本書圍繞鹵水綜合開發(fā)利用工藝流程特點(diǎn)，采用環(huán)境友好的離子交換法分離、富集羅布泊老鹵鹵水中的硼，開展系列研究：首先，以吸附量、選擇性等為標(biāo)準(zhǔn)，從備選樹脂中篩選出適用于鹽湖鹵水高鎂低硼弱酸性體系的最佳樹脂，明確靜態(tài)吸附影響因素；其次，通過靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該樹脂處理實(shí)際鹵水的可行性，確定最佳工藝條件，同時(shí)優(yōu)化解吸液選擇與解吸條件；然后，從熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)角度研究樹脂吸附行為，建立動(dòng)力學(xué)模型、推測(cè)機(jī)理并計(jì)算相關(guān)參數(shù)；接著，通過動(dòng)態(tài)吸附法優(yōu)化工藝條件，開展實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可行性并考察樹脂重復(fù)利用性能；最后，以實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立中試實(shí)驗(yàn)廠，進(jìn)一步優(yōu)化流程參數(shù)、獲取工程數(shù)據(jù)，計(jì)算成本，為離子交換法鹵水提硼產(chǎn)業(yè)化提供技術(shù)與參數(shù)支撐。本書可供從事鹽湖資源開發(fā)與生產(chǎn)、化學(xué)工程與工藝（鹽化工方向）及其相關(guān)行業(yè)工程技術(shù)人員閱讀參考。
硼及其化合物在眾多領(lǐng)域都有著不可或缺的重要應(yīng)用，從高端材料制造到化工生產(chǎn)，從電子工業(yè)到醫(yī)藥領(lǐng)域，硼的身影無處不在。然而，隨著我國(guó)硼鎂石資源的逐漸枯竭，尋找新的硼資源以滿足日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求，已成為當(dāng)務(wù)之急。我國(guó)豐富的鹽湖鹵水硼資源，宛如一座尚未充分開發(fā)的寶藏，不僅具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，而且在鹵水中回收鎂制備高品質(zhì)鎂質(zhì)化工產(chǎn)品時(shí)，硼的存在被視為有害雜質(zhì)，需要被分離出去。倘若能在分離過程中實(shí)現(xiàn)硼的富集，那將是一舉多得，既能解決硼資源短缺問題，又能提高鹵水資源的綜合利用效率，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益的雙贏。
本書聚焦于離子交換法從鹽湖鹵水中分離富集硼這個(gè)課題，旨在深入探索并系統(tǒng)總結(jié)相關(guān)技術(shù)與研究成果，為硼資源的高效開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。
在研究過程中，首先對(duì)多種樹脂如D403、D564、XSC-700等，在模擬鹵水溶液中對(duì)硼的吸附性、解吸性、選擇性以及穩(wěn)定性等關(guān)鍵性能進(jìn)行了細(xì)致入微的研究。研究結(jié)果令人振奮，XSC-700樹脂脫穎而出，展現(xiàn)出卓越的吸附能力、選擇性以及良好的機(jī)械、化學(xué)、熱穩(wěn)定性，在適宜條件下對(duì)硼的最大吸附量可達(dá)6.16mg/mL，且吸附后的水洗過程能有效分離硼與其他離子，為后續(xù)硼酸的制備奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
進(jìn)一步地，采用靜態(tài)吸附法，將XSC-700樹脂應(yīng)用于羅布泊鹽湖鹵水，深入考察其對(duì)硼離子的吸附、解吸、轉(zhuǎn)型等性能。結(jié)果表明，XSC-700樹脂能夠完美適應(yīng)原料鹵水的性質(zhì)，以簡(jiǎn)潔高效的工藝流程，實(shí)現(xiàn)硼的高效提取，且不帶入二次污染，充分體現(xiàn)了其在實(shí)際應(yīng)用中的巨大潛力。
