改型斜发沸石与钙、镁离子水溶液体系离子交换平衡研究

摘要

以改型天然斜发沸石作为离子交换剂的沸石法海水提钾新技术已进入了工业化应用阶段，但在该过程中存在着Na+、K+、Mg2+、Ca2+、NH4+等离子交换平衡过程。为了查明这些离子之间的离子交换平衡关系，本文进行了改型斜发沸石的Ca2+-K+、Mg2+-K+、Ca2+-Na+、Mg2+-Na+、Ca2+-NH4+、Mg 2+-NH4+二元离子交换平衡研究和K+-Ca2+-Mg2+、Na+-Ca2+-Mg2+、NH4+-Ca2+-Mg2+水溶液体系中的三元离子交换平衡研究，以期为开发海水中钾元素及其他有用元素的提取新工艺提供基础数据。
　　 分别测定出0℃、25℃、50℃、75℃下Ca2+-K+、Mg2+-K+、Ca2+-Na+、Mg2+-Na+、Ca2+-NH4+Mg2+-NH4+离子交换平衡数据，绘制了上述四个温度下各离子交换等温线和Kielland 图，并计算了离子交换过程平衡常数和热力学函数。结果表明，Ca2+-K+、Mg2+-K+、Ca2+-Na+、Mg 2+-Na+、Ca2+-NH4+、Mg2+-NH4+离子交换均为不完全交换，最大交换度小于1。温度升高钙、镁离子交换性能增强，低温有利于斜发沸石对钾、钠、铵的选择。
　　 分别测定出0℃、25℃、50℃、75℃下K+-Ca2+-Mg2+、Na+-Ca2+-Mg2+和NH4+-Ca2+-Mg2+三元水溶液体系与改型斜发沸石离子交换数据，绘制了三元离子交换平衡等温面，并计算出沸石对溶液体系中离子交换分离因数。结果表明：在K+-Ca2+-Mg2+溶液体系中，钾离子的分离因数在100以上，钙离子的分离因数在0.05到0.81之间，镁离子的分离因数在0.5以下，在相同温度下斜发沸石离子交换顺序为K+>Ca2+>Mg2+，温度升高，钙、镁离子的交换能力增强，而低温则有利于沸石对钾离子的选择；在Na+-Ca2+-Mg2+溶液体系中，钠离子的分离因数在10以上，钙离子的分离因数在0.4～10 之间，镁离子的分离因数小于0.4，斜发沸石离子交换顺序为Na+>Ca2+>Mg2+，且温度升高，钙、镁离子的交换能力增强，而低温则有利于沸石对钠离子的选择；在NH4+-Ca2+-Mg2+溶液体系中，铵离子的分离因数在15以上，钙离子的分离因数在0.2～1.5之间，镁离子的分离因数小于0.2。斜发沸石离子交换顺序为NH4+>Ca2+>Mg2+，且温度升高，钙、镁离子的交换能力增强，铵离子的选择性有所降低。