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Li~+、Na~+、K~+//SO_4~（2-）、B_4O_7~（2-）-H_2O五元体系273K介稳相平衡研究

作　者: 林晓峰
导　师: 曾英
学　校: 成都理工大学
专　业: 化学工艺
关键词: 介稳相平衡硫酸盐硼酸盐溶解度 Pitzer方程
分类号: O642.42
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

为了更好地开发和利用西藏扎布耶盐湖卤水中资源，本文针对其卤水组成，采用等温蒸发法研究五元体系Li⁺，Na⁺，K⁺／／SO₄^2-，B₄O₇^2--H₂O和四个四元子体系：简单四元体系Li⁺，Na⁺，K⁺／／SO₄^2--H₂O、交互四元体系Li⁺，Na⁺／／SO₄^2-，B₄O₇^2--H₂O、交互四元体系Na⁺，K⁺／／SO₄^2-，B₄O₇^2--H₂O和交互四元体系Li⁺，K⁺／／SO₄^2-，B₄O₇^2--H₂O的介稳相平衡，同时进行了三元体系Li⁺，Na⁺／／SO₄^2--H₂O、Na⁺，K⁺／／SO₄^2--H₂O和Li⁺，K⁺／／SO₄^2-H₂O子体系的介稳相平衡研究，测定了它们在273K条件下的溶解度和平衡溶液密度，根据实验数据绘制了相应的介稳相图、密度组成图和水图。研究发现该五元体系介稳平衡中有复盐KLiSO₄和3Na₂SO₄·Li₂SO₄·12H₂O生成，其介稳相图中有6个共饱点，18条单变量曲线，8个结晶区，平衡固相分别为LiBO₂·8H₂O、Na₂SO₄·10H₂O、Na₂B₄O₇·10H₂O、K₂B₄O₇·4H₂O、Li₂SO₄·H₂O、K₂SO₄、复盐KLiSO₄和3Na₂SO₄·Li₂SO₄·12H₂O，其中硼酸锂和硼酸钠结晶区最大，硫酸锂和复盐3Na₂SO₄·Li₂SO₄·12H₂O结晶区最小，这对于从盐湖卤水中提取锂和硼酸盐具有重要指导意义。简单四元子体系Li⁺，Na⁺，K+／／SO₄^2--H₂O有复盐3Na₂SO₄·Li₂SO₄·12H₂O和KLiSO₄生成，有3个共饱点，7条单变量曲线，其中Li₂SO₄·H₂O结晶区最小，Na₂SO₄·10H₂O结晶区最大；交互四元子体系Li⁺，Na⁺／／SO₄^2-，B₄O₇^2--H₂O有复盐3Na₂SO₄·Li₂SO₄·12H₂O生成，介稳相图有3个共饱点，7条单变量曲线，5个结晶区，其中Li₂SO₄·H₂O结晶区最小，Na₂B₄O₇·10H₂O结晶区最大，与288 K介稳相图相比，结晶区域大小以及结晶形式均发生明显变化，所以利用不同温度下的相图，可以有效实现不同结晶形式盐析出。交互四元子体系Na⁺，K⁺／／SO₄^2-，B₄O₇^2--H₂O属于简单共饱型，有2个共饱点，5条单变量曲线，4个结晶区，在四个结晶区中，Na₂B₄O₇·10H₂O盐的结晶区最大，其余几种盐的结晶区差别不明显，Na₂B₄O₇·10H₂O和K₂SO₄为本体系在273 K下的稳定盐对；交互四元子体系Li⁺，K⁺／／SO₄^2-，B₄O₇^2--H₂O有复盐KLiSO₄生成，介稳相图有3个共饱点，7条单变量曲线，5个结晶区，其中Li₂SO₄·H₂O的结晶区最小，且对其它盐有很强的盐析能力，而LiBO₂·8H₂O结晶区最大，硼酸盐在水溶液中的溶解行为十分复杂，对于Li[B（OH）₄]·6H₂O形成机理，还需要进一步研究。将Pitzer理论应用到高浓度多组份的水盐体系，采用三元子体系及四元子体系溶解度数据，运用多元线性回归法拟合了硫酸锂、硫酸钠、硫酸钾、硼酸锂、硼酸钠和硼酸钾盐Pitzer单盐参数以及平衡固相的溶解平衡常数及有关的混合离子作用参数，并运用这些参数通过Pitzer方程逆计算了三元子体系及四元子体系的零变量点的溶解度和五元体系Li⁺，Na⁺，K⁺／／SO₄^2-，B₄O₇^2-H₂O各组份的溶解度，计算值与理论值基本吻合，对含硼酸盐的溶解度误差较大，硫酸盐误差较小，从而说明本文所拟合的硫酸盐参数有一定可信度。对于硼酸盐体系的溶解度理论计算，还需要进一步研究硼酸盐在溶液中的复杂溶解行为，进而找出各种硼化学形态的准确分布。本论文所涉及的五元体系是一个复杂的多组分高浓度电解质溶液体系，且进行的是介稳相平衡的研究，使得溶液的非理想性明显增加，因此对其运用理论模拟的难度增大，精度不高。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章引言  11-19
  1.1 盐湖资源概况  11-12
  1.2 立题依据  12
  1.3 本论文工作的主要内容  12-13
  1.4 水盐体系相平衡研究现状  13-17
    1.4.1 国内外锂盐相平衡的研究现状  14-15
