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钾明矾石含有钾、铝、硫等有价元素,且在我国储量巨大、资源丰富。所以利用钾明矾矿石分解制备K2SO4和Al2O3具有广阔的工业应用前景。实验证明高浓度KOH溶液在常压、低温下(<100℃)能够分解钾明矾石矿,但是在碱浸液中钾铝分子比较高,限制后续铝酸钾晶种分解制备Al(OH)3产品。本文拟研发新颖的烷基酚萃取法,从碱浸液中萃取过量的KOH,降低铝酸钾中的钾铝分子比,以便后续进行铝酸钾溶液的晶种分解。研究重点聚焦如下: (1)对七种不同结构、且具有空间位阻的烷基酚作为萃取剂时进行筛选,考察萃取KOH的萃取容量和水相中的损耗量,优选出2,4-二叔丁苯酚萃取剂;对不同结构辛醇(正辛醇、2-乙基己醇、仲辛醇)作为稀释剂时进行筛选,综合萃取KOH容量、在水相中溶解度及沸点等因素,优选出正辛醇稀释剂;由2,4-二叔丁基苯酚-正辛醇构成萃取有机相,进一步考查在铝酸钾溶液中萃取过量KOH时有机相的稳定性以及选择性,为工业设计提供理论依据。 (2)研究KOH-KAlO2-H2O-有机相萃取体系及KOH-H2O-有机相萃体系相平衡,测量不同温度、不同萃取剂含量以及不同铝酸根浓度下的相平衡数据,将相平衡数据进行拟合,分析萃取过程,得到萃取机理为萃取剂和水相中的碱金属离子以一元弱酸和一元强碱进行中和反应的形式进入有机相中。并采用Pitzer模型对萃取反应过程的热力学参数进行计算,为钾铝分离的萃取/反萃工艺设计提供基础数据。 (3)以KOH浓度为480~530g/L,铝含量约3.7mol/L的铝酸钾溶液作为萃取原液及以纯水或稀碱液作为反萃原液,基于KOH-KAlO2-H2O-有机相萃取体系及KOH-H2O-有机相萃体系的相平衡数据,设计单级、二级及三级萃取工艺条件,并进行萃取实验以降低铝酸钾溶液中钾铝分子比(晶种分解条件为钾铝分子比小于1.5或碱浓度小于310g/L)。在总相比(13∶1)和温度(40℃)不变的情况下,通过单级萃取实验发现KOH萃取效率未达到晶种分解条件,而二级萃取实验转移碱浓度幅度更大且达到了晶种分解条件。在此基础上进行三级萃取工艺以降低有机相与水相的比例,与二级萃取循环工艺实验相比,三级萃余液的碱浓度基本达到晶种分解条件,且能够有效的将有机相体积降到二级萃取的78%。