動(dòng)態(tài)吸附法的研究更是將XSC-700樹脂的應(yīng)用推向了實(shí)際生產(chǎn)的前沿。筆者詳細(xì)考察了溶液中硼離子濃度、流速、樹脂體積等因素對(duì)穿透曲線的影響，確定了樹脂動(dòng)態(tài)吸附硼的適宜條件，以及與之匹配的動(dòng)態(tài)解吸和轉(zhuǎn)型條件。實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)大循環(huán)實(shí)驗(yàn)結(jié)果充分證明了XSC-700樹脂在擴(kuò)大生產(chǎn)中具有出色的循環(huán)工作性能，無論是吸附率還是解吸率都能保持在較高水平，且轉(zhuǎn)型處理對(duì)樹脂性能的提升效果顯著，為后續(xù)的中試乃至工業(yè)化生產(chǎn)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。
最終，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，確定了中試的工藝參數(shù)，并開展了中試實(shí)驗(yàn)循環(huán)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果再次印證了樹脂的穩(wěn)定性和循環(huán)性能，無論是未轉(zhuǎn)型還是轉(zhuǎn)型后的樹脂，其吸附率和解吸率均能保持穩(wěn)定，且轉(zhuǎn)型后的樹脂在水洗過程中硼的水洗率更低，與實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)結(jié)果高度一致。解吸液經(jīng)過蒸發(fā)濃縮得到的硼酸，經(jīng)XRD圖譜和ICP測(cè)試確認(rèn)，產(chǎn)品結(jié)晶度好、純度高，而新舊樹脂的IR圖對(duì)比顯示，樹脂官能團(tuán)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，吸附量和含水量變化不大，表明樹脂可循環(huán)多次使用，這無疑為硼資源的可持續(xù)開發(fā)帶來了曙光。
本書的撰寫凝聚了眾多科研人員的心血與智慧，在研究過程中克服了重重困難，不斷探索創(chuàng)新，力求為硼資源的開發(fā)提供一套完整、高效、可行的技術(shù)方案。期望通過本書的出版，能夠吸引更多的科研力量和產(chǎn)業(yè)界關(guān)注鹽湖鹵水硼資源的開發(fā)，共同推動(dòng)硼產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，為我國(guó)的資源戰(zhàn)略安全和經(jīng)濟(jì)建設(shè)貢獻(xiàn)一份力量。在未來的道路上，將繼續(xù)致力于相關(guān)技術(shù)的優(yōu)化與創(chuàng)新，不斷探索硼資源開發(fā)的新途徑和新方法，為實(shí)現(xiàn)硼資源的高效利用和綜合利用目標(biāo)不懈努力。
在本書的撰寫過程中，中南大學(xué)的陳白珍教授、石西昌教授和陳亞副教授提出了很多寶貴的意見，謹(jǐn)致以誠(chéng)摯的謝意。本書的出版得益于長(zhǎng)沙師范學(xué)院提供的良好工作條件，以及湖南金凱循環(huán)科技股份有限公司的資助，在此一并表示衷心感謝。
限于作者的學(xué)識(shí)與能力，書中可能存在諸多不足，懇請(qǐng)各位專家和讀者不吝批評(píng)指正。
著者
2025年6月
第1章 硼及其化合物1
1.1 硼及其化合物的性質(zhì)和用途 2
1.2 硼資源分布及其開發(fā)利用現(xiàn)狀 3
1.2.1 硼資源的分布 3
1.2.2 硼資源開發(fā)利用現(xiàn)狀 5
1.2.3 鹽湖硼資源開發(fā)利用現(xiàn)狀 6
1.3 硼的危害 8
1.3.1 硼對(duì)鹽湖鹵水資源綜合利用的危害 8
1.3.2 硼對(duì)動(dòng)物、人體的危害 8
1.3.3 硼對(duì)農(nóng)作物的危害 8
1.4 硼在水溶液中的存在形式 9
1.5 從鹽湖鹵水中提取、去除硼的主要方法 10
1.5.1 酸化結(jié)晶法 10
1.5.2 溶劑萃取法 11
1.5.3 化學(xué)沉淀法 11
1.5.4 分級(jí)結(jié)晶法 12
1.5.5 吸附法 12
1.5.6 反滲透膜法 13
1.5.7 電混凝法 13
1.5.8 電滲析法 13
1.6 樹脂吸附法吸附硼的研究歷史與現(xiàn)狀 14
第2章 離子交換樹脂的篩選17
2.1 引言 18
