煅烧分解钾长石提取碳酸钾的实验研究
钾长石提钾实验方案
钾长石提钾实验方案方案一：NaCl熔盐浸取法本实验方案先参考钾长石提钾中的氯化物法，因为钾长石中主要组成为：K2O约7～11%，SiO2约65～75%，Al2O3约18～20%，还有部分微量杂质，与本实验的原料矿组成类似，而且实验所需药品及仪器易得，方法简单，先采用此方法做探索性实验，此方法中，破坏钾长石中的晶体结构是是制取钾肥的关键，而热分解时添加的助剂是必不可少的，本实验方案的是助剂NaCl（也可以采用CaCl2等其它助剂），实验开展的步骤为：先将矿与助剂按一定比例混合放在马弗炉中焙烧，取出冷却一段时间，浸取，过滤，定容，再用四苯硼钠重量分析法分析滤液中的钾含量，计算钾的溶出率，最后将钾钠分离，分步结晶。
实验的具体步骤如下：1.焙烧实验药品：原料矿；NaCl粉末实验仪器：分析天平；马弗炉；坩锅；烧杯；玻棒实验步骤：称取20g原料矿和20gNaCl粉末放入同一烧杯中，用玻棒将它们均匀混合后放入坩锅中，将坩锅放入马弗炉中加热，温度设定为800℃,加热为2h；其它条件不变，改变加热温度分别为850℃，900℃，950℃做三组单因素实验。
这个过程中，反应温度对熔出率有较大的影响，只有当温度高于氯化钠的熔点时，才能有较好的熔出率，NaCl的熔点是801℃，氯化钠与钾长石的配比和反应时间也有一定影响，最后根据钾的溶出率优化反应条件。
2.浸取分离实验步骤：取一定量水于烧杯中，将焙烧物放入水中，使可溶性组分转为液相，成为浸出液，然后抽滤，使浸出液与不溶性固体残渣分离。
3.钾离子的分析实验方法：分析方法为四苯硼酸钠重量法，四苯硼酸钠重量法是测钾的国标方法，也是目前土壤、肥料中钾含量测试应用最为广泛的一种分析方法。
其分析原理为：在碱性较弱的介质中，四苯硼酸钠溶液作为沉淀剂与待测溶液中的K+反应，形成白色的沉淀四苯硼钾，然后将所得沉淀进行过滤、洗漆、干燥并称重，根据沉淀的质量测得溶液中所含的钾含量。
其反应式为：Na[B(C6H5 )4]+ K+=KB (C6H5) 4+ Na+实验步骤：用移液管吸取25mL的溶液，置于烧杯中，然后移取已配制好的EDTA 溶液50rnL于入烧杯中并滴加酚酞2滴，用氢氧化钠溶液调至红色，放在通风橱内加热煮沸约15min，等其自然冷却或用流水使其冷却，如果红色消失，再滴加氢氧化钠调至红色。
钾长石活化焙烧_酸浸新工艺的研究(碳酸钾烧结,硫酸浸取)
时熔融的碳酸钾不能完全浸润钾长石，反应不完全， 导致分解效率偏低。当质量比由 0． 5 提高到 0． 6 时，钾长石 的 分 解 率 随 着 添 量 的 增 加 而 急 剧 提 高。 而 0． 8 以上的添加量并不会使分解率有进一步明显 的提高。因此将碳酸钾与钾长石的质量比控制在 0． 7 时较为适宜。通过对比文献［12］可得，本文在焙 烧温度稍有提高的条件下使质量比由 1． 2 减少为 0． 7，为实现工业化生产打下了良好的基础。 2． 1． 2 焙烧温度
表 4 浸出温度对分解率的影响
浸出温度 /℃
25
50
75
90
分解率 /%
84
43
35
22
由表 4 可知，室温更利于钾长石的分解，较高的 温度会给离子的水解创造有利环境，从而导致不溶 物的增多。 2． 2． 4 液固比
液固比对钾长石分解率的影响结果见图 4。
图 3 硫酸浓度对钾长石分解率的影响
由图 3 可知，当浸取剂全部为水时，分解率仅为 33% 。提高浸取液中硫酸浓度，有利于提高钾长石 的分解率。当硫酸浓度为 9mol / L 时，钾长石的分解 率达到了最大值。再增加硫酸浓度，钾长石的分解 率反而下降，可能是因为过高的硫酸浓度（ ＞ 9mol / L） 会导致类似 KAl（ SO4 ） 2 的生成，起到絮凝作用而 导 致 不 溶 物 的 增 多。 另 外，酸 度 过 高，酸 的 消 耗 量 大，对设备的腐蚀严重，同时增加了生产成本。因此 综合考虑 3mol / L 的硫酸浓度比较适宜。 2． 2． 2 浸出时间
关键词：钾长石； 焙烧； 酸浸； 分解率 中图分类号：TF803． 2 文献标识码：A 文章编号：1000-6532（2012）01-0036-04
富钾页岩的焙烧提钾实验研究(氢氧化钠;硫酸浸取)
第16卷第10期 2007年10月中 国 矿 业CHINA MI NING MA GAZINEVol.16,No.10October 2007富钾页岩的焙烧提钾实验研究韩跃新,刘 杰,印万忠(东北大学资源与土木工程学院,辽宁沈阳110004)摘 要:针对朝阳地区的富钾页岩进行了焙烧提钾的实验研究。
通过对质量配比为m (NaOH )B m (页岩)=017B 1的混合物料进行XRD 分析和热分析,初步确定了在不同焙烧温度下以及在升温过程中,混合物料中存在的主要物相及其变化规律。
确定了适宜的焙烧提钾条件,并利用XRD 对提钾后的水不溶物进行了物相分析。
实验结果表明:钾长石和绢云母转变成可溶于热酸的钾霞石;在适宜的条件下,钾的浸出率可达88108%。
关键词:富钾页岩;焙烧提钾;钾长石;绢云母中图分类号:T F111112/T F111131 文献标识码:B 文章编号:1004-4051(2007)10-0098-05Study on roasting 2extracting potassium from the potassium 2rich shaleH AN Yue 2xin,LIU Jie,YIN Wan 2zhong(School of Resour ces &Civil Engineering,Nor theaster n Universit y,Shenyang 110004,China) Abstr act:The experiment of roasting 2extr acting potassium from the potassium 2rich shale in Caoyang is com plet ed 1XRD anaylsis and thermal analysis is ca rried out for mixed mat er ials of the mass r at io of sodium hydr oxide to shale being 0171And in differ ent roast ing temper atur e and in the course of heating 2up main phase in the shale sample and var iation of phase is confir med preparatorily 1At the same t ime,thr ough the exper iment of roasting 2extracting potassium,fitt ing condit ion of r oasting 2extr act ing potassium is found,and phase analysis for t he water 2insoluble after extr acting potassium is pr ogressed by XR D 1Abstr act:T he main factors that affect the leaching rate of pot assium in potash f eldspar were studied 1It is shown that potash feldspar and ser icite is tr ansmuted into ka liophilite that can dissolve in hot acid;in the suitable conditions,the extracting ratio of potassium reach 88108%1Key wor ds:potassium 2rich shale;roasting 2ext racting potassium;potash feldspar;ser icite收稿日期:2007-07-08基金项目:教育部新世纪优秀人才资助项目(NCET 205520291)作者简介:韩跃新(1961-),男,内蒙古赤峰人,教授,博士生导师。
