水合K⁺和NO-₃,随浓度增大,单齿直接接触离子对(MCIP)逐渐出现。在高浓溶液或过饱和溶液中,K⁺-NO-₃离子缔合主要以单齿CIP和少量双齿CIP结构存在。     

柴西尕斯库勒地区深部孔隙卤水水化学特征及成因分析

深部孔隙卤水是近年来盐湖勘查的工作重点。对尕斯库勒地区深部孔隙卤水的离子特征及聚类分析显示：卤水中的K₊、B₂O₃和Li₊具有相似的物质来源,且各离子之间具有普遍的相关性;孔隙卤水中的钾、镁、锂具有相对较高的品位,各离子含量普遍呈现一个自南向北增大的趋势,而且上部卤水离子浓度普遍高于下部.综上,尕斯库勒地区北部段深部具有较好的钾、镁、锂找矿前景。根据卤水的特征系数及其在K₊、Na₊、Mg₂₊∥Cl_－、-H₂O(25°)介稳相图中的分布,推测尕斯库勒地区深部孔隙卤水的主要来源,既有溶滤表层晶间层的溶滤水,又有深部的沉积水,显示出典型的多源性。     

Na+,K+,Mg2+/NO3-,Cl-,SO42--H2O体系25 ℃热力学模型和溶解度预测Ⅱ:四元体系Na+,K+/NO3-,Cl——H2O的Pitzer混合参数及其应用

在前文讨论并获得了用于该六元体系溶解度计算合理的单独电解质Pitzer参数后,介绍Na+,K+/Cl-,NO3--H2O四元体系混合参数的获得及其在体系溶液热力学性质和溶解度预测中的应用。     

50 ℃KCl-RbCl/CsCl-H2O三元体系等温相平衡研究

采用等温平衡的方法测定了KCl-RbCl-H₂O和KCl-CsCl-H₂O三元体系50 ℃的等温平衡溶解度,绘制了这两个体系的相图。研究表明,KCl-RbCl-H₂O为固溶体型相图,没有共饱和点,只有一个(K,Rb)Cl固相区,饱和溶液线为一单变量曲线。平衡液相中RbCl/KCl与RbCl的百分含量呈正相关和线性关系,而固相中RbCl/KCl的变化则呈非线性关系。KCl-CsCl-H₂O体系属于简单共饱和体系,存在一个共饱和点,在KCl、CsCl、H₂O含量分别为5.1%、64.3%、30.6%时达到共饱和。实验对完善含铷、铯卤水体系的热力学数据和富钾卤水综合开发利用具有实际意义。     

Na+, K+, Mg2+//NO3-, Cl-, SO42--H2O体系 25 ℃热力学模型和溶解度预 测Ⅳ:四元体系K+, Mg2+//NO3-, Cl--H2O的Pitzer混合参数及其应用

前三篇文章我们获得并讨论了用于六元体系溶解度计算合理的单独电解质Pitzer参数,及Na+,K+//Cl-,NO3--H2O四元体系混合参数和它们的应用。本文报道对K+,Mg2+//NO3-,SO42--H2O四元体系混合参数的研究及其在体系溶液热力学性质和溶解度预测中的应用。     

Li+的水合结构和近似饱和水合层:基于密度泛函理论的研究

结合密度泛函理论,运用B3LYP/aug-cc-pVDZ方法对[Li(H₂O)_n]⁺(n=1~10)水合团簇的结构进行了研究。研究结果表明,在气相和液相中,四配位结构的[Li(H₂O)_n]⁺水合团簇比其五配位的异构体稳定,即在水溶液中Li⁺易形成四配位的四面体结构。随着同时水分子数的增加,Li-O键长增大,Li⁺上的电荷密度减小。但是当水分子数大于4时,Li-O键长和Li⁺上的电荷密度变化很小。[Li(H₂O)_n]⁺水合团簇中每个水分子的结合能计算结果表明,7个水分子已足以形成Li⁺的近似饱和水合层。另外红外光谱显示[Li(H₂O)_n]⁺水合团簇中O-H伸缩振动随着水分子数的增加发生蓝移,而~3 600 cm-1和~3 500 cm-1处的吸收峰是第二水合层与第一水合层、第三水合层和第二水合层的水分子形成氢键引起的。     

