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本文研究了沸石离子交换法海水制备磷酸二氢钾(KDP)的工艺过程,主要包括天然斜发沸石的改性、从海水中高效富集钾和从富钾液中分离制备磷酸二氢钾(KDP),以期实现为磷酸二氢钾(KDP)生产提供新的生产工艺。 天然斜发沸石的改性工序:采用微波技术对斜发沸石改性作了较系统的研究,通过对微波功率、改性时间、改性剂组成等条件进行优化,制备出对钾离子全交换容量可达58.5mg/g的改性斜发沸石。采用吸附性能、化学组成分析、红外光谱、FT-IR、EDX和X射线衍射等手段对改性斜发沸石进行了表征。在模拟海水中改性斜发沸石对钾离子的吸附量可达27.8mg/g,较改性前提高6倍以上。改性斜发沸石化学组分分析与红外光谱表明改性过程有二方面的作用,一方面是脱硅补铝;另一方面是在微波作用下钾,钠将天然斜发沸石中钙、镁交换出来。X射线衍射分析表明,斜发沸石经脱硅补铝改性后,仍然保留斜发沸石晶格构造。 离子交换热力学研究工序:测定了斜发沸石对钾离子的全交换容量;用静态法完成了不同温度下斜发沸石对钾离子的交换平衡曲线;然后从离子交换等温线入手,进一步研究了温度等条件对斜发沸石对K+~Na+、NH4+~K+交换平衡的影响,依据实验数据用非线性最小二乘法回归出朗格缪尔方程形式的热力学模型,并求的热力学反应焓。 钾富集工序:该工序主要分三个阶段即吸附阶段、洗脱阶段和再生阶段。在吸附阶段,低温有利于K+,所以采用常温操作。在洗脱阶段,洗脱剂中氯化铵浓度和洗脱温度越高,沸石的洗脱效果越好;再生阶段,再生液的高温和高浓度都有利于再生,但在实际生产中,需要综合考虑再生效果与能量消耗之间的关系,因此再生温度选择80℃为佳。 制备磷酸二氢钾工序:该工序采用两次转化,两次分离结晶法并研究了各工艺条件转化温度、转化时间、富钾液中的钾与磷酸二氢铵的摩尔比和磷酸钾铵的铵与氯化钾的摩尔比等对磷酸二氢钾纯度的影响。针对产物中KCl含量过高,采用重结晶法提纯,提纯后产品中磷酸二氢钾的含量可以达到92%以上,且过滤后的母液可以作为原料循环利用。 此工艺结合转化和结晶法制备磷酸二氢钾,然后对产品进行重结晶得到纯度高的KDP固体,母液循环利用,具有工艺流程短、操作简单、成本低且环保的特点。