Na2SO4-MgSO4-(NH4)2SO4-H2O四元体系相平衡及MgSO4·(NH4)2SO4·6H2O脱水过程研究

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我国白钠镁矾矿资源十分丰富，分布较广，其主要储存在具有丰富卤水资源的地区。但是由于该矿的分离较为困难，因此目前尚未有成熟的工业化工艺开发报道。本文针对白钠镁矾矿产资源的加工开发，提出以硫酸铵做盐析剂分离白钠镁矾制备镁氮复肥和硫酸钠的工艺路线。
　　采用等温法测定了0℃时Na2SO4-MgSO4-(NH4)2SO4-H2O四元体系及其三元子体系MgSO4-(NH4)2SO4-H2O的相平衡数据，并依据绘制的相图分析了各共饱点和结晶区，结果表明以硫酸铵作盐析剂可与硫酸镁形成复盐MgSO4·(NH4)2SO4·6H2O，实现了硫酸钠和硫酸镁的分离。结合0℃和25℃时Na2SO4-MgSO4-(NH4)2SO4-H2O四元体系相图，综合分析以白钠镁矾和硫酸铵为原料制备MgSO4·(NH4)2SO4·6H2O和Na2SO4·10H2O的分离工艺。
　　又以Pitzer模型为液固相平衡计算的理论基础，用离子强度函数表达0℃时电解质之间的相互作用参数，对Na2SO4-MgSO4-(NH4)2SO4-H2O四元体系所包含的三元子体系的溶解度数据进行了回归，得到了不同离子之间的相互作用参数。将得到的相互作用参数代入Pitzer四元体系模型，计算了0℃时Na2SO4-MgSO4-(NH4)2SO4-H2O四元体系的溶解度，结果表明计算值与实验值相吻合。
　　分别以七水硫酸镁和无水硫酸钠按照白钠镁矾的组成进行配比，和内蒙古阿拉善盟的白钠镁矾矿为原料，加入定量的硫酸铵和水在25℃下反应制备氮镁复肥和十水硫酸钠。所得氮镁复肥经硫酸镁饱和溶液进行多次洗涤后纯度分别为85.65％和58.25%。然后向母液中加入一定量的水，再在0℃下进行低温结晶析出十水硫酸钠。由于十水硫酸钠放置于干燥的空气中会逐渐失去结晶水而变为白色粉末状的无水硫酸钠，因此干燥后的十水硫酸钠含有一小部分无水硫酸钠。
　　MgSO4·(NH4)2SO4·6H2O是含结晶水的复盐，若能脱去全部结晶水，则能有效地避免潮解并且更方便在现代农业生产中应用。采用TG-DTG技术分析研究了MgSO4·(NH4)2SO4·6H2O的热分解过程，由TG-DTG曲线可知在61.2~148.6℃内可完全脱去结晶水生成无水复盐MgSO4·(NH4)2SO4。XRD结果表明复盐MgSO4·(NH4)2SO4是不同于MgSO4和(NH4)2SO4混合物的一种新结构物质。利用非等温等转化率法可得到各个阶段的动力学参数及最可能的机理函数。MgSO4·(NH4)2SO4·6H2O的脱水过程为自催化Bna机理,且反应级数n=1；MgSO4·(NH4)2SO4脱去一分子氨气的过程为二维扩散机理；MgSO4·NH4HSO4脱去一分子氨和一分子水的过程和MgSO4·SO3彻底分解生成MgSO4的过程均符合相界反应的收缩圆柱体模型。

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作者
张菁;
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作者单位

河北工业大学;

展开▼
授予单位河北工业大学;
学科化学工艺
授予学位硕士
导师姓名曹吉林;
年度 2014
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 O642.542;O642.42;
关键词
白钠镁矾; 四元体系; 硫酸铵盐析剂; 相平衡; 镁氮复肥; 分离工艺; Pitzer模型;

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