钾长石提钾实验方案
钾长石提钾实验方案钾长石提钾实验方案方案一：NaCl熔盐浸取法本实验方案先参考钾长石提钾中的氯化物法，因为钾长石中主要组成为：K2O约7～11%，SiO2约65～75%，Al2O3约18～20%，还有部分微量杂质，与本实验的原料矿组成类似，而且实验所需药品及仪器易得，方法简单，先采用此方法做探索性实验，此方法中，破坏钾长石中的晶体结构是是制取钾肥的关键，而热分解时添加的助剂是必不可少的，本实验方案的是助剂NaCl（也可以采用CaCl2等其它助剂），实验开展的步骤为：先将矿与助剂按一定比例混合放在马弗炉中焙烧，取出冷却一段时间，浸取，过滤，定容，再用四苯硼钠重量分析法分析滤液中的钾含量，计算钾的溶出率，最后将钾钠分离，分步结晶。
实验的具体步骤如下：1.焙烧实验药品：原料矿；NaCl粉末实验仪器：分析天平；马弗炉；坩锅；烧杯；玻棒实验步骤：称取20g原料矿和20gNaCl粉末放入同一烧杯中，用玻棒将它们均匀混合后放入坩锅中，将坩锅放入马弗炉中加热，温度设定为800℃,加热为2h；其它条件不变，改变加热温度分别为850℃，900℃，950℃做三组单因素实验。
这个过程中，反应温度对熔出率有较大的影响，只有当温度高于氯化钠的熔点时，才能有较好的熔出率，NaCl的熔点是801℃，氯化钠与钾长石的配比和反应时间也有一定影响，最后根据钾的溶出率优化反应条件。
2.浸取分离实验步骤：取一定量水于烧杯中，将焙烧物放入水中，使可溶性组分转为液相，成为浸出液，然后抽滤，使浸出液与不溶性固体残渣分离。
3.钾离子的分析实验方法：分析方法为四苯硼酸钠重量法，四苯硼酸钠重量法是测钾的国标方法，也是目前土壤、肥料中钾含量测试应用最为广泛的一种分析方法。
其分析原理为：在碱性较弱的介质中，四苯硼酸钠溶液作为沉淀剂与待测溶液中的K+反应，形成白色的沉淀四苯硼钾，然后将所得沉淀进行过滤、洗漆、干燥并称重，根据沉淀的质量测得溶液中所含的钾含量。
贵州省钾长石提钾工艺初步研究
关 键 词 ：钾长石 ； 熔融浸渍法 ； 焙烧；钾提取率
中图分类号 ： Ｔ Ｑ ４ ４ ３ ． ５
文献标志码 ：Ａ
文章编号 ： １ ０ ０ １ — ９ ６ ７ ７ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ７ — ０ ０ ７ ９ — ０ ３
（ 贵 州大 学化 学与， ｆ ￣ Ｘ － 学 院 ，贵 州 Ｉ 贵阳 － ５ ５ ０ ０ ０ ３ ）
摘 要 ：在高温条件下，利用熔融浸渍法 ， 对贵州万山地区钾长石进行提钾工艺研究 ，全面探讨助熔剂的阴离子及阳离子
对钾 提取 率的影响 ， 最终选定 Ｎ ａ Ｃ １ 为最佳助熔剂 。正交 实验数据表 明 ， 钾 长石 提钾 的较佳工艺条件 为 ： 焙烧温 度 ９ ０ ０℃ 、焙烧 时
ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂ ｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ９ ０ ０ ℃ ，ｃ ａ ｌ ｃ ｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｉ ｍ ｅ １ ２ ０ ｍｉ ｎ ，ｍ（ ｆ ｅ ｌ ｄ ｓ ｐ ａ ｒ ）： ｍ（ Ｎ ａ Ｃ １ ）＝
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｈ ｉ ｇ ｈ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ，Ｇ ｕ ｉ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｃ ｅ Ｗ ａ ｎ ｓ ｈ ａ ｎ ｒ ｅ ｇ ｉ ｏ ｎ ｅ ｘ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｏ ｔ ａ ｓ ｓ ｉ ｕ ｍ ｆ ｅ ｌ ｄ ｓ ｐ ａ ｒ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｗａ ｓ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ｃ ｏ ｍｐ ｒ ｅ ｈ ｅ ｎ ｓ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ｂ ｙ ｍｅ ｌ ｔ ｉ ｍｐ ｒ ｅ ｇ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ，ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｎ ｌ ｆ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｄ ａ ｎ ｉ ｏ ｎ ｓ ａ ｎ ｄ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｌ ｆ ｕ ｘ ｏ ｎ ｐ ｏ ｔ ａ ｓ ｓ ｉ ｕ ｍ ｅ ｘ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ａ ｔ ｅ ．Ｔ ｈ ｅ ｉ ｆ ｎ ａ ｌ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗａ ｓ Ｎ ａ Ｃ １ 。ａ ｎ ｄ ｏ ｒ ｔ ｈ ｏ ｇ ｏ ｎ ａ ｌ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ｄ ａ ｔ ａ ｓ ｈ ｏ ｗｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｐ ｏ ｔ ａ ｓ ｓ ｉ ｕ ｍ ｆ ｅ ｌ ｄ ｓ ｐ ａ ｒ
钾长石在CaSO4及其分解产物下的焙烧反应研究
- 14 -第37卷第5期 非金属矿 Vol.37 No.5 2014年9月 Non-Metallic Mines September, 2014我国可溶性钾资源匮乏，不溶性钾矿石储量大且分布广。
钾肥是农业中不可或缺的三大肥料之一，以含钾矿石为原料，制备可溶钾将是我国解决钾肥依赖进口问题的途径之一[1]。
在钾长石制备可溶钾的方法中，焙烧法适合我国的国情[2]。
很多学者在利用钾长石制备可溶性钾肥方面做了广泛而深入的研究，为不溶性钾矿石制备钾肥提供了丰富的理论基础[3-5]，但也存在以下不足：均需要大量天然石灰石作为置换反应的钙源；硫酸钙仅用于提供钾长石分解产物结合的硫源，用量少，同时在焙烧过程中会有部分分解为SO 2进入尾气中造成对环境的污染。
钾长石焙烧制备可溶性钾的过程中，CaO 用于与钾长石反应置换出K 2O ，K 2O 在高温下不稳定易升华，因此，用CaSO 4提供硫酸根与K 2O 结合成高温稳定的K 2SO 4，通过水淬而获得可溶性钾肥。
根据这一原理，夏举佩等[6-9]提出用硫酸钙替换石灰石，通过硫酸钙的分解产物提供钾长石置换反应的钙源，同时制备酸原料气SO 2，但对钾长石与硫酸钙及其分解产物钾长石在CaSO 4及其分解产物下的焙烧反应研究夏举佩* 彭 健 李国斌 苏 毅 阳超琴（昆明理工大学 化学工程学院，云南 昆明 650500）摘 要 根据硫酸钙还原分解产物成分，通过钾长石自身高温特性和添加硫酸钙及分解产物焙烧反应研究，探明实际体系下焙烧反应历程。
