油气田卤水资源的综合利用(Ⅰ)油气田水中锂的提取(Ⅱ)钾钠硼混合盐的分离研究.pdf
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油气田卤水资源的综合利用(Ⅰ)油气田水中锂的提取(Ⅱ)钾钠硼混合盐的分离研究.pdf
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分类号分类号密级密级UDC编号编号中国科学院研究生院中国科学院研究生院博士学位论文博士学位论文油气田卤水资源的综合利用()油气田水中锂的提取()钾钠硼混合盐的分离研究杨杨红红军军指导教师指导教师李李武武博士博士研究员研究员中国科学院青海盐湖研究所中国科学院青海盐湖研究所申请学位级别申请学位级别理学博士理学博士学科专业名称学科专业名称无机化学无机化学论文提交日期论文提交日期2011年年4月月论文答辩日期论文答辩日期2011年年5月月12日日培养单位培养单位中国科学院青海盐湖研究所中国科学院青海盐湖研究所学位授予单位学位授予单位中国科学院研究生院中国科学院研究生院答辩委员会主席答辩委员会主席曾德文曾德文http:
/DissertationforPh.DStudyoncomprehensiveutilizationofoilfieldbrineandgasfieldbrineresources()Studyonextractionoflithiumionfromoilfieldbrineandgasfieldbrine()Studyonmanufactureofpotassiumchloridefrommineralcontainingpotassiumchloride,sodiumchlorideandboronacidHongjunYang(InorganicChemistry)DirectedbyDr.WuLi,ProfessorQinghaiInstutiteofSaltLakes,ChineseAcademyofSciencesApril,2011http:
/博士学位论文独创性声明博士学位论文独创性声明本人郑重声明:
本博士学位论文是我个人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。
除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他个人和集体已经发表或撰写的研究成果,也不包含为获得中国科学院青海盐湖研究所或者其它单位的学位或证书所使用过的材料。
对本研究做出贡献的个人和集体,均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。
本人完全意识到本声明产生的法律后果由本人承担。
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/http:
/摘要I摘摘要要本论文根据南翼山油田水的化学组成特点,研究了共存离子对锂离子测定的干扰,改进了火焰原子吸收法分析油田水中锂的方法,该方法测定油田水中锂离子浓度时锂的加标回收率为94.6%98.6%,标准偏差为0.00596,相对标准偏差为3.599;研究了用氯化钠代替磷酸钠作消电离剂的可能性,结果表明氯化钠可以用作测定油田水中锂离子的消电离剂。
通过对南翼山油田水进行室温蒸发实验,测定了实验各阶段分离出的固、液相中锂离子的含量,得到了锂离子在液、固相中的分布趋势,实验结果表明在油田水室温蒸发过程中,氯化锂是在液相中富集而没有饱和析出,该结果对油田水中锂的分离提取有参考意义。
本论文根据南翼山油田水的组成特点配制模拟卤水,研究了用无定形氢氧化铝法从模拟卤水中提取锂离子的影响因素,通过反应温度、Al3+/Li+摩尔比、OH-/Al3+摩尔比和反应时间等单因素实验,以锂的提取率为主要的考察依据,得到了这四个因素的较优值,分别是反应温度为35;Al3+/Li+摩尔比为4.5;OH-/Al3+摩尔比为2.6和反应时间为6小时;此时锂离子的提取率可达90%左右;通过分析实验前后溶液中钙离子的量,发现共存的钙离子对于锂离子提取的影响不大或者基本无影响;测定了实验体系的pH值,认为在实验条件下体系的pH值对于锂离子的提取率无明显的影响。
分别用含不同钙离子浓度的模拟卤水和浓缩油田水进行验证,结果表明模拟油田水因素实验所得的结果适用于南翼山氯化钙型油田卤水中锂的提取。
对无定形氢氧化铝法提取四川平落坝浓缩气田卤水中锂离子的工艺条件进行了研究,通过单因素实验得到的工艺条件分别是:
反应前把浓缩卤水的pH值控制在8.08.5之间;OH-/Al3+摩尔比为2.3;Al3+/Li+摩尔比为3.9;反应温度为60;反应时间为1小时;锂离子的提取率可达90%以上。
通过分析模拟油田水因素实验所获得的固相中锂元素和铝元素的含量,以及用新制备的氢氧化铝与氯化锂溶液作用,分析锂离子浓度-时间的变化关系,从动力学角度对无定形氢氧化铝法提取溶液中锂离子的机理进行了初步探讨,根据实验结果推测无定形氢氧化铝与溶液中的锂离子发生了固-液非均相反应,其反应历程可能遵从固-液反应机理;并用该可能的机理对模拟油田卤水因素实验的现象http:
/油气田卤水资源的综合利用()油气田水中锂的提取()钾钠硼混合盐的分离研究II给予解释。
本论文对四川平落坝气田水蒸发得到的钾石盐矿物分离制取氯化钾的方法和条件进行了研究:
