伊利石是一种富钾的2:1型层状硅铝酸盐矿物,是地表沉积岩中最具代表性的黏土矿物之一,在陶瓷工业、造纸工业、钾肥制造工业、建筑以及精细化工等国民基础领域被广泛应用。近年来,由于黏土矿物的开发技术不断革新进步,伊利石矿物资源的应用范围也不断地被拓展。吉林省延边朝鲜族自治州某伊利石矿脉资源储量丰富,但因其矿脉中伊利石的纯度较低、且国内高附加值利用工艺较少。因此,如何令本地区丰富的伊利石资源转化为高附加值工业产品成为重点研究问题。有鉴于此,本文基于伊利石富钾的性质,设计了一系列提钾方案,通过正交实验,单因素优化实验等手段,最终达到低能耗,高效率的提取伊利石中蕴含丰富的钾资源。与此同时,也对不同提钾方法下伊利石中钾离子的提取过程进行了动力学分析。为了高效提取伊利石中丰富的钾资源,本文分别采用高温熔盐离子交换法、水热酸浸法和微波辅助酸浸法等三种方法对伊利石提钾工艺进行了研究,以XRD、XRF、SEM、BET以及沉降式粒径分布仪等手段对反应前后物料的组分、结构、形貌等物化性质进行了系统的表征。通过研究原料在不同释钾工艺条件下组分及结构的变化,从动力学角度揭示了伊利石中钾元素的溶出过程,获得了如下结论:(1)以氯化钙为助熔剂,采用高温熔盐工艺对吉林省延边朝鲜族自治州某地伊利石中钾离子交换规律进行研究,实现在高温状态下固态熔盐对伊利石中钾元素的离子交换,进而达到伊利石高效释钾的目的。通过探究实验中各影响条件对伊利石释钾率的影响。以X射线衍射(XRD)和X射线荧光衍射仪(XRF)等手段对反应前后物料的组分、结构和形貌进行表征。结果表明,添加氯化钙助剂对伊利石的释钾效果影响显著,最佳实验条件下释钾率为95.84%。动力学分析显示焙烧过程为Ca2+在伊利石内部扩散所控制,焙烧渣中钾的浸出过程受表面化学反应控制。(2)为避免因高温反应而带来的高能耗问题,以盐酸为刻蚀剂,采用水热酸浸工艺对伊利石中铝、钾元素的溶出规律进行研究。在正交实验的基础上,通过改变实验条件,考察了盐酸浓度、浸出时间、浸出温度及固液比因素对伊利石中铝、钾元素的溶出率影响。用X射线衍射(XRD)和X射线荧光衍射仪(XRF)对反应前后伊利石的组分、结构和形貌进行表征。结果表明,试验实现了伊利石中铝、钾元素的同步溶出;最佳试验条件下铝、钾溶出率分别为96.07%、93.89%。通过对溶出过程中的溶出率进行动力学拟合,发现伊利石中铝、钾元素的溶出过程符合缩芯模型,证明出低温状态下离子溶出过程受流体膜控制,高温状态下离子溶出过程受表面化学反应控制。(3)为进一步降低伊伊利石提钾所需的反应时间,增加工艺效率。以微波辐照加热替代传统加热方法,利用盐酸为刻蚀剂,采用酸浸水热工艺对伊利石中钾的溶出规律进行研究,并对酸浸产物进行了细致的表征。通过正交试验前期摸索,细化条件,考察了盐酸浓度、浸出时间、浸出温度及固液比因素对伊利石中铝和钾溶出率的影响。用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线荧光衍射仪(XRF)及N2脱附-吸附仪器(BET)对反应前后伊利石的组分、结构、形貌以及比表面积,孔径分布等进行表征。结果表明,微波酸浸30 min,K+溶出率为92.44%;实验结果证实酸浸产物为介孔氧化硅材料,其纯度高达95.65%,比表面积和平均孔径分别为114 m2/g和32 nm;经动力学分析,微波辅助酸浸伊利石提钾过程符合核收缩反应模型,钾溶过程主要受化学反应速率控制。