研究结果表明：在1200 ℃下，硫酸钙能与钾长石进行反应，形成低共熔物K 2Ca 2(SO 4)3，此物质结构稳定，无水溶特性；CaS 不与钾长石反应，二者独立存在于体系中；CaO 有较好反应活性，能置换出钾长石中的氧化钾；在有硫酸钙存在时，当氧化钙量不足时生成K 2S 2O 8，当氧化钙充足时则生成K 2SO 4。
硅、铝酸的钙盐则与体系物料配比及操作条件有关。
钾长石混盐焙烧-浸出提钾过程研究
钾长石混盐焙烧-浸出提钾过程研究
方小宁;匡飞;刘程琳
【期刊名称】《无机盐工业》
【年(卷),期】2024(56)5
【摘要】中国钾盐资源匮乏,而钾长石是一种重要的钾赋存形式。
然而,钾长石的开发技术难度大、成本高,至今尚未实现工业化应用。
为了解决钾长石开发利用过程中钾提取温度高、浸出率低等问题,该研究选取了贵州铜仁地区钾长石矿为研究对象,探究了钾长石-硫酸钠-碳酸钙混盐的焙烧-浸出过程,考察了钾长石-硫酸钠-碳酸钙的焙烧配比、焙烧温度、焙烧时间、浸取剂浓度等因素对钾长石中钾元素浸出率的影响。
实验结果显示,在焙烧体系均匀混合、焙烧温度为800~900℃、焙烧时间为1 h、m(钾长石)∶m(硫酸钠)∶m(碳酸钙)为(1∶1∶6)^(1∶1∶8)条件下,以质量分数为5%NaOH溶液作为浸取液,钾的浸出率可高达99.79%。
该研究提供了一条提高钾长石资源利用效率、解决钾盐资源供应问题的新途径,并为相关工业生产提供了有力的技术支持。
【总页数】6页(P53-57)
【作者】方小宁;匡飞;刘程琳
【作者单位】铜仁职业技术学院;华东理工大学
【正文语种】中文
【中图分类】O614.11
【相关文献】
1.表面活性剂与钾长石提钾过程的相容性研究
2.温度制度对钾长石-硫酸钙-碳体系焙烧提钾、还原脱硫以及CO_2矿化的影响
3.钾长石-氯化钙焙烧提钾过程研究(英文)
4.无盐焙烧-稀酸浸出提钒工艺研究
5.钾钠混盐提钾工艺研究
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一种酸法提取钾长石中可溶性钾的方法[发明专利]
![一种酸法提取钾长石中可溶性钾的方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/95539de081eb6294dd88d0d233d4b14e85243e24.png)
(10)申请公布号 (43)申请公布日 2013.12.04C N 103420399 A (21)申请号 201310317664.6(22)申请日 2013.07.26C01D 3/00(2006.01)C01D 5/00(2006.01)C01D 7/00(2006.01)C01D 9/00(2006.01)C01D 13/00(2006.01)(71)申请人成都化工股份有限公司地址611400 四川省成都市新津县新津工业园区B 区(72)发明人钟林 陈鹏 钟国林 吴佳伟常守平(54)发明名称一种酸法提取钾长石中可溶性钾的方法(57)摘要本发明公开了一种酸法从钾长石中提取可溶性钾的方法，包括以下步骤：将钾长石粉末与低浓度酸、助剂氢氟酸(HF)或者萤石（CaF 2）直接投料，装于密闭的衬蒙乃尔400合金或衬四氟高压反应釜中反应，生成物降温至室温，过滤，滤液进行减压蒸馏，蒸干、冷却后的固体即为可溶性钾盐。
本发明酸法提取可溶性钾采用低浓度酸和低含量的氢氟酸(HF)或萤石（CaF 2）作为助剂，在不超过150℃的低温条件下，有效地破坏了钾长石的内部结构，提升了可溶性钾的提取率，产率达90%以上，整个提取工艺具有流程简单、低温、酸及助剂用量小、环境污染少、提取率高、成本低廉等优点，实际应用和工业化前景好。
(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书4页 附图1页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书4页 附图1页(10)申请公布号CN 103420399 A*CN103420399A*1/1页1.一种酸法从钾长石中提取可溶性钾的方法包括以下步骤：（1）将钾长石粉料，低浓度无机酸，助剂氢氟酸(HF)或者萤石（CaF 2）直接投料，装于密闭的衬蒙乃尔400合金或衬四氟高压反应釜中反应；（2）取出步骤（1）反应生成物，降温至室温，过滤；（3）对步骤（2）中滤液进行减压蒸馏，蒸干、冷却后的固体即为可溶性钾盐。
以天然钾长石为原料制取钾肥研究进展
261 我国天然钾长石的现状我国天然钾长石储量非常丰富，集中分布在我国云南、贵州、四川、湖南、湖北、河南、安徽、江西以及山西地区，大多是不溶于水的钾，可溶于水的钾很少，我国目前注意力主要集中于对钾肥的提炼。
虽然某些种类的钾肥提取技术有限而靠进口，但我国仍然是钾肥生产大国。
我国从1990到如今（2017年），钾肥提取、生产从毫无根基的生产、提取空白国逐渐成为了生产、提取的大国，从我国对于钾肥生产、提取近30年的历程来看，我国以每年20%~25%的速度在增加，尤其是2007—2012年间各类钾肥的提取增长速度，增势迅猛，所以，就我国而言，应加大对钾肥类提取的新兴技术的采用，不局限于单一的生产技术，增加生产和提取的技术。
2 我国钾肥制取技术现状我国目前对于钾肥的提取方法有很多种，如高温提取法、化学试剂提取法、微生物分解法等方法。
下文举例详述了几种制取钾肥的方法。
2.1 高温提取法高温提取法主要是利用熔炉分层法来进行对天然钾长石的提取。
随着时间和技术的不断推移加强，我国对于高温提取方法已攻克了许多难题，而且提取方法也日渐成熟。
此工艺通过3m 3和6m 3的高炉进行提取，此方法具有流程简单、工艺可行、能连续运转以及钾长石可生成碳酸钾、水渣可制成白水泥等特点。
且高温提取钾肥手艺还伴随着化工、冶金、建材这三个行业的某些技术，这样多种类复合型技术的运用，对于生产力的提高优化有着重要作用，“一技多用”使各类资源结合生产提取，充分利用，这样不仅提高了生产力还能节约生产成本，产生更高的经济效益，使各类资源得到充分利用。
2.2 利用化学试剂提取钾肥具体可分为DG法、CN法、NC法、NNS法、NSN法五大类。
在钾长石或钾长石粉末中加入不同的化学试剂（硫酸、氨水pH等），利用低温分解、低温分离等方法提取、炼制钾肥。
此方法不仅达到了低耗能的效果，更实现了对钾长石的综合、充分利用。
2.3 微生物分解法微生物分解法是利用培养微生物，然后通过微生物对钾长石进行钾肥的分离。
一种新型钾矿资源的物相分析及提取碳酸钾的实验研究
420 中国科学 D 辑 地球科学 2005, 35 (5): 420~427一种新型钾矿资源的物相分析及提取碳酸钾的实验研究*马鸿文①**冯武威① 苗世顶① 王英滨① 田树信②(①中国地质大学矿物材料国家专业实验室, 北京 100083; ②天津地质调查研究所, 天津 300191)摘要 新发现的华北某地白云质泥岩的K 2O 含量平均达10w B %, 钾资源储量巨大, 其成矿地质环境独特而复杂, 矿石的物相组成以微斜长石、白云石和粘土矿物为主, 是一种新的非水溶性钾矿资源类型. 实验结果表明, 以碳酸钠为助溶剂, 经中温焙烧, 钾矿石分解率可达99.4%. 焙烧熟料中K 2O 的浸出率超过70%, 且在水浸酸化反应过程中, 原矿中的大部分杂质离子Fe 3+, Ti 4+, Mn 2+, Mg 2+, Ca 2+等与硅铝质胶体同时沉淀析出, 为制取电子级碳酸钾提供了可能. 硅铝质胶体废渣可用于生产一类新型建材——矿物聚合材料. 研究表明, 综合开发利用该新型非水溶性钾矿资源, 在技术上完全可达到“清洁生产”的现代工业要求, 具有规模化经济效益和良好的环境效益. 关键词 非水溶性钾矿 白云质泥岩 物相组成 碳酸钾 矿物聚合材料2004-02-10收稿, 2004-08-23收修改稿* 教育部博士学科点基金资助项目(批准号: 1999049114) ** E-mail: mahw@华北某地的非水溶性钾矿石主要由微斜长石、白云石和陆源粉砂级、粘土级碎屑组成, 岩石类型为富钾白云质泥岩. 据天津地质调查所勘查, 该矿床的主矿带长1600m, 平均厚度约85m; 矿石的K 2O 含量平均达10w B %, 资源总量超过7200万吨. 研究表明, 该富钾白云质泥岩的形成条件和物相组成不同于已有的非水溶性钾矿, 因而是一类储量巨大的新型钾矿资源. 实验业已表明, 研究区大红峪组富钾火山岩的工业化利用在技术上是可行的[1~4], 本文则旨在对新发现的白云质泥岩钾矿石的物相组成进行详细分析, 探讨其成矿地质环境, 进而通过实验研究, 对其工业化开发利用的技术可行性进行评价.1 资源概况矿区地处华北板块北缘的燕山中段, 为中－晚元古代陆缘坳陷的中心部位, 最大沉积厚度近万米. 区内这套广泛出露的沉积岩系, 不整合于太古宇(Ar)之上, 发育完整, 构造简单. 上覆寒武系昌平组(Єc ), 由一套浅变质的碳酸盐岩、碎屑岩夹富钾火山岩组成(图1). 富钾白云质泥岩赋存层位为中元古界长城系团山子组(Ch t )三段和大红峪组(Ch d )一段. 该套地层沿走向东至遵化石门镇以东, 西至蓟县下营, 出露长第5期马鸿文等: 一种新型钾矿资源的物相分析及提取碳酸钾的实验研究 421图1 华北某地新型钾矿的区域地质略图图中地层符号的含义参见正文约28 km. 研究区出露的下伏地层为长城系串岭沟组(Ch ch )粉砂质页岩和常州沟组(Ch c )砂砾岩、石英砂 岩; 上覆地层依次为中上元古界长城系高于庄组(Ch g )白云质灰岩、白云岩, 蓟县系(Jx)白云岩、粉砂质页岩, 以及青白口系(Qn)砂页岩、白云质灰岩. 第四系(Q)砂砾石、粉砂质粘土等不整合于其上.据天津地质调查所勘查, 除大红峪组的富钾火山岩(钾质响岩、粗面岩)外, 研究区的非水溶性钾矿尚有6条矿带, 其中4条赋存于大红峪组, 两条产于团山子组. 后两条矿带长约1.6 km, 走向约105°, 倾向西南, 资源总量接近1.0亿吨. 团山子组三段三层的富钾泥岩矿带, 平均厚度24 m, 岩性主要为粉砂质泥岩和泥质粉砂岩, 前者多呈灰绿色, 后者呈土黄 色, 矿物成分以粘土矿物和砂屑矿物为主. 两者的K 2O 含量分别为4.8~14.2w B %和5.9~13.5w B %, 平均品位为10.93w B %. 富钾白云质泥岩矿带赋存于团山子组三段二层, 平均厚度85 m, 岩性主要为白云质泥岩, 白云质长石粉砂岩次之, 多呈浅灰或灰绿色. 矿石的K 2O 含量在 3.3~13.9w B %之间, 平均品位为9.23w B %, 其资源量约占该两条矿带资源总量的76%.本项实验研究的对象即是富钾白云质泥岩矿石.2 物相分析偏光显微镜下观察, 富钾白云质泥岩矿石主要由钾长石、白云石及粉砂级至粘土级碎屑矿物组成, 显微晶质至隐晶质碎屑结构, 少见钾长石颗粒发育格子双晶(图2), 大部分钾长石颗粒表面已发生高岭石、伊利石、蒙脱石化或碳酸盐化蚀变. 偶见白云石颗粒发育聚片双晶. 此外亦见个别锆石晶粒存在. 区域地质背景及岩相分析表明, 该区在中元古代广泛发育钾质基性岩浆喷发活动[3], 在围限性陆缘泻湖盆地环境形成广为分布的富钾沉凝灰岩, 白云质泥岩极可能形成于富钾沉凝灰岩在碱性泻湖环境发生的粘土化和白云石化交代作用.富钾白云质泥岩(样品Tj-01)的湿化学分析表明, 矿石的主要成分为SiO 2, Al 2O 3, K 2O, CaO, MgO, CO 2(表1), 主要微量元素有Ba, Rb, Sr, Zr, Cr, Ni, Co, Zn, Sc 等(表2). 矿石的主要化学成分与微量元素组合与上述形成环境相吻合.X 射线粉晶衍射分析表明, 其矿物成分主要为微422中国科学D辑地球科学第35卷图2 白云质泥岩的显微结构正交偏光4×10倍表1 富钾白云质泥岩的湿化学分析结果(w B%)a)SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeO MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5CO2H2O+总量53.25 0.59 14.04 1.93 0.94 0.05 4.14 5.26 0.20 9.99 0.29 6.32 2.34 99.34a) 中国地质大学(北京)化学分析室陈力平分析表2 富钾白云质泥岩的微量元素丰度(10−6)a)Rb Cs Sr Ba Sc Cr Co Ni Zn As Zr Hf Ta Th U 167 2.0 134 402 10 73 9 35 16 1.0 100 5.3 1.6 15.2 1.1a) 中国科学院高能物理研究所仪器中子活化分析斜长石、白云石、粘土矿物(伊利石、蒙脱石/伊利石混层、高岭石)、石英、黄铁矿、磁铁矿等(图3). 采用X射线衍射数据指标化程序CELLSR[5]计算, 主要矿物相的晶格常数(表3)与JCPDS卡片中的理论值相吻合. 差热分析亦清楚地显示出黄铁矿、白云石、高岭石等矿物的特征放热峰或吸热谷.按照物质平衡原理[6], 采用线性规划法程序LINPRO[5]计算, 各矿物相的含量为(w B%): 微斜长石51.0, 白云石15.0, 粘土矿物(伊利石, 伊利石/蒙脱石混层, 高岭石)21.0, 石英8.5, 铁钛氧化物 3.0, 黄铁矿0.5, 磷灰石0.8. 对微斜长石和白云石的代表性电子探针分析结果见表4.我国的水溶性钾矿资源极缺[7,8], 而利用非水溶性钾矿提取碳酸钾的关键, 则是富钾矿物相的充分分解及提钾后硅铝质尾渣的高效利用[9,10]. 因此, 对富钾白云质泥岩矿石进行焙烧分解实验和后续的制取碳酸钾实验.3 焙烧实验将富钾白云质泥岩矿石粉碎至−200目>95%粒级, 得到以钾长石为主要物相的粉体原料. 对其进行焙烧处理, 目的主要是使原料粉体中含钾物相微斜长石、伊利石在中温条件下发生固相分解反应, 使其中的非水溶性钾转化为水溶性钾化合物. 采用碳酸钠为助溶剂, 焙烧过程中主要矿物相的分解反应如下: KAlSi3O8(微斜长石) + 3Na2CO3 = 3Na2SiO3 + KAlO2 + 3CO2↑K{Al2[(Si3Al)O10](OH)2}(伊利石) + 4Na2CO3 = 3Na2SiO3 + KAlO2 + 2NaAlO2 + 4CO2↑ + H2O↑(Ca, Mg)CO3(白云石) + SiO2(石英)= (Ca, Mg)SiO3 + CO2↑采用正交实验方案, 经多次实验确定, 按照钾长石粉体与碳酸钠的质量比为1:0.95的物料配比, 在焙第5期马鸿文等: 一种新型钾矿资源的物相分析及提取碳酸钾的实验研究423图3 富钾白云质泥岩的X射线粉末衍射图表3 主要矿物相的晶格常数指标化结果矿物相a0/nm b0/nm c0/nmα β γ2970 0.7216 90°39′ 116°07′ 89°03′微斜长石0.8578 1白云石0.4811 0.4811 1.6066 120°08′伊利石0.5170 0.8993 2.0230 94°51′蒙脱石0.5043 0.8996 0.5992 90°00′高岭石0.5168 0.8956 0.7367 91°30′ 104°49′ 89°57′石英0.4881 0.4860 0.5403 90°10′ 