研究了浮选法分离氯化钾的工艺条件,探讨了浮选法分离氯化钾的影响因素;结果表明该矿物用浮选法在优化条件下分离氯化钾的一次粗选所得精矿中氯化钾含量70%左右;用热溶-重结晶法处理钾石盐矿物,得到了纯度较高的氯化钾产品;分析实验结果与理论计算结果间存在差异的原因,认为除了实验操作因素外,主要是实验体系未达到平衡造成的;认为用热溶-重结晶法分离钾石盐矿物中的氯化钾可以得到较好的结果。
关键词关键词:
油气田水;锂;火焰原子吸收光谱法;提取;机理;氯化钾http:
/摘要IIIABSTRACTStudyoncomprehensiveutilizationofoilfieldbrineandgasfieldbrineresources()Studyonextractionoflithiumionfromoilfieldbrineandgasfieldbrine()Studyonmanufactureofpotassiumchloridefrommineralcontainingpotassiumchloride,sodiumchlorideandboronacidHongjunYang(InorganicChemistry)DirectedbyDr.WuLi,ProfessorInthispaper,systematicstudyoneffectsofco-existingionsintheoilfieldbrineondeterminationoflithiumionwasperformedaccordingtothecompositionoftheNanyiMountainoilfieldbrine,themethodofdeterminationoflithiumionusingflameatomicabsorptionspectrum(FAAS)wasimproved.Therecoveryofstandardadditionofthemethodis94.6%98.6%,standarddeviationis0.00596,andrelativestandarddeviationis3.599.Thefeasibilityofsodiumchlorideusedasdeionizationreagentwasinvestigated;theresultrevealsthatsodiumchlorideiscompetentasdeionizationreagentemployedtodeterminethecontentoflithiumion.Theexperimentofoilfieldwaterevaporationatroomtemperaturewascarriedout,andthecontentoflithiumionexistinginthesolidphasesandliquidphaseswasdeterminedbyFAAS.Thedistributiontendencyoflithiumionwasobtained.Theresultshowsthatlithiumchlorideisconcentratedanddoesnotsaturateinthecourseoftheexperiment.Theresulthasreferencesignificancetoextractlithiumionfromtheoilfieldwater.Inthiswork,theinvestigateaboutextractinglithiumionfrompreparedsolutionwhichconsistofcalciumchlorideandlithiumchlorideusingamorphousAl(OH)3wasperformed.Singlefactorexperimentnamelytemperature,Al3+/Li+molarratio,OH-/Al3+molarratioandcontacttimebetweenLi+andAl(OH)3wascarriedout.Theinfluencesofthefactorsontheyieldoflithiumionwereabstained.Theoptimalhttp:
/油气田卤水资源的综合利用()油气田水中锂的提取()钾钠硼混合盐的分离研究IVvaluesforthefactorsare35,4.5,2.6and6h,respectively.Underthiscondition,about90percentoflithiumionwasextracted.Itisfoundthatthecalciumionhasslightinfluenceontheyieldoflithiumionbyanalyzingthecontentofcalciumion.ItisalsofoundthattheapparentpHofthesystemhasnoremarkableinfluenceontheyieldoflithiumionundertheexperimentalcondition.Theapplicabilityoftheparametersobtainedwastestedbyaseriesofpreparedsolutionscontainingdifferentcontentofcalciumionandconcentratedoilfieldwater.Theresultrevealsthatitisapplicabletothelithiumionextractionfromtheoilfieldwater.ThetechnicalconditionsofextractinglithiumionfromgasfieldbrineapplyingamorphousAl(OH)3wasstudied.Concentratedgasfieldbrinewasusedintheprocessoftheexperiment.EffectsoffactorsnamelypHoftheconcentratedgasfieldbrine,OH-/Al3+molarratio,Al3+/Li+molarratio,temperatureandreactiontimeontheyieldoflithiumionwereinvestigated.Optimalvaluesofthefactorsobtainedare8.08.5,2.3,4.1,60and1h,respectively.Andmorethan90percentoflithiumionwasextractedfromthebrine.ThepossiblemechanismonthemethodofextractlithiumionusingAl(OH)3wasspeculatedbydeterminingthecontentoflithiumandaluminuminthesolidsgotfromthesinglefactorexperimentsemployedpreparedsolution.TheexperimentofinteractionbetweenfreshlypreparedAl(OH)3andlithiumchloridesolutionwasperformed.ThelawofthecontentofLi+withcontacttimevariationwasabstained.Quasi-firstorderreactionissuggested.Furthermore,XRDcharacterizationofthesolidfromtheexperimentprovesthesuggestion.PreliminarydiscussiononmechanismofreactionbetweenlithiumionandAl(OH)3basedonthetheoryaboutchemistrykineticsanddynamicswasmade.Itisdeducedthatthereactionbelongstosolidphase-liquidphaseheterogeneousphasereaction.Themechanismprobablyobeystheruleofsolidphase-liquidphaseheterogeneousphasereaction.Thephenomenaofthesinglefactorexperimentwereexplainedemployingthededucedmechanism.Inthisthesis,thestudyonmanufactrueofpotassiumchloridefrommineralwhichconsistpotassiumchloride,sodiumchlorideandboronacidwasperformed(ThemineralwasgotbyconcentratingPingluogasfieldbrine,Sichuan).Technicalhttp:
/摘要Vconditionsofflotationwereinvestigated.Effectsoffactorsontheflotationwereresearched.Theresultshowthatcontentofpotassiumchlorideintherawconcentrateisabout70%undertheoptimumconditions.Heateddissolution-recrystallizationmethodwasappliedtoextractpotassiumchloridefromthemineral.Thehighqualitativeproductwasabstained.Theexperimentalresultwascomparedtotheoreticalcalculation.Itisfoundthattherearesomedeviationsfromeachother.Itisconsideredthatbesidestheexperimentalcondition,thesystemoftheexperimentdoesnotreachthebalanceismainreason.Itissuitabletomanufacturepotassiumchloridefromthemineralusingheateddissolution-recrystallizationmethod.KeyWords:
