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钾长石是中国非水溶性钾资源的代表性矿物,储量丰富,且富含钾、铝、硅等有价元素,研究钾长石制备钾肥、钾明矾、氧化铝和硅凝胶等产品具有重要的战略意义。钾长石分解综合利用工艺主要包括亚熔盐分解、过量碱回收、硫酸溶解、硅凝胶制备、分步醇析制备钾明矾和硫酸钾以及钾明矾热解制备氧化铝。本文重点研究硅凝胶制备、分步醇析及钾明矾热解,研究内容与主要结论如下: (1)针对河北省灵寿县钾长石矿粉,经ICP-OES分析得到其元素组成为13.13%K2O,16.66%Al2O3,58.28%SiO2。采用KOH亚熔盐在240℃分解钾长石,然后用乙醇水溶液回收过量的KOH,再用2mol·L-1硫酸溶解醇洗后的分解矿样,使钾长石中富含的钾、铝、硅元素转移到液相中,作为后续钾、铝、硅进一步分离回收过程的原料液(酸溶母液)。 (2)硫酸调节酸溶母液酸度,使硅酸根离子发生水解和缩聚反应,经溶胶凝胶化过程形成硅凝胶而从酸溶母液中分离。研究优化硅凝胶制备的工艺条件,包括母液初始硅浓度、酸度、温度以及凝胶陈化时间。研究发现母液硅浓度是形成硅凝胶的必要条件,反应温度和母液酸度对凝胶化时间影响较大,低温且酸浓度低时不利于酸溶母液脱硅。实验所得硅凝胶产品为无序非晶二氧化硅,纯度大于99%,比表面积为700~800m2·g-1,平均孔径为5~6nm。 (3)考虑到脱硅母液酸性强,硫酸钾和钾明矾溶解度高,采用传统的蒸发结晶与冷却结晶技术难以实现钾铝分离,本文采用醇析结晶技术强化钾明矾和硫酸钾的分离,分别考察了醇析剂、醇料比、醇析时间、搅拌速度、温度等因素对钾铝醇析率以及结晶产品的影响。提出分步醇析制备钾明矾和硫酸钾的新方法,首先在25℃、醇料比1.0、搅拌速度200r·min-1、醇析时间5min下结晶析出钾明矾;然后降低醇析温度至5℃,并增大醇料比为2.0,结晶析出硫酸钾。 (4)研究钾明矾热解制备氧化铝的工艺条件。在1000℃下,热解时间2h,钾明矾分解率可达99.8%,所得氧化铝产品纯度达94%以上。