含锂卤水体系热力学与固液相平衡研究

摘要

水盐体系相图是研究水盐体系的重要工具，针对氯化物型和硫酸盐型及其亚型盐湖开放复杂巨化学体系的相平衡关键科学问题，在国家自然基金项目的支持下，对青海盐湖涉及的相关体系开展热力学模型研究，通过溶液物性确定模型液相参数，通过固液相平衡数据确定固体盐的热力学参数，并预测多元体系的固液相平衡。在此基础上，针对硫酸盐型盐湖，开展蒸发锂盐析盐规律和一水硫酸锂提取技术研究，获得卤水转化法生产硫酸锂的关键过程数据，为硫酸盐型盐湖卤水锂资源开发与资源综合利用提供参考。 本研究涉及的体系为青海各盐湖中含锂、钾/钠、镁的相关体系。 (1)溶液物性模拟与溶液特征参数的研究。利用对称的eNRTL模型对溶液物理化学性质（饱和蒸汽压、活度系数、渗透系数、热容）的实验数据进行模拟研究，确定了LiCl+H2O、Li2SO4+H2O、KCl+H2O体系液相的6对作用参数以及MgCl2+LiCl+H2O、LiCl+KCl+H2O、Li2SO4+MgSO4+H2O、LiCl+Li2SO4+H2O体系液相的8个盐-盐对交互作用参数。 (2)固-液相平衡模拟与固体盐的热化学数据研究。利用固-液相平衡模型对全温度范围二元体系(LiCl+H2O、Li2SO4+H2O、KCl+H2O)溶解度进行模拟计算，确定了二元体系16个固体盐的热力学常数（标准生成吉布斯自由能、标准生成焓等）;根据MgCl2+LiCl+H2O、LiCl+KCl+H2O、Li2SO4+MgSO4+H2O、LiCl+Li2SO4+H2O四个三元体系的固-液相平衡数据，对三元体系复盐的热力学常数进行了拟合确定。 (3)多元体系全温相平衡预测与相图集成。在二元体系、三元体系研究的基础上，获得四个三元体系全温范围完整相图的温度连续化、可视化集成。并利用获得的液相参数、固相热力学常数，对Li+、Na+、K+//Cl--H2O四元体系和Li+、Na+、Mg2+//SO42-多元体系进行了相图预测，得到了该四元体系多温下的干基图和水图。模型计算的结果和文献数据一致性很好，表明模型在计算溶液物理化学性质、热力学常数以及预测多元相图方面是成功的。 (4)盐湖卤水提锂过程开发。开展含锂盐湖卤水蒸发锂盐析盐规律和一水硫酸锂提取技术研究，获得卤水转化法生产硫酸锂的关键过程数据。研究成果将为硫酸盐型盐湖卤水锂资源开发与资源综合利用提供参考。

目录

声明

摘要

1．1选题背景

1．2盐湖水盐体系相平衡与相图研究现状

1．3电解质溶液热力学模型理论

1．3．1 Pitzer模型

1．3．2 NRTL模型

1．3．3其他热力学模型

1．4课题的来源及提出

1．5研究意义及目的

1．5．1研究意义

1．5．2研究目的

1．6研究内容

1．7拟解决的问题

2热力学模型研究

2．1 热力学模型研究的工作思路

2．2活度系数模型

2．2．1 PDH项

2．2．2 NRTL项

2．3溶液物性模型

2．3．1活度系数与渗透系数

2．3．2饱和蒸气压

2．3．3沸点

2．3．4冰点

2．3．5等压热容与溶液焓值

2．4固-液相平衡模型

2．5模型参数优化与求解策略

3水盐体系热力学与相图预测

3．1 二元体系溶液物理化学性质

3．1．1 LiCl-H2O体系

3．1．2 KCl-H2O体系

3．1．3 Li2SO4-H2O体系

3．2二元体系固-液相平衡

3．2．1 LiCl-H2O体系

3．2．2 KCl-H2O体系

3．2．3 Li2SO4-H2O体系

3．3三元体系固液相平衡

3．3．1 MgCl2+LiCl+H2O体系

3．3．2 LiCl+KOl+H2O体系

3．3．3 LiCl+Li2SO4+H2O体系

3．3．4 MgSO4+Li2SO4+H2O体系

3．4四元体系的固液相平衡研究

3．4．2 Li-Na-Mg-SO4四元体系

3．5本章小结

4盐湖老卤提取—水硫酸锂工艺研究

4．1研究目的

4．2研究方法与装置

4．3分析检测与数据处理

4．3．1分析检测

4．3．2数据处理

4．4结果与讨论

4．4．1模拟老卤直接蒸发

4．4．2卤水脱硫

4．4．3脱硫卤水等温蒸发

4．4．4硫酸锂提取

4．4．5硫酸锂提取工艺

4．5本章结论

5．1全文总结

5．1．2三元体系

5．1．3四元体系

5．1．4盐湖卤水提取硫酸锂工艺研究结论

5．2论文的创新点

6展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