89°55′ 119°22′黄铁矿0.5422 90°00′表4 主要矿物相的电子探针分析结果(w B%)a)矿物相 SiO2TiO2Al2O3FeO MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5CO2总量微斜长石64.02 0.00 18.77 0.03 0.00 0.02 0.00 0.37 15.79 0.00 − 99.00微斜长石65.94 0.07 18.97 0.81 0.00 0.00 0.00 0.93 12.22 0.00 − 99.53白云石0.00 0.01 0.01 0.04 0.90 20.94 30.04 0.00 0.03 0.05 47.10 99.12a)白云石的CO2含量为按化学计量比计算值; 分析者: 中国地质大学(北京)电子探针实验室尹京武表5 代表性焙烧实验结果实验号碳酸钠/钾长石粉/质量比焙烧温度/℃焙烧时间/h 矿石分解率/%Tj-1 0.80 820 1.5 93.71 Tj-2 0.80 840 2.0 94.19 Tj-4 0.85 820 2.0 97.01 Tj-5 0.85 840 2.5 97.94 Tj-7 0.90 820 2.5 98.14 Tj-0 0.95 840 2.0 99.40424中国科学D辑地球科学第35卷烧温度为840℃下恒温2.0h, 原料粉体的分解率高达99.4%, 焙烧效果良好. 代表性焙烧实验结果见表5.焙烧熟料的X射线粉末衍射分析结果表明, 钾长石粉体与碳酸钠的混合物料在840℃下发生固相分解反应, 主要矿物相微斜长石、伊利石、石英等基本上已完全分解, 反应生成的新物相主要为偏硅酸钠、偏铝酸钠(钾)、硅酸钙(镁)等(图4), 与上述固相分解反应的生成物完全吻合. 焙烧熟料的化学分析结果见表6.4 钾浸取实验K2O浸出实验的目的是通过控制加水量、搅拌时间、CO2酸化反应程度等因素, 使富钾白云质泥岩焙烧熟料中K2O的浸出率达到最大值. 实验过程中控制体系的固液比为1:8~10, 搅拌时间1.5~2.0 h, 同时以约 2.5 m3/h的速率通入CO2以使浸取液发生酸化反应.在浸取液酸化反应过程中, 主要氧化物Na2O, K2O, SiO2的浓度随pH值变化而呈规律性变化. 由图5可见, 随pH值由13.2下降至11.0, 浸取液相中的SiO2, Na2O, K2O浓度均维持恒定; pH值由11.0降至10.0, SiO2, Na2O和K2O组分的浓度略有下降; pH值由10.0降至9.0, 偏硅酸胶体大量析出, K2O和Na2O浓度显著增大; 至pH值接近约8.5时, 偏硅酸胶体基本沉淀完全,而K2O和N a2O浓度则接近达到最大值(表7).由表7可见, 酸化反应过程中随pH值的下降, Al2O3组分也逐渐析出, 至pH值为10时沉淀完全; 杂质组分MgO, CaO和Fe2O3等亦随pH值的下降而析出, 至pH值为9时其浓度接近最小值, 这就使得这些杂质离子对后续的提取碳酸钾的影响降至最小. 综上所述, 浸取液酸化反应的终点应控制在pH值为9.0~8.5. 此时, 液相中的SiO2和Al2O3已接近于全部析出, 其他杂质离子的浓度也相应降至最低, 而K2O 和Na2O的浸出率则达到最大值, 对制备高纯度碳酸钾十分有利.图4 焙烧熟料的X射线粉末衍射图表6 焙烧熟料的化学成分分析结果(w B/%)a)SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeO MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5CO2H2O H2O总量32.82 0.15 9.39 2.01 0.00 0.06 2.54 3.2934.497.470.02 2.20 3.58 1.57 99.60a) 中国地质大学(北京)化学分析室陈力平分析第5期马鸿文等: 一种新型钾矿资源的物相分析及提取碳酸钾的实验研究425图5 浸取液的SiO2, Na2O, K2O浓度随pH值变化图5 制备碳酸钾实验5.1 浸取液成分在酸化反应之前, 焙烧熟料的浸取液呈强碱性(pH = 13.2), 其中绝大部分Mg2+以Mg(OH)2形式沉淀下来. 通入CO2进行酸化反应, Ca2+即以CaCO3的形式进入沉淀. 因此, 至酸化反应结束, 液相中CaO和MgO的浓度均很低, Na2O/K2O摩尔比为8.47. 化学分析结果表明, 该溶液主要为KHCO3-NaHCO3- H2O三元水盐体系[9], 其他杂质组分SiO2, Al2O3, Fe2O3和MgO等的总量不足1.0w B%(表8), 因而制取电子级碳酸钾是可行的.实验方法为: 利用碳酸钠、碳酸钾两者的溶解度差异, 首先分离副产品碳酸钠, 滤液经进一步除杂纯化后用于制取碳酸钾[2,4,9].5. 2 分离碳酸钠在常压下蒸发、浓缩浸取液. 当溶液浓缩至密度约为1.2776 g/cm3时, 少量NaHCO3晶体开始析出, 同时生成絮状物沉淀. 过滤除去絮状物杂质后, 蒸发温度控制在约80℃, 保持溶液不沸腾, 至碳酸氢钠大量结晶. 采用真空泵减压抽滤, 真空度为0.01 MPa. 所得碳酸氢钠滤饼首先在105~110℃下干燥4~5 h, 再在200℃下干燥2 h, 即得碳酸钠制品.分析结果表明, 实验制品符合国家标准GB210- 92(Ⅲ类)优等品碳酸钠的性能指标(表9). 按浸取液中Na2O的总量计算, 分离回收的优等纯碳酸钠约占滤液中碳酸钠总量的80%.5.3 制备碳酸钾分离碳酸钠后得到的KHCO3浓溶液, 进一步采用高锰酸钾除杂. 加入适量KMnO4(C. P), 磁力搅拌的同时通入CO2酸化, 以稳定溶液的pH值, 使SiO2, Al2O3和Fe2O3等杂质沉淀完全, 反应终点控制在pH 值约为8.6, 生成棕红色絮状物沉淀(表10).除杂后的液相继续浓缩至约54°Bé, 析出少量钾钠复盐. 过滤所得滤液即是碳酸钾的饱和溶液. 再次通入CO2, 发生如下反应:K2CO3 + CO2 + H2O = 2KHCO3表7 液相成分随酸化过程中pH值的变化实验号 pH值SiO2/g·L−1TiO2/mg·L−1Al2O3/mg·L−1Fe2O3/mg·L−1MnO/mg·L−1MgO/mg·L−1CaO/mg·L−1Na2O/g·L−1K2O/g·L−1P2O5/mg·L−1Ts-0113.2 4.27 2.76 24.26 7.04 1.46 45.66 178.1 11.54 1.49 28.18 Ts-0212.0 4.52 1.65 31.09 3.96 0.214 34.78 72.85 11.54 1.49 25.83 Ts-0311.0 4.55 1.10 28.81 2.88 0.246 34.76 72.85 11.54 1.49 28.96 Ts-0410.0 3.83 1.10 0.00 2.04 0.242 28.43 48.56 11.12 1.38 23.48 Ts-059.0 0.699 1.82 0.00 1.54 0.018 11.62 48.56 11.97 1.94 27.40 Ts-068.0 0.284 1.81 0.00 2.01 0.028 11.34 48.56 12.11 1.94 27.40 Ts-077.3 0.222 1.80 0.00 2.14 0.084 12.00 48.56 12.05 2.00 28.18表8 浸取液的化学成分分析结果样品号SiO2/g·L−1TiO2/mg·L−1Al2O3/mg·L−1Fe2O3/mg·L−1MnO/mg·L−1MgO/mg·L−1CaO/mg·L−1Na2O/g·L−1K2O/g·L−1P2O5/mg·L−1L-CC0.378 3.64 26.6 19.7 0.72 64.6 0.00 80.0 11.0 40.9426中国科学D辑地球科学第35卷表9 碳酸钠制品的化学分析结果指标项目碳酸钠制品 GB210-92(Ⅲ类优等品) 总碱量(以Na2CO3计)/% 99.20 ≥99.1氯化物(以KCl计)/% 0.038 ≤0.70铁(Fe)/% 0.0024 ≤0.004水不溶物含量/% 0.028 ≤0.04烧失量/% 0.69 ≤0.8堆积密度/g/mL − ≥0.9表10 除杂滤渣的化学分析结果(w B%)a)SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeO MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5H2O+烧失22.55 0.22 1.07 0.11 0.00 1.24 3.21 5.48 47.05 4.38 0.10 2.49 12.20a) 中国地质大学(北京)化学分析室龙梅分析因KHCO3的溶解度小, 故大部分生成晶质沉淀. 