论文部分内容阅读
摘要：本文以西藏地区扎布耶盐湖卤水为研究对象,重点研究了卤水的等温蒸发结晶行为和超声升温结晶行为。采用电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)等化学分析方法,分析了液相和固相的化学组成；采用XRD分析了结晶产物的物相组成；采用扫描电子显微镜、激光粒度仪等手段研究了结晶产物的形态；考察了在不同结晶条件下,各种元素的富集及其矿物盐的析出规律；考察了超声波对卤水升温结晶热力学和动力学的影响,并对碳酸锂的析出行为做了重点研究。主要结论如下：(1)20℃等温蒸发结晶(即A组)过程中,矿物盐析出路线为：NaCl(石盐)、KCl(钾石盐)、K3Na(SO4)2(钾芒硝)和Na3H(CO3)2·2H2O (天然碱),而-20℃冷冻后20℃等温蒸发结晶(即B组)的矿物盐析出路线为：NaCl(石盐)、KCl(钾石盐)和K3Na(S04)2(钾芒硝)。两种条件下所得结晶盐主要表现为四种晶体形态：立方状、板条状、柱状和放射状。A、B组的结晶路线均与理论上Na+、K+//C1-、CO32-、 SO42--H2O五元介稳相图(25℃)结晶路线有较大差别。(2)在A、B组样品的结晶试验中,锂的富集和析出效果均较差,说明低温蒸发状态下难以集中析出锂盐。钾的富集效果分散,集中在蒸发中后期析出。A组中硼的析出阶段集中在蒸发中期,而B组中始终没有硼的析出。(3)研究了扎布耶盐湖卤水的升温结晶行为,并考察了外加超声场对结晶过程的影响,结果表明超声波对扎布耶盐湖卤水升温结晶动力学的影响十分显著,外加超声明显缩短成核诱导期。当超声频率为40kHz、功率为60W,升温区间为40℃-70℃时,成核诱导期缩短了70.4%。(4)通过热力学计算得出,在有无超声场作用下：晶体生长方式分别为二维扩散型生长和连续型生长；形核级数分别为0.16和0.2；界面张力值分别为0.34×10-3N.m-1和0.377×10-3N.m-1；卤水在超声场作用下结晶,其临界形核功和临界形核半径均比无超声情况时要小。(5)超声波能够提高结晶产物混盐中碳酸锂的纯度。随超声时间的延长,碳酸锂纯度不断提高,在15min时达到93.21wt.%,而在作用30min后,纯度反而下降。说明超声升温结晶方法对提取高纯度碳酸锂非常有效。