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无机晶须内部原子高度有序,强度接近理想晶体的理论值,被用于增强金属、陶瓷、高分子等材料。作为一种新型晶须,Cu2Al6B4O17晶须有望用于金属、陶瓷或高分子中制备复合材料。本文采用高温助熔剂法,通过单因素实验确定了较优的Cu2Al6B4O17晶须制备条件,对制得的晶须进行仪器分析和表征。同时,通过设计实验方案,探索了Cu2Al6B4O17晶须制备时的反应过程和生长机理,并对机理予以验证。研究内容及结果主要包括以下几方面:(1)晶须制备:采用高温助熔剂法,通过单因素实验,确定了Cu2Al6B4O17晶须制备过程中的影响因素和控制参数,考察范围包括硼源、铝源、铜源、助熔剂类型、物料比、反应温度、反应时间、升温速率、降温速率等,确定了较优的合成条件,制备得到Cu2Al6B4O17晶须。较优条件:以Al2(SO4)3·18H2O、Cu SO4和H3BO3为原料,K2SO4为助熔剂,Cu:Al:B物质的量比2:6:8,反应原料与助熔剂质量比13:7,5℃/min升温至870℃,恒温4 h,然后1℃/min降温至700℃,自然降温至室温,样品经水、稀盐酸溶浸,得到Cu2Al6B4O17晶须产品。(2)晶须物性测试与表征:Cu2Al6B4O17晶须具有良好的常温耐酸/碱性和较优的亲水性,在1064.3℃开始分解,1200℃分解结束,焙烧后样品为表面粗糙的Al18B4O33晶须和无定型的Cu3B4O9。借助XRD、TG、SEM和TEM等测试手段对所制备的晶须进行分析和表征。结果表明:制备的晶须为四方晶型的Cu2Al6B4O17,直径在0.1~1μm,长度在5~200μm,晶须沿c轴优先生长。(3)晶须反应过程与生长机理:通过对反应过程中间产物(Al4B2O9)和最终产物进行分析,对Cu2Al6B4O17晶须的反应过程和生长机理做了初步探索。先生成Al4B2O9基体,由于Cu O和B2O3溶解于助熔剂并输送到Al4B2O9周围。由于Cu2Al6B4O17属于四方晶型,具有明显的各向异性,Cu2Al6B4O17在Al4B2O9表明异相成核,随着Al4B2O9的不断消耗,继续成长得到晶须,其生长机理可以用各向异性生长机理来解释。另外,通过实验对机理进行验证。我国西藏地区分布着众多的含锂盐湖,其盐湖类型以碳酸盐型和硫酸盐型为主。硫酸盐型含锂盐湖卤水中镁锂比高,在提锂过程中存在镁锂难以分离的问题;碳酸盐型含锂卤水在蒸发过程中由于碳酸锂溶解度小且会随着大量钠、钾盐的析出而分散析出,使锂难以有效富集。本文以西藏阿里地区碳酸盐型的结则茶卡和硫酸镁亚型的龙木措盐湖卤水为研究对象,研究了两种盐湖卤水协同提锂过程。主要研究内容如下:(1)镁锂分离和富锂卤水制备:将不同阶段的龙木措和结则茶卡卤水混合兑卤,混合后体系中镁浓度小于1 g/L、碳酸根浓度小于3 g/L。研究卤水浓度、兑卤比例、反应温度和陈化时间对兑卤过程以及碳酸镁结晶过程的影响。结果表明:使用龙木措老卤、碳酸锂饱和结则茶卡卤水为原料,兑卤CO32-:Mg2+(物质的量比)=1.2:1、反应温度15℃、反应后陈化24 h,三水碳酸镁固相纯度可以达到75.85~85%,混合兑卤后液相继续蒸发使锂富集至8~12 g/L。(2)高碳酸根卤水制备:结则茶卡盐湖卤水通过直接蒸发和冷冻出固相返溶后蒸发制备高碳酸根卤水,两种路线都可以制备得到CO32-浓度大于60 g/L的卤水。虽然直接蒸发可以制备得到高CO32-卤水但是会导致锂和碳酸根以碳酸锂的形式大量析出。碳酸锂接近饱和结则茶卡卤水于-20℃冷冻5天,冻出固相不同方式返溶后蒸发可以使CO32-浓度不断富集(最高为124.979 g/L),而SO42-浓度不断降低。此外,还研究了结则茶卡卤水冻出固相中硝、碱分离过程。研究结果表明:碳酸锂饱和结则茶卡卤水通过“-10℃和-20℃分步冷冻”和“-20℃冻出固相返溶后-10℃冷冻”可以实现SO42-和CO32-的较好分离。(3)碳酸锂制备:以制备得到的富锂卤水(锂浓度为12.562 g/L)和高碳酸根卤水(碳酸根浓度>54 g/L)为原料,常温下(15~25℃)制备得到纯度为67.84~78.01%,锂单次收率50.10~56.87%的碳酸锂,杂质主要为氯化钠、氯化钾和少量五水硼砂,粒度范围为4.408~21.238μm。碳酸锂粗产品经过淡水洗涤纯度可以达到95%。(4)中试扩大实验:以前期小实验获取的控制参数为指导,在拉萨中试基地进行中试扩大实验,制备得到1480 kg富锂卤水(Li+浓度为8.478 g/L)、1629 kg高碳酸根卤水(CO32-浓度为60.442 g/L)和约50 kg碳酸锂粗产品(纯度59.10~61.46%),实验结果表明中试扩大实验结果符合预期,从而验证结则茶卡和龙木措盐湖卤水协同提锂工艺的可行性。