    1.4.2 国内外硼酸盐相平衡的研究现状  15-16
    1.4.3 国内外硫酸盐相平衡的研究现状  16-17
  1.5 Pitzer电解质溶液理论的应用现状  17-18
  1.6 小结  18-19
第2章实验手段及方法  19-21
  2.1 实验试剂  19
  2.2 实验设备和仪器  19
  2.3 化学分析方法  19
  2.4 实验方法  19-21
第3章三元子体系273 K介稳相平衡的研究  21-28
  3.1 实验研究现状  21
  3.2 三元体系Na~+,K~+//SO_4~(2-)-H_2O 273 K介稳相平衡的研究  21-23
    3.2.1 相平衡实验结果  21
    3.2.2 实验结果讨论  21-23
  3.3 三元体系Li~+,K~+//SO_4~(2-)-H_2O 273 K介稳相平衡的研究  23-25
    3.3.1 相平衡实验结果  23
    3.3.2 实验结果讨论  23-25
  3.4 三元体系Li~+,Na~+//SO_4~(2-)-H_2O 273 K介稳相平衡的研究  25-27
    3.4.1 相平衡实验结果  25
    3.4.2 实验结果讨论  25-27
  3.5 小结  27-28
第4章四元子体系273 K介稳相平衡的研究  28-43
  4.1 实验研究现状  28
  4.2 简单四元体系Li~+,Na~+,K~+//SO_4~(2-)-H_2O 273 K介稳相平衡的研究  28-31
    4.2.1 相平衡实验结果  28-29
    4.2.2 实验结果讨论  29-31
  4.3 交互四元体系Na~+,K~+//SO_4~(2-),B_4O_7~(2-)-H_2O 273 K介稳相平衡的研究  31-34
    4.3.1 相平衡实验结果  31-32
    4.3.2 实验结果讨论  32-34
  4.4 交互四元体系Li~+,K~+//SO_4~(2-),B_4O_7~(2-)-H_2O 273 K介稳相平衡的研究  34-38
    4.4.1 相平衡实验结果  34-35
    4.4.2 实验结果讨论  35-38
    4.4.3 四元体系Li~+,K~+//SO_4~(2-),B_4O_7~(2-)-H_2O 273 K介稳相图与288 K介稳相图的比较  38
  4.5 交互四元体系Li~+,Na~+//SO_4~(2-),B_4O_7~(2-)-H_2O 273 K介稳相平衡的研究  38-42
    4.5.1 相平衡实验结果  38-39
    4.5.2 实验结果讨论  39-40
    4.5.3 四元体系Li~+,Na~+//SO_4~(2-),B_4O_7~(2-)-H_2O 273 K介稳相图与288 K介稳相图的比较  40-42
  4.6 小结  42-43
第5章五元体系273 K介稳相平衡的研究  43-52
  5.1 实验研究现状  43
  5.2 五元体系Li~+,Na~+,K~+//SO_4~(2-),B_4O_7~(2-)-H_2O 273 K介稳相平衡研究  43-51
    5.2.1 相平衡实验结果  43-50
    5.2.2 实验结果讨论  50-51
  5.3 五元体系Li~+,Na~+,K~+//SO_4~(2-),B_4O_7~(2-)-H_2O 273 K介稳相图与288 K介稳相图的比较  51
  5.4 小结  51-52
第6章 Pitzer电解质理论计算  52-63
  6.1 Pitzer模型  52-54
  6.2 Pitzer参数的求解  54-57
    6.2.1 原理说明  54-55
    6.2.2 Pitzer参数和溶解平衡常数的查阅及计算结果  55-57
  6.3 溶解度的理论计算  57-61
    6.3.1 计算原理  57-58
    6.3.2 溶解度的理论计算结果  58-61
    6.3.3 结果讨论  61
  6.4 程序设计及说明  61-63
    6.4.1 Pitzer参数和溶解平衡常数的拟合  61-62
    6.4.2 溶解度的计算  62-63
结论  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-70
附录A 论文中平衡固相的X-Ray图  70-72
附录B 发表文章  72

Li~+、Na~+、K~+//SO_4~（2-）、B_4O_7~（2-）-H_2O五元体系273K介稳相平衡研究

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