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【6h】

添加助剂对钾长石—硫酸钙—碳酸钙焙烧体系的影响及作用机理研究

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第一章绪论

1.1钾资源概况

1.1.1钾肥的重要性

1.1.2世界钾肥资源概况

1.1.3我国钾肥资源概况

1.1.4我国钾肥供需现状及发展趋势

1.2我国钾肥供应对策

1.3利用非水溶性钾矿资源提钾的开发研究现状

1.3.1国外非水溶性钾矿资源的开发研究现状

1.3.2国内非水溶性钾矿资源的开发研究现状

1.4当前非水溶性钾矿资源提钾途经及存在的问题

1.4.1干法

1.4.2湿法

1.4.3生物法

1.5非水溶性钾矿资源研究的意义

1.6本课题研究的研究思路及主要内容

1.6.1研究思路

1.6.2研究内容

第二章钾长石反应体系热力学分析

2.1钾长石反应体系热力学研究

2.1.1标准状态下钾长石体系反应△GOT的计算

2.1.2标准状态下吉布斯自由能的计算

2.1.3非标准状态下的△GOT计算

2.2钾长石反应体系热力学分析及计算

2.2.1钾长石反应体系相关化合物热力学分析

2.2.2钾长石反应体系热分解热力学计算

2.3本章小结

第三章实验仪器及实验材料分析

3.1实验药品及实验仪器

3.1.1实验所用主要药品

3.1.2实验所用主要仪器

3.2主要分析方法

3.2.1钾含量的分析方法

3.2.2 X射线粉末衍射分析(XRD)

3.2.3红外吸收光谱(FTIR)

3.3实验原料分析

3.3.1钾长石烧失量及水份测定

3.3.2钾长石化学组成分析

3.3.3钾长石的矿物组成分析

3.4本章小结

第四章钾长石-硫酸钙-碳酸钙体系及添加剂实验研究

4.1实验药品及实验仪器

4.1.1实验药品

4.1.2实验仪器

4.1.3实验原料

4.1.4实验流程

4.2结果与讨论

4.2.1钾长石-硫酸钙-碳酸钙摩尔配比对钾长石分解率的影响

4.2.2钾长石粒度对钾长石分解率的影响

4.2.3焙烧温度对钾长石分解率的影响

4.2.4焙烧时间对钾长石分解率的影响

4.2.5添加助剂对钾长石分解率的影响

4.2.6添加杂质对钾长石分解率的影响

4.3本章小结

第五章动力学研究

5.1扩散与固相反应

5.1.1扩散的概念及特点

5.1.2固相反应

5.2固相反应及动力学方程

5.2.1均相反应

5.2.2非均相反应

5.2.3杨德尔方程

5.2.4金斯林格方程

5.2.5扩散控制方程的局限性

5.2.6阿伦尼乌斯方程

5.3动力学实验研究

5.3.1钾长石-硫酸钙-碳酸钙体系

5.3.2硫酸钠对钾长石热分解体系的影响

5.3.3亚硫酸钠对钾长石热分解体系的影响

5.3.4氯化钠对钾长石热分解体系的影响

5.3.5氟化钠对钾长石热分解体系的影响

5.4本章小结

第六章反应机理分析

6.1钾长石反应体系反应物及焙烧物XRD分析

6.2钾长石反应体系焙烧产物电子探针分析

6.2.1焙烧产物的背射电子像

6.2.2新生矿物带的电子探针定量分析

6.3添加剂(钠盐)的TG-DTG分析

6.4纯钾长石分解过程分析

6.5添加助剂反应过程(机理)讨论

6.6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

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摘要

钾肥是农业中不可或缺的常用三大肥料之一。我国可溶性钾矿资源极为匮乏,且分布不均。但难溶性钾矿资源异常丰富,分布广泛。因此,因地制宜地有效利用含钾矿物并提高其转化率显得十分重要。这不但可以缓解我国钾肥严重缺乏的现状,还可以收到良好的经济效益和社会效益。 利用热力学计算探讨了钾长石-硫酸钙-碳酸钙体系化学反应最易发生的配比,并以钾长石矿为原料,利用XRD,红外分析等手段研究了钾长石的性质,研究了不同配比对钾长石分解率的影响,确定了钾长石-硫酸钙-碳酸钙体系最佳的反应配比。研究了体系的焙烧温度、焙烧时间、钾长石粒度等工艺条件对钾长石的分解率影响。 在最佳配比基础上添加硫酸钠、亚硫酸钠、氯化钠、氟化钠研究其对钾长石分解率的影响,得出最佳操作条件为物料配比n(钾长石):n(硫酸钙):n(碳酸钙)=1:1:14,硫酸钠添加量为3%,1050℃下焙烧2h,K2O萃取率为91.09%。 通过实验对钾长石-硫酸钙-碳酸钙体系反应过程进行了动力学研究,得到了钾长石-硫酸钙-碳酸钙体系反应过程符合金斯林格动力学方程:1-2/3G-(1-G)2/3=Kkt,反应属于扩散控制。研究了反应温度、添加剂组分、浓度对反应速率的影响,计算了不同情况下的活化能,得到了四种钠盐对体系活化能降低顺序为Na2SO4>Na2SO3>NaCl>NaF,其中添加3%硫酸钠效果最好,可将未加钠盐体系的活化能从128.39KJ·mol-1降到86.87KJ·mol-1。 利用XRD、电子探针、热重分析等多种分析手段,研究了钾长石分解过程,对钠离子提高钾长石-硫酸钙-碳酸钙体系钾分解率的机理进行了探讨。

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