过滤所得高纯碳酸氢钾结晶, 在105~110℃下干燥4~5 h, 再经200℃下干燥2 h, 即得电子级碳酸钾制品. 按照国家标准GB/T 1587-2000对实验产物的化学成分进行测定, 结果见表11.表11 碳酸钾制品的化学分析结果指标项目碳酸钾制品GB/T1587-2000(Ⅱ型)K2CO3/% 99.06≥99.0氯化物(以KCl计)/% 0.022 ≤0.03硫化物(以K2SO4计)/% 0.028 ≤0.04铁(Fe)/% 0.00077 ≤0.001水不溶物含量/% 0.032 ≤0.04灼烧失量/% 0.72 ≤0.805. 4 结果讨论研究结果表明, 实验制备的优等品碳酸钠约占浸取液中Na2CO3总质量的80%; 制备的电子级碳酸钾约占浸取液中K2CO3总质量的70%; 其余碳酸钠、碳酸钾生成中间产物钾钠复盐, 可作为焙烧配料循环利用[2]. 在浸取液酸化反应过程中, 焙烧熟料中约70%的K2O和约95%的Na2O进入液相中, 其余K2O和Na2O则与SiO2, Al2O3和Fe2O3等一起生成硅铝质胶体沉淀[10]. 后者用于制备一类新型无机非金属材料——矿物聚合材料(建筑结构材料, 轻质墙体材料, 轻质绝热材料)[10~12], 可代替高岭土、水玻璃和氢氧化钠等工业原料[13~16], 不仅可显著降低生产成本, 而且为利用富钾白云质泥岩提取碳酸钾提供了“清洁高效”的技术途径. 图6给出利用富钾白云质泥岩矿石提取碳酸钾的工艺流程.图6 利用富钾白云质泥岩提取碳酸钾综合工艺流程图与传统的石灰石烧结法[17,18]对比, 本项研究采用纯碱烧结法分解非水溶性钾矿石, 焙烧物料的总量减少1/3以上, 焙烧温度降低约460℃, 而K2O的挥发率[18]减少约75%, CO2排放量可减少93%以上. 目前, 国际上均以高纯度氯化钾为基本原料, 采用离子膜流化床工艺或离子交换工艺生产碳酸钾[19]. 我国第5期马鸿文等: 一种新型钾矿资源的物相分析及提取碳酸钾的实验研究427因受水溶性钾盐资源的制约, 长期以来钾盐的自给率尚不足10%[7,8]. 由此可见, 本项研究成果具有良好的产业化前景.6 结论成矿地质背景和岩相学分析表明, 华北某地的富钾白云质泥岩可能是由中元古代的钾质岩浆喷发活动, 首先在围限性陆缘泻湖盆地形成富钾沉凝灰岩, 继而在泻湖的碱性环境下发生粘土化和白云石化交代作用所形成, 属火山沉积-交代成因类型, 是一种新的非水溶性钾矿类型. 在矿区外围及周边地区具有进一步寻找同类型钾矿资源的良好前景.富钾白云质泥岩的物相组成主要为微斜长石、白云石、粘土矿物(伊利石为主)、石英等, 与一般的非水溶性钾矿显著不同. 实验表明, 以碳酸钠为助溶剂, 富钾矿物相在中温条件下即可发生固相分解反应, 使其中的非水溶性钾转变为水溶性钾化合物; 在对焙烧熟料的水浸、酸化反应过程中, 原矿中约70%的K2O进入液相中, 实验制取的碳酸钾制品符合GB/ T1587-2000(Ⅱ型)的性能指标要求; 而SiO2和Al2O3等组分则生成硅铝质胶体沉淀, 可利用铝硅酸盐聚合反应原理[20,10]制成矿物聚合材料.虽然富钾白云质泥岩矿石因含有约15%的白云石而使其K2O含量相对降低, 但白云石却又是中温分解钾长石反应[21]的助溶剂, 因而可相对减少纯碱的用量, 降低工艺成本. 这是此类新型非水溶性钾矿资源工业化利用的独特优势所在.因此, 对此类新型非水溶性钾矿资源进行工业化利用, 在技术上可达到清洁高效的“绿色化工”要求, 具有良好的潜在经济效益和环境效益.致谢本项研究的实验样品和地质背景资料由天津地质调查所提供, 谨致谢忱.参考文献1 马鸿文, 白志民, 王万金, 等, 用钾长石制取沸石分子筛的工艺. 中国发明专利, ZL 96 1 20734. 5, 2000-03-172 马鸿文, 白志民, 王万金, 等, 一种用含钾岩石制取碳酸钾的方法. 中国发明专利, ZL 96 1 20733. 7, 2001-02-033 白志民, 马鸿文, 杨静, 等. 北京平谷-天津蓟县一带钾质响岩岩石学特征及综合利用研究. 地质论评, 1999, Sup, 541~ 547 4 戚洪彬, 马鸿文, 廖立兵. 由富钾岩石合成沸石的母液提取碳酸钾和白炭黑的实验研究. 中国矿业, 2001, 10(3): 68~705 马鸿文. 结晶岩热力学软件. 北京: 地质出版社, 1999. 38~476 马鸿文. 结晶岩热力学概论(修订二版). 北京: 高等教育出版社, 2001. 23~407 王万金, 马鸿文, 白志民. 利用不溶性钾矿提钾的研究现状及展望. 地质科技情报, 1996, 15(3): 59~638 陶红, 马鸿文, 廖立兵. 钾长石制取钾肥的研究进展及前景.矿产综合利用, 1998, (1): 28~329 马鸿文, 王英滨, 苗世顶, 等. 利用富钾岩石制取电子级碳酸钾的方法. 中国发明专利, 申请号: 03100563. 2, 200310 马鸿文, 杨静, 王刚, 等. 利用钾长石生产矿物聚合材料的方法. 中国发明专利, 申请号: 03100562. 4, 200311 冯武威, 马鸿文, 王刚, 等. 矿物聚合法制备膨胀珍珠岩保温材料的实验研究. 非金属矿, 2003, 26(5): 21~2312 王刚, 马鸿文, 冯武威, 等. 利用提钾废渣和粉煤灰制备矿物聚合材料的实验研究. 岩石矿物学杂志, 2003, 22(4): 453~ 45713 Davidovits J. Geopolymer chemistry and properties. Geopoly-mer’88, 1st European Conference on Soft Mineralurge. Com-piegne France, 1988, 1: 25~4814 马鸿文, 杨静, 任玉峰, 等. 矿物聚合材料: 研究现状与发展前景. 地学前缘, 2002, 9(4): 397~40715 马鸿文, 凌发科, 杨静, 等. 利用钾长石尾矿制备矿物聚合材料的实验研究. 地球科学, 2002, 27(5): 576~58316 任玉峰, 马鸿文, 王刚, 等. 利用金矿尾矿制备矿物聚合材料的实验研究. 现代地质, 2003, 17(2): 171~17517 Guillet G R. Nepheline Syenite. Industrial Minerals and Rocks. 6th.In: Carr D D. ed. Colorado: Society for Mining, Metallurgy, and Exploration. Inc Littleton, 1994, 711~73018 赵恒勤, 马化龙, 金梅, 等, 钾长石的碱石灰烧结法综合利用研究. 非金属矿, 2003, 26(1): 24~2919 李刚, 我国碳酸钾技术进展. 无机盐工业, 2000, 32(1): 21~2720 Xu H, van Deventer J S J, The geopolymerization of alumino-sili-cate minerals. Int J Miner Process, 2000, 59: 247~266[DOI]21 Feng Wuwei, Ma Hongwen. Thermodynamic analysis and ex-periments of thermal decomposition for potassium feldspar at in-termediate temperatures. Journal of the Chinese Ceramic Society, 2004, 32(7): 789~799。