2.2 實(shí)驗(yàn)部分 18
2.2.1 實(shí)驗(yàn)原料、藥品及設(shè)備 18
2.2.2 實(shí)驗(yàn)方法 20
2.3 結(jié)果與討論 23
2.3.1 各種離子交換樹脂對(duì)純硼酸溶液中硼的靜態(tài)吸附研究 23
2.3.2 模擬鹵水溶液中各種離子交換樹脂對(duì)硼的靜態(tài)吸附研究 30
2.3.3 樹脂的水洗實(shí)驗(yàn)研究 31
2.3.4 靜態(tài)解吸實(shí)驗(yàn)研究 32
2.3.5 樹脂的穩(wěn)定性能 33
2.3.6 樹脂的SEM 分析 35
2.4 本章小結(jié) 36
第3章 XSC-700 樹脂對(duì)鹵水中硼的靜態(tài)吸附37
3.1 引言 38
3.2 實(shí)驗(yàn)部分 38
3.2.1 實(shí)驗(yàn)原料、藥品及設(shè)備 38
3.2.2 實(shí)驗(yàn)工藝流程 39
3.2.3 實(shí)驗(yàn)方法 40
3.3 結(jié)果與討論 42
3.3.1 樹脂吸附性能的研究 42
3.3.2 樹脂吸附后的水洗（水洗1） 55
3.3.3 樹脂解吸性能的研究 56
3.3.4 樹脂解吸后的水洗（水洗2） 59
3.3.5 樹脂轉(zhuǎn)型性能的研究 59
3.3.6 樹脂轉(zhuǎn)型后的水洗（水洗3） 63
3.3.7 樹脂吸附前后的紅外光譜分析 64
3.4 本章小結(jié) 64
第4章 XSC-700 樹脂對(duì)鹵水中硼的吸附動(dòng)力學(xué)與熱力學(xué)研究66
4.1 引言 67
4.2 吸附動(dòng)力學(xué)與熱力學(xué)研究理論基礎(chǔ) 67
4.2.1 吸附動(dòng)力學(xué)研究的主要模式 67
4.2.2 等溫吸附模型 69
4.2.3 反應(yīng)速率常數(shù)、反應(yīng)活化能及吸附過程的熱力學(xué)參數(shù)H、G、S 70
4.3 結(jié)果與討論 71
4.3.1 樹脂的靜態(tài)吸附動(dòng)力學(xué)研究結(jié)果與分析 71
4.3.2 吸附過程熱力學(xué)分析 79
4.4 本章小結(jié) 83
第5章 XSC-700 樹脂對(duì)鹵水中硼的動(dòng)態(tài)吸附84
5.1 引言 85
5.2 實(shí)驗(yàn)部分 85
5.2.1 實(shí)驗(yàn)原料、藥品、設(shè)備及動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)裝置示意圖 85
5.2.2 實(shí)驗(yàn)方法 85
5.3 結(jié)果與討論 89
5.3.1 離子交換樹脂對(duì)鹵水中硼的動(dòng)態(tài)吸附 89
5.3.2 吸附后的水洗（水洗1） 95
5.3.3 離子交換樹脂對(duì)鹵水中硼的動(dòng)態(tài)解吸 97
5.3.4 解吸后的水洗（水洗2） 99
5.3.5 樹脂轉(zhuǎn)型性能研究 99
5.3.6 轉(zhuǎn)型后的水洗（水洗3） 101
5.3.7 實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)研究 101
5.4 本章小結(jié) 110
第6章 XSC-700 樹脂對(duì)鹵水中硼的吸附中試實(shí)驗(yàn)112
6.1 引言 113
6.2 實(shí)驗(yàn)部分 113
6.2.1 中試實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備及吸附連接裝置示意圖 113
6.2.2 中試實(shí)驗(yàn)工藝流程 116
6.2.3 中試工藝現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)介 116
6.3 結(jié)果與討論 118
6.3.1 中試實(shí)驗(yàn)操作條件 118
6.3.2 樹脂的循環(huán)使用性能研究 122
6.3.3 硼酸的制備 124
6.3.4 樹脂壽命判斷 125
6.3.5 生產(chǎn)硼酸的成本及效益分析 126
6.4 本章小結(jié) 129
后記131
參考文獻(xiàn)134
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