由天然斜发沸石和铝土矿合成4A沸石研究

论文摘要

4A沸石具有离子交换性、吸附性和分子筛分等性能,被广泛应用于农业、石油化工、海水提钾、污水处理、高分子化工、水泥、食品、造纸、电子以及建材工业等方面。目前,4A沸石前景最广阔的用途是用作洗涤助剂。传统的洗涤助剂三聚磷酸钠会引起水体富营养化,从而造成环境危害。4A沸石以其环境友好性、白度高、钙离子交换交换容量大、颗粒度小等特点,成为三聚磷酸钠的最佳替代品。国外由于Al（OH）3等铝源相对便宜,因此多采用化工原料合成法生产4A沸石,国内化工铝源原料相对昂贵,因此利用廉价矿物原料合成4A沸石成为必然的选择。中国铝业山东分公司利用氧化铝生产工艺中的铝酸钠母液作为铝源,开发出了我国第一条4A沸石生产线,并且一直保持着全国产量第一的地位。我国和世界上天然沸石储量都很丰富。目前,在我国,天然沸石矿主要用作水泥的配料,饲料添加剂,污水处理剂,以及一些反应的催化剂等。我国铝土矿储量丰富,目前多用来生产氧化铝等产品。本课题的目的就是充分利用该天然矿物和铝土矿,合成附加值高,消费量大的4A沸石,本课题的难点是如何去除天然矿物含有的杂质。本论文对斜发沸石矿物进行了充分的分析和研究,并利用品质较高的铝土矿一起,在前人研究的基础上,合成了4A沸石,并探讨了微波技术在处理矿物及沸石合成中的应用。本论文的主要工作如下:1、本实验利用各种方法对斜发沸石矿物进行了组成和成分分析。发现该矿物主要由斜发沸石、丝光沸石和α-石英三种物相组成。利用普通焙烧和水蒸汽焙烧的方法对斜发沸石矿进行处理,发现该矿物难以在普通焙烧和水蒸汽焙烧条件下被完全活化。在实验中,我们探讨了直接碱溶活化法,加碱熔融活化法。发现直接碱溶活化法仅能活化斜发沸石和丝光沸石;而加碱熔融活化则能活化包括α-石英在内的三种组分。但是加碱熔融活化时Fe2O3会对熔融物产生影响,造成熔融物白度低,铁含量高。为了解决这一问题,我们研究了斜发沸石矿物的湿法浮选除杂和酸处理除杂预处理。为了综合利用酸溶出产生的废液,我们进行了回收铝和盐酸的实验。实验方法包括调节pH值法,NH4AlSO4结晶法,分子筛除杂法。2、我们分别利用我国某区域GZ的铝土矿和HH的铝土矿来制取铝酸钠。首先,检测了两种铝土矿的组成和各成分含量。然后,考察了利用酸溶解,碱溶解和碱熔融对铝土矿处理的结果。发现,碱熔融效果最好。3、利用制取的硅酸钠溶液和铝酸钠溶液,合成了4A沸石,并对各种合成条件进行了优化。对纯化斜发沸石矿的熔融,铝土矿的熔融,以及4A沸石的晶化合成,利用微波反应器进行了实验,发现效果较好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 4A 沸石概况
• 1.1.1 4A 沸石的化学组成及结构
• 1.1.2 4A 沸石的性质与应用
• 1.1.3 4A 沸石的生产现状和发展前景
• 1.1.4 合成4A 沸石的研究进展
• 1.2 斜发沸石矿概况
• 1.2.1 世界与我国斜发沸石矿的状况
• 1.2.2 斜发沸石中各物相的组成与结构
• 1.2.3 斜发沸石矿的性质与应用
• 1.2.4 斜发沸石矿合成4A 沸石的研究进展
• 1.3 铝土矿概述
• 1.4 微波的加热原理和应用
• 1.5 本论文的研究意义和主要研究内容
• 1.5.1 本课题的研究意义
• 1.5.2 本课题研究的主要内容
• 第2章 由斜发沸石矿制取硅酸钠
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验药品
• 2.1.2 实验仪器及设备
• 2.1.3 实验方法
• 2.2 实验结果与讨论
• 2.2.1 斜发沸石矿的结构和组成
• 2.2.2 直接碱溶法过程及结果分析
• 2.2.3 碱熔活化法过程及结果分析
• 2.2.4 酸溶-碱熔活化法过程及结果分析
• 2.2.5 湿法浮选-酸溶-碱熔法的过程及结果分析
• 2.3 小结
• 第3章 由铝土矿制取铝酸钠溶液
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验药品
• 3.1.2 实验仪器及设备
• 3.1.3 实验方法
• 3.2 实验结果与讨论
• 3.2.1 两种铝土矿的组成和成分
• 3.2.2 HH 铝土矿的浸出
• 3.2.3 GZ 铝土矿的碱熔-溶出结果
• 3.3 小结
• 第4章 4A 沸石合成
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验药品
• 4.1.2 实验仪器及设备
• 4.1.3 实验方法
• 4.2 实验结果与讨论
• 2O/SiO₂ 对合成的影响'>4.2.1 不同Na₂O/SiO₂对合成的影响
• 2/Al₂O₃ 对合成的影响'>4.2.2 不同SiO₂/Al₂O₃对合成的影响
• 2O/Na₂O 对合成的影响'>4.2.3 不同H₂O/Na₂O 对合成的影响
• 4.2.4 晶化温度对合成的影响
• 4.2.5 NaCl 的加入对合成的影响
• 4.3 小结
• 第5章 微波在原料处理和4A 沸石合成中的应用
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 实验药品
• 5.1.2 实验仪器及设备
• 5.1.3 实验方法
• 5.2 实验结果与讨论
• 5.2.1 微波炉的改造
• 5.2.2 微波碱熔活化与焙烧碱熔活化的比较
• 5.2.3 微波晶化合成与普通水热晶化合成的比较
• 5.3 小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 致谢