高温煅烧哈密钾长石工艺及热分解动力学研究
高温煅烧哈密钾长石工艺及热分解动力学研究范丽艳;刘月娥;甄卫军;侯宇刚;陈进江;柳波;邓玉凡【期刊名称】《非金属矿》【年(卷),期】2013(036)006【摘要】以哈密钾长石为原料,Na2CO3为助剂,通过单因素实验和正交实验考察了煅烧温度、煅烧时间、原料和助剂配比对钾长石分解率的影响,确定最佳工艺条件为:钾长石与Na2CO3质量比1∶1.30,煅烧温度840℃,煅烧时间2.5h.原矿和熟料的XRD物相分析表明,Na2CO3破坏了钾长石晶体结构,并形成了新物相.采用TG-DTG法研究钾长石-Na2CO3体系动力学,结果表明,钾长石-Na2CO3体系热分解发生在715～960℃,其热分解反应的机理函数G(a)为1-2a/3-(1-a)2/3,活化能E 为15.76 kJ/mol,频率因子A为119.38 min-1,动力学补偿效应方程为ln(A/[A])=0.1408E/[E]+2.9735.【总页数】4页(P10-12,35)【作者】范丽艳;刘月娥;甄卫军;侯宇刚;陈进江;柳波;邓玉凡【作者单位】新疆大学化学化工学院,石油天然气精细化学品教育部重点实验室,新疆乌鲁木齐830046;新疆大学化学化工学院,石油天然气精细化学品教育部重点实验室,新疆乌鲁木齐830046;新疆大学化学化工学院,石油天然气精细化学品教育部重点实验室,新疆乌鲁木齐830046;新疆大学化学化工学院,石油天然气精细化学品教育部重点实验室,新疆乌鲁木齐830046;新疆兵团农十三师兴达矿业公司,新疆哈密839000;新疆兵团农十三师兴达矿业公司,新疆哈密839000;新疆兵团农十三师兴达矿业公司,新疆哈密839000【正文语种】中文【中图分类】TD973+.5【相关文献】1.新疆哈密钾长石制备白炭黑的工艺研究及其结构表征 [J], 范丽艳;刘月娥;甄卫军;侯宇刚;陈进江;常朝锋2.1-甲基-4,5-二硝基咪唑的工艺优化及热分解动力学研究 [J], 刘丽丽;李永祥;曹端林;王建龙;王小军;刁莹3.钾长石-硫酸钙-碳酸钙体系的热分解过程动力学研究 [J], 陈定盛;石林4.溴酸钾非等温热分解过程及热分解动力学研究 [J], 欧阳刚;张金进;刘韦光;梁峻;刘柏清5.新疆哈密钾长石提钾工艺比较性研究 [J], 侯宇刚;刘月娥;甄卫军;范丽艳;陈进江;常朝锋因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
从钾长石中提取钾的研究
钾 长石 是架状 结构硅 酸盐 中的一种 。硅 酸盐是含 氧矿物 大类 中品种最 多的一类 矿物 ，呈现 出差别 极大 的 结 晶形 态 ，原 因在 于 Ｓ 一０键含 有各种 排列 ，演变成各 式不 同结 构 的络 阴离 子团 ，因此而 分成 五种 类 型 ：岛 ｉ
［ 收稿 日期］２０ —１ ０ ０６ ２— ２ ［ 作者简介】刘文秋 （９０ ，女 ，黑龙江绥化人 ，河北能源职业技术 学院矿 建 系教师 ，从事矿 物加 工技 术研 究。 １８ 一）
钾长 石 的化学性 质极其 稳定 ，其 中的 Ｓ、Ａ、０呈稳定 的 四面体 网络 结构 ，除 了氢 氟酸 外 ，常 温常 压下 ｉ １
几 乎不被 酸 、碱所 分解 ，所 含的氧 化钾 ，不能直接 为植 物所 吸收作 为含钾肥 料 ，在大 自然 的长期作用 下 ，只 有极 少部 分钾长石 会风 化 。 ２ ２ 钾 长石 的结 构分析 ．
２ １ 钾 长石 的理化 常 都 叫钾 长 石 ，化 学 式 为 Ｋ ０・ １ ３ ６ ｉ２ ２ Ａ２ ・ Ｓ ，纯 矿 物 含 Ｋ ０为 ０ ０ ２
１ ．％ ，Ａ２ ３ １ ．％ ，Ｓ ２为 ６ ．％ ，钾长 石是最普 通 的造岩 矿物 ，在 地壳 储 量 大 ，分布 广 ，是 许 多含 ６９ Ｉ 为 ８４ ０ ｉ ０ ４７ 钾 硅铝盐 岩石 的主要 组分 。钾长石 外观呈淡 黄 ，肉红 、浅 玫瑰红 、褐黄 、灰绿 、棕褐 色等 。天然钾 长 石 的杂 质 以石英 或氧化 铁 为主 ，氧 化钠 和氧化钙 次之 ，一 般氧化钾 含量 为 ８～１％ ，个 别 可达 到 １ ４ ，钾 长石 ２ ３～１ ％ 的硬度 为 ６级 ，密度 为 ２５ ｇｅ ３ ．７ ／ ，熔点 １０ ℃。 ｍ ５０
２Ｏ 年 ２ Ｏ７ 月
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K+体系 。将母液用 CO2 酸化 , 偏硅酸根等离子以原
硅酸或聚硅酸的形式沉淀下来 。选择 CO2 的最主要
原因是 : 本项工艺前部焙烧反应过程中放出大量的
CO2 ,若该工艺工业化后 ,不对此回收 ,势必对大气构
( 3) 3 K[ AlSi 3O8] + 9 K2CO3 = K3Al 3O6 + 9 K2SiO3 + 9CO2 ↑
( 4)
3Ca[ Al 2Si 2O8] + 7. 5 K2CO3 = 2 K3Al 3O6 + 1. 5Ca 2SiO4
+ 4. 5 K2SiO3 + 7. 5CO2 ↑
( 5)
1. 1 1. 0 1. 2 1. 0 1. 2 1. 1 1. 2 1. 1 1. 0
98. 94 99. 20 99. 40 0. 46
99. 85 99. 63 99. 82 98. 94 99. 25 99. 51 99. 12 98. 87 98. 25
Na[ AlSi 3O8] + 3 K2CO3 = NaAlO2 + 3 K2SiO3 + 3CO2 ↑
表 2 焙烧温度对分解率的影响
焙烧温 度/ ℃ 740 760 780 800 820 840 860 880 900 分解率
75. 3 74. 6 78. 11 77. 21 92. 51 96. 08 97. 56 92. 80 89. 20 %
有了温度单因素实验的基础 , 设计了 4 因素 3 水平的正交实验 , 影响分解率的主要因素有生料粒 度 、焙烧温度 、焙烧时间和碳酸钾用量 。经过数轮正 交实验 , 得出最佳反应条件 : 焙烧温度 860 ℃; 焙烧 时间为 40min ; 生料粒度对分解率影响不大 , 碳酸钾 适宜加入量为钾长石 ∶K2CO3 = 1 ∶1. 2 ; 考虑到成 本 ,碳酸钾用量不宜过大 。
2FeOOH = Fe 2O3 + H2O ↑
( 6)
K 1 - x {Al 2[ ( Si 3 + xAl 1 - x) 4O10] (OH) 2} + K2CO3 =
K3Al 3O6 + K2SiO3 + CO2 ↑+ H2O ↑
( 7)
2. 2 CO2 酸化实验 浸取液呈强碱性 , 化学分析
结果 (表 4 中 J S - 1 样品) 表明其主要成分是 SiO32 - 、
