由天然斜发沸石和铝土矿合成4A沸石研究

摘要

4A沸石具有离子交换性、吸附性和分子筛分等性能,被广泛应用于农业、石油化工、海水提钾、污水处理、高分子化工、水泥、食品、造纸、电子以及建材工业等方面。目前,4A沸石前景最广阔的用途是用作洗涤助剂。传统的洗涤助剂三聚磷酸钠会引起水体富营养化,从而造成环境危害。4A沸石以其环境友好性、白度高、钙离子交换交换容量大、颗粒度小等特点,成为三聚磷酸钠的最佳替代品。国外由于Al(OH)3等铝源相对便宜,因此多采用化工原料合成法生产4A沸石,国内化工铝源原料相对昂贵,因此利用廉价矿物原料合成4A沸石成为必然的选择。中国铝业山东分公司利用氧化铝生产工艺中的铝酸钠母液作为铝源,开发出了我国第一条4A沸石生产线,并且一直保持着全国产量第一的地位。我国和世界上天然沸石储量都很丰富。目前,在我国,天然沸石矿主要用作水泥的配料,饲料添加剂,污水处理剂,以及一些反应的催化剂等。我国铝土矿储量丰富,目前多用来生产氧化铝等产品。
　　本课题的目的就是充分利用该天然矿物和铝土矿,合成附加值高,消费量大的4A沸石,本课题的难点是如何去除天然矿物含有的杂质。本论文对斜发沸石矿物进行了充分的分析和研究,并利用品质较高的铝土矿一起,在前人研究的基础上,合成了4A沸石,并探讨了微波技术在处理矿物及沸石合成中的应用。
　　本论文的主要工作如下:
　　1、本实验利用各种方法对斜发沸石矿物进行了组成和成分分析。发现该矿物主要由斜发沸石、丝光沸石和α-石英三种物相组成。利用普通焙烧和水蒸汽焙烧的方法对斜发沸石矿进行处理,发现该矿物难以在普通焙烧和水蒸汽焙烧条件下被完全活化。在实验中,我们探讨了直接碱溶活化法,加碱熔融活化法。发现直接碱溶活化法仅能活化斜发沸石和丝光沸石;而加碱熔融活化则能活化包括α-石英在内的三种组分。但是加碱熔融活化时Fe2O3会对熔融物产生影响,造成熔融物白度低,铁含量高。为了解决这一问题,我们研究了斜发沸石矿物的湿法浮选除杂和酸处理除杂预处理。为了综合利用酸溶出产生的废液,我们进行了回收铝和盐酸的实验。实验方法包括调节pH值法,NH4AlSO4结晶法,分子筛除杂法。
　　2、我们分别利用我国某区域GZ的铝土矿和HH的铝土矿来制取铝酸钠。首先,检测了两种铝土矿的组成和各成分含量。然后,考察了利用酸溶解,碱溶解和碱熔融对铝土矿处理的结果。发现,碱熔融效果最好。
　　3、利用制取的硅酸钠溶液和铝酸钠溶液,合成了4A沸石,并对各种合成条件进行了优化。对纯化斜发沸石矿的熔融,铝土矿的熔融,以及4A沸石的晶化合成,利用微波反应器进行了实验,发现效果较好。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 4A 沸石概况

1.1.1 4A 沸石的化学组成及结构

1.1.2 4A 沸石的性质与应用

1.1.3 4A 沸石的生产现状和发展前景

1.1.4 合成4A 沸石的研究进展

1.2 斜发沸石矿概况

1.2.1 世界与我国斜发沸石矿的状况

1.2.2 斜发沸石中各物相的组成与结构

1.2.3 斜发沸石矿的性质与应用

1.2.4 斜发沸石矿合成4A 沸石的研究进展

1.3 铝土矿概述

1.4 微波的加热原理和应用

1.5 本论文的研究意义和主要研究内容

1.5.1 本课题的研究意义

1.5.2 本课题研究的主要内容

第2章 由斜发沸石矿制取硅酸钠

2.1 实验部分

2.1.1 实验药品

2.1.2 实验仪器及设备

2.1.3 实验方法

2.2 实验结果与讨论

2.2.1 斜发沸石矿的结构和组成

2.2.2 直接碱溶法过程及结果分析

2.2.3 碱熔活化法过程及结果分析

2.2.4 酸溶-碱熔活化法过程及结果分析

2.2.5 湿法浮选-酸溶-碱熔法的过程及结果分析

2.3 小结

第3章 由铝土矿制取铝酸钠溶液

3.1 实验部分

3.1.1 实验药品

3.1.2 实验仪器及设备

3.1.3 实验方法

3.2 实验结果与讨论

3.2.1 两种铝土矿的组成和成分

3.2.2 HH 铝土矿的浸出

3.2.3 GZ 铝土矿的碱熔-溶出结果

3.3 小结

第4章 4A 沸石合成

4.1 实验部分

4.1.1 实验药品

4.1.2 实验仪器及设备

4.1.3 实验方法

4.2 实验结果与讨论

4.2.1 不同Na_2O/SiO_2 对合成的影响

4.2.2 不同SiO_2/Al_2O_3 对合成的影响

4.2.3 不同H_2O/Na_2O 对合成的影响

4.2.4 晶化温度对合成的影响

4.2.5 NaCl 的加入对合成的影响

4.3 小结

第5章 微波在原料处理和4A 沸石合成中的应用

5.1 实验部分

5.1.1 实验药品

5.1.2 实验仪器及设备

5.1.3 实验方法

5.2 实验结果与讨论

5.2.1 微波炉的改造

5.2.2 微波碱熔活化与焙烧碱熔活化的比较

5.2.3 微波晶化合成与普通水热晶化合成的比较

5.3 小结

第6章 结论

参考文献

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

致谢