oil(gas)fieldbrine;lithium;flameatomicadsorptionspectrum;extraction;mechanism;potassiumchloridehttp:
/油气田卤水资源的综合利用()油气田水中锂的提取()钾钠硼混合盐的分离研究VIhttp:
/目录目目录录摘摘要要.IABSTRACT.III第一章第一章文献综述文献综述.11.1卤水中锂的分离方法研究进展.41.1.1沉淀法.41.1.2溶剂萃取法.81.1.3吸附法.111.1.4氯化氢盐析法.171.1.5离子膜电解法.181.1.6选择性半透膜法.181.1.7煅烧浸取法.191.1.8许氏法.201.1.9冷冻法.201.2锂的分析方法.201.3无定形氢氧化铝法提取锂的机理的研究现状.211.4氯化钾的生产技术概述.231.4.1以钾石盐为原料生产氯化钾的方法.231.4.2以光卤石为原料生产氯化钾的方法.24第二章第二章油田水中锂的分析方法的改进油田水中锂的分析方法的改进.262.1主要仪器.262.2主要试剂.262.3仪器最佳工作条件.272.4实验方法.272.4.1标准系列的配制.27http:
/油气田卤水资源的综合利用()油气田水中锂的提取()钾钠硼混合盐的分离研究2.4.2标准曲线法与标准加入法的选择.272.4.3标准曲线法测锂.282.4.4标准曲线法
(1)精密度的测定.282.5结果与讨论.282.5.1实验结果.282.5.2讨论.312.6本章小结.32第三章第三章油气田卤水中锂的分离及机理研究油气田卤水中锂的分离及机理研究.333.1主要仪器和试剂.333.2南翼山油田水室温蒸发实验.343.2.1分析方法.343.2.2实验方法.343.2.3实验结果.343.2.4油田水室温蒸发过程中液相中常量离子和锂离子的富集趋势.373.3无定形氢氧化铝法提取油田水中锂离子的可行性实验.383.3.1实验-1.383.3.2实验-2.383.4无定形氢氧化铝法提取南翼山油田水中锂离子的单因素实验.393.4.1分析方法.403.4.2反应温度的变化对于锂离子提取率的影响.403.4.3Al3+与Li+的摩尔比变化对提取锂离子的影响.413.4.4OH-与Al3+的摩尔比变化对锂离子提取率的影响.433.4.5反应时间的变化对于锂离子提取率的影响.453.4.6结论.473.5因素实验结果的适用性研究.473.5.1因素实验的结果应用于含不同钙离子浓度的模拟卤水.47http:
/目录3.5.2因素实验结果应用于浓缩的油田水提锂.493.5.3结论.503.6四川气田卤水提锂工艺条件的研究.503.6.1浓缩气田卤水的组成和物化性质.513.6.2分析方法.513.6.3实验部分.513.6.4结论.583.7无定形氢氧化铝法提取锂离子机理的初步探讨.583.7.1研究背景.583.7.2分析方法.593.7.3模拟油田水单因素实验所得固相的化学分析.593.7.4讨论.613.7.5时间因素实验中锂离子浓度随时间的变化规律分析.623.7.6无定形氢氧化铝与锂离子反应的动力学实验及分析.643.7.7氢氧化铝和氯化锂反应的可能机理.683.7.8运用推测的机理对含钙模拟油田卤水单因素实验现象进行解释693.8本章小结.69第四章第四章钾钠硼混合盐的分离研究钾钠硼混合盐的分离研究.714.1研究背景.714.2模拟钾石盐矿物浮选氯化钾单因素实验.714.2.1试剂及仪器.724.2.2分析方法.724.2.3捕收剂的用量对一次粗选氯化钾的影响.734.2.4液固比变化对一次粗选氯化钾的影响.734.2.5主轴转速变化对一次粗选精矿量的影响.744.2.6结果与讨论.74http:
/油气田卤水资源的综合利用()油气田水中锂的提取()钾钠硼混合盐的分离研究4.3钾石盐浮选氯化钾实验.754.3.1钾石盐的化学组成及粒度分布分析.754.3.2验证实验.764.3.3钾石盐浮选氯化钾正交实验.764.3.4一次粗选所得尾矿的二次粗选.784.3.5一次精选实验.794.3.6二二次粗选所得尾矿的扫选实验.794.3.7一次粗选所得的尾矿和扫选所得尾矿的粒度分析.794.3.8钾石盐粉碎后浮选氯化钾实验.804.3.9结果与讨论.814.4钾石盐浮选氯化钾实验小结.824.5热溶-重结晶法分离钾石盐中的氯化钾.824.5.1原理.824.5.2原料.834.5.3理论计算.834.5.4热溶-重结晶实验.834.5.5结果与讨论.844.6本章小结.85第五章第五章结论与展望结论与展望.865.1本文结论.865.2本文的工作与特色.865.3展望.87参考文献参考文献.88发表论文及专利目录发表论文及专利目录.100致致谢谢.102http:
/第一章文献综述1第一章文献综述第一部分有关卤水中锂的提取和分析的文献引言锂是一种轻金属元素,锂及其化合物作为材料工业的原料,不仅应用于传统的化工、冶金、医药、制冷行业,还广泛用于新兴的原子能、新型电子材料、陶瓷材料等领域。
随着高新技术的发展,含锂产品的工业生产技术得到长足的进步,并且伴随新型材料工业的兴起,含锂产品的需求量不断增加,全球锂产品的消耗增长速度年平均大于8%;锂及其化合物的应用越来越广泛,日益受到世界各国的重视1-3。
生产锂化工初级产品的
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- 油气田 卤水 资源 综合利用 水中 提取 钾钠硼 混合 分离 研究