0. 28 0. 03
0. 08 0. 00
0. 73 0. 64
0. 67 0. 50
0. 38 0. 40
14. 01 14. 97
0. 30 0. 20
1. 78 0. 82
0. 20 0. 11
2 结果与讨论 2. 1 焙烧原矿 从热力学角度来说 , 温度是决定 反应能否发生的主要因素 。为了找出较佳的煅烧温 度 ,实验中设计了温度单因素实验 (表 2) ,分别将配 比 为 钾 长 石 ∶K2CO3 = 1 ∶1. 2 的 反 应 物 料 , 在 740 ℃、760 ℃、780 ℃、800 ℃、820 ℃、840 ℃、860 ℃、 880 ℃和 900 ℃温度下进行焙烧 , 固定反应时间为 1h ,生料粒度为 80 目 ,钾长石分解率见表 2。从结果 可知 , 平衡反应的温度亦即焙烧反应的较佳温度范 围为 820～880 ℃。由于 K2CO3 的熔点为 913 ℃,故无 再提高反应温度的必要 。
开发非水溶性钾矿资源生产钾盐 , 主要利用钾 长石热分解 - 水浸法提取钾盐 , 研究重点在于助熔 剂和工艺条件的选择 。赵恒勤 [1 ]等利用碱石灰助熔 烧结钾长石 , 解决了焙烧工艺问题 ; 湖南化工研究 院采用旋风冶炼 , 以煤 、磷矿石 、钾长石 、白云石和 氯化钙为原料 ,得到钾肥和钙镁磷肥 [2 ];四川地矿局 利用绿豆岩 (富钾凝灰岩) 生产钾镁硅肥获得成功 , 实现了由非水溶性钾矿资源直接生产钾肥 [3 ]。但目 前的工作 , 缺乏从热力学 、动力学及反应机理方面 深入研究 。文献[ 4]分析了在有石膏 、碳酸钙条件下 钾长石分解的动力学 , 但焙烧熟料体系的复杂性 , 对于制备纯度较高的钾盐 , 或者说对于浸取液的分 离 ,势必存在问题 。国外 ,只有印度学者 Saxena E 和 Dasgupta A 等在钾长石焙烧工艺方面有过报道 [5 。 ,6 ]
第 27 卷第 1 期 2004 年 1 月
非金属矿
Non - Metallic Mines
Vol. 27 No. 1 Jan. , 2004
煅烧分解钾长石提取碳酸钾的实验研究
苗世顶1 ,2 马鸿文 1 冯武威 1 张 盼 1 刘 贺 1
(1 中国地质大学材料科学与工程学院 ,北京 100083 ;2 阜阳师范学院化学系 ,阜阳 236300)
品达到彩电工业用碳酸钾 (电子级) 的质量要求 , 从 而使矿物聚合材料成为该工艺的净产出 。本项工艺 之所以用碳酸钾做焙烧助剂 , 是因为钾激发矿物聚 合材料的性质远优于其它激发剂 [8 ]。技术经济分析 表明 ,该工艺有着良好的产业化前景 。 1 实验部分 1. 1 原料 钾长石矿粉来自于江苏丰县 , 物相分 析表明 ,其主要成分为钾长石 、伊利石 、石英 ,另含少 量针铁矿等 ,样品 J S - 1 化学全分析结果见表 1。作 为焙烧原料 , 本实验对该矿粉进行了破碎至 120 目 、 摇床选矿 、酸法除铁的预加工 ,以提高原料中钾长石 的含量 。除铁后的钾长石粉样品 J S - 2 化学全分析 结果 ,见表 1。
度强
2500 2000 1500 1000 500
0
A A A :β- Ca3SiO5 B : K2CO30. 5H2O
C :Ca2Fe (SiO2) (Si2O7) (OH) xH2O
A C A
C
C
A A
BBBCCB
B B
A BB A
ABBB B B B
0 10 20 30 40 50 60 70 2θ/ (°)
根据热力学分析和计算 , 结合熟料中少量不溶 物的物相鉴定 , 可推测钾长石 + K2CO3 体系热分解 反应的可能反应步骤 。因为熟料几乎全溶于水 , 产 物中不会出现钾长石玻璃或高温透长石 , 熟料物相 只有铝酸盐 、偏硅酸盐等可溶性盐类 ; 另外 , 不溶物 残渣中有 Ca2SiO4 , 故可假定有下列反应发生 。结合 查阅的热力学数据 [9 ,10 ] , 初步计算了各个反应在 1133 K条件下的吉布斯函数变均小于 0 , 表明下列 各反应在该条件下能自发反应 :
本文从实验上得出钾长石在助熔剂 K2CO3( 工 业级合格品) 存在的情况下煅烧分解 , 熟料水浸取 , 再用 CO2 酸化浸取液 , 原钾长石中的 Si 、Al 等元素 沉淀 ,沉淀物用于制备矿物聚合材料 [8 ];滤液经浓缩 除杂 , 制备出电子级碳酸钾 。本项研究中原料焙烧 用掉的是纯度较低的碳酸钾 (工业级合格品)1 期
非金属矿
2004 年 1 月
表 1 原料的化学全分析结果/ %
样品
SiO2
TiO2
Al 2O3
Fe2O3
FeO
MnO
MgO
CaO
Na2O
K2O
P2O5
H2O +
H2O -
JS- 1 JS- 2
55. 01 62. 04
0. 72 0. 86
18. 15 18. 87
7. 52 0. 14
摘 要 探讨了碳酸钾助熔焙烧钾长石分解 , 熟料水浸取 , CO2 酸化浸取液 , 过滤除去沉淀 , 滤液经结晶除杂提取碳酸钾的过程 。实验表 明 : 分解钾长石最佳焙烧温度为 860 ℃, 焙烧时间 40min , 滤液酸化后的最佳 p H 值为 8. 0 , 滤液制备出的 K2CO3 , 达到 GB/ T1587 - 2000 Ⅱ型要 求 。并用差热/ 热失重和 X 粉晶衍射法对焙烧熟料进行分析 ,初步分析了分解反应的机理 。
图 2 不溶物残渣的 X - 粉晶衍射图
(测试单位 :石油化工研究院物质结构室)
表 3 碳酸钾助熔焙烧分解钾长石实验结果
正交序列
生料粒度 目
焙烧温度 ℃
焙烧时间 min
碳酸钾量
分解率 %
1132 2111 3123 1221 2233 3212 1313 2322 3331
K( 1 ,j) K( 2 ,j) K( 3 ,j) 级差
60 80 100 60 80 100 60 80 100
99. 30 99. 25 99. 19 0. 11
860 860 860 880 880 880 900 900 900
99. 77 99. 23 98. 75 1. 02
80 40 60 60 80 40 40 60 80
99. 42 99. 21 99. 17 0. 30
Abstract K- feldspar is decomposed by calcination with the flux of potassium carbonate , the resultant was resolved in water , acidified by CO2 , the residue was removed by filtration and the remaining solution was prepared potassium carbonate. The experiment shows the optimum reaction temperature is 860 ℃; The calcination time is 40min ; the p H of acided filtrated solution is 8. 6 ; and K2CO3 prepared by filtrated solution is up to GB/ T 1587 - 2000 Ⅱ specification. In addition , the resultant is analyzed by thermal analysis of TGand DTA , and the baked materials were analyzed by X - ray diffraction. With the above analysis , the dissociation mechanism is proposed.