Na+,K+,Mg2+//NO3-,Cl-,SO42--H2O体系25℃热力学模型和溶解度预测V:四元同离子体系K+//SO42-,NO3-,Cl--H2O和Mg2+//SO42-,NO3-,Cl2-H2O

前4次文章我们获得并讨论了用于六元体系溶解度计算合理的单独电解质Pitzer参数,及四元交互体系Na+,K+//Cl-,NO3--H2O、K+,Mg2+//NO3-,SO42--H2O、K+,Mg2+//NO3-,Cl--H2O混合参数和它们的应用.此次报道在K+//Cl-,NO3-,SO42-H2O、Mg2+//Cl-,NO3-,SO42--H2O同离子四元体系溶解度预测中的应用.前一个是简单共饱型四元体系,热力学预测表明在后一体系中应有MgSO4·6H2O(Hexahydrite)存在.     

离子液体([C6MIm])从体相电迁移至水相研究

离子在离子液体/水溶液二元系统中的电迁移行为在很多领域受到了越来越多的关注。本文通过研究不同条件下离子液体离子在电极液中的浓度变化,系统地研究了电极溶液酸—碱度,电极溶液中电解质浓度以及离子液体中溶解LiN(CF₃SO₂)₂与否对[C₆MIm]⁺离子电迁移的影响。总的来说,随着电流的增加,[C₆MIm]⁺离子向阴极水溶液的迁移量随之增加,向阳极水溶液的迁移量随之减少;然而N(CF₃SO₂)₂-离子向阳极水溶液的迁移量随之增加,向阴极水溶液的迁移量随之减少。当电极溶液为碱性,[C₆MIm]⁺离子的迁移量明显减少。在电极溶液中溶入LiN(CF₃SO₂)₂时或者将LiN(CF₃SO₂)₂溶入离子液体时,[C₆MIm]⁺离子的迁移量也明显受到抑制。     

273.15 到 308.15 K下二元体系（LiCl-H2O 和 MgCl2-H2O）和三元体系（LiCl-MgCl2-H2O）的体积性质研究

用高精度振动管在 273.15 至 308.15 K 的温度范围内以 5 K 的间隔对两个二元系统（LiCl-H2O 和 MgCl2-H2O）和三元系统（LiCl-MgCl2-H2O）的密度进行了实验测定密度计。基于 Vogel-Fulcher-Tamman (VFT) 方程,对 LiCl(aq) 和 MgCl2(aq) 密度与温度和摩尔浓度的相关方程的系数进行了参数化。 Young的理想混合规则被成功地应用于基于相关的二元解性质关联三元系统的密度。根据二元和三元体系的体积特性数据,根据 Pitzer 离子相互作用理论,得到 Pitzer 单盐参数和混合离子相互作用参数。在本工作中确定了三元体系在恒定离子强度下的混合体积 (ΔVm)。     

三元体系CaCl2?SrCl2?H2O的相平衡及其在钙锶分离中的应用

采用等温溶解平衡法研究了三元体系CaCl₂?SrCl₂?H₂O温度从323.15 K到353.15 K范围内的相平衡。基于该三元体系多温下的相平衡数据,设计开展了实验室模拟南翼山油田卤水中氯化钙和氯化锶在温度323.15 K下的分离实验。实验室模拟钙锶分离实验结果表明,在323.15 K下时分离一次固相产品中的钙锶摩尔比可以从25.46:1降至1.73:1,SrCl₂的回收率为52.47 %,所得一次固相产品在323.15 K下溶解并再次蒸发。钙和锶的摩尔比从1.73:1降至1.1:1,SrCl₂的回收率为78.67 %。