低品位非水溶性含鉀巖石復(fù)合助劑法提取鉀鹽工藝研究.pdf

1、鉀是地殼中儲(chǔ)存非常豐富的堿金屬元素，它在自然界中的存在形式多種多樣，主要以化合物的形式存在。鉀資源對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著關(guān)鍵作用，主要分為水溶性鉀資源和非水溶性鉀資源兩大類。其中水溶性鉀資源是生產(chǎn)鉀鹽的主要來(lái)源，也是目前鉀肥生產(chǎn)的最重要原料，目前可利用的水溶性鉀資源主要有5種類型。總體來(lái)看，水溶性鉀資源儲(chǔ)量少且分布不均。但是，非水溶性鉀資源尤其是含鉀巖石儲(chǔ)量卻很豐富，而且分布廣泛、品質(zhì)優(yōu)良，主要包括鉀長(zhǎng)石、明礬石、黑云母、霞石、白榴石，以

2、及砂頁(yè)巖、正長(zhǎng)巖、火山巖、板巖等等。因此，研究開發(fā)非水溶性鉀資源意義重大，首先可綜合利用我國(guó)的富鉀巖石資源以緩解我國(guó)鉀肥資源短缺的問題，其次可為實(shí)現(xiàn)我國(guó)鉀資源的可持續(xù)利用提供理論依據(jù)與科技支撐。
　　處理含鉀巖石的傳統(tǒng)方法是高溫焙燒分解法，但是這種方法成本過(guò)高，加之帶來(lái)的環(huán)境污染問題，本文嘗試使用復(fù)合助劑法從非水溶性含鉀巖石中提取鉀鹽，該工藝流程短、能耗相對(duì)較低，同時(shí)保證了鉀的浸出率在90％以上。整個(gè)工藝流程主要包括三大步驟:（一

3、）焙燒分解:非水溶性含鉀巖石與復(fù)合助劑充分混合均勻后于800℃焙燒，將不溶性的鉀離子轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄遭涬x子。（二）水洗浸出:焙燒分解工藝得到的渣相在80℃下以液固比1:1水洗2h，過(guò)濾得水洗渣與水洗液。（三）水洗液除雜、鈉鉀分離:首先除去水洗液中的鈣離子，然后通過(guò)結(jié)晶法（包括蒸發(fā)結(jié)晶法和醇結(jié)晶法）與陽(yáng)離子交換樹脂法嘗試分離除鈣后的混合鹽溶液中的鈉離子和鉀離子，產(chǎn)品烘干即得到可溶性鉀鹽。
　　本文系統(tǒng)研究了以非水溶性含鉀巖石（鉀長(zhǎng)石、黑

4、云母）為原料的復(fù)合助劑法提取鉀鹽新工藝的詳細(xì)過(guò)程，分析了焙燒溫度、焙燒時(shí)間、浸出溫度、浸出時(shí)間、液固比以及不同的助劑等因素對(duì)非水溶性含鉀巖石中鉀提取率的影響，同時(shí)對(duì)復(fù)合助劑法處理鉀長(zhǎng)石的焙燒分解機(jī)理及水洗浸出工藝的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了深入探討。主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:
　　(1)對(duì)復(fù)合助劑焙燒工藝進(jìn)行探索優(yōu)化，確定較優(yōu)的焙燒分解工藝條件，同時(shí)探討焙燒過(guò)程的分解反應(yīng)機(jī)理，初步確定分解反應(yīng)規(guī)律。焙燒分解工藝優(yōu)化條件為:以鈣鹽（如:氯化鈣、碳酸

5、鈣等）和鈉鹽（如:碳酸鈉、氯化鈉等）為復(fù)合助劑，焙燒溫度800℃，焙燒時(shí)間4h。焙燒熱力學(xué)分解機(jī)理表明使用復(fù)合助劑法能夠降低含鉀巖石分解溫度、減少能耗。
　　(2)對(duì)水洗浸出工藝進(jìn)行探索優(yōu)化，確定水洗浸出工藝的較優(yōu)反應(yīng)條件，同時(shí)對(duì)水洗過(guò)程中鉀的浸出規(guī)律進(jìn)行動(dòng)力學(xué)探討，確定水洗浸出的分離規(guī)律。水洗浸出工藝優(yōu)化條件為:液固比1:1，反應(yīng)溫度80℃，反應(yīng)時(shí)間2h。采用動(dòng)力學(xué)方程對(duì)水洗浸出過(guò)程進(jìn)行線性擬合，結(jié)果表明水洗階段鉀的浸出主要受內(nèi)

6、擴(kuò)散過(guò)程控制。
　　(3)對(duì)水洗浸出液進(jìn)行除雜，并初步探索了除鈣后的混合鹽溶液中鈉離子和鉀離子的分離方法。向水洗浸出液中添加適量的碳酸鈉以除去水洗液中的鈣離子。將除鈣后的混合鹽溶液分別通過(guò)結(jié)晶法（蒸發(fā)結(jié)晶法和醇結(jié)晶法）與陽(yáng)離子交換樹脂法進(jìn)行鈉鉀分離。結(jié)果表明:陽(yáng)離子交換樹脂法分離效果較差;通過(guò)結(jié)晶產(chǎn)品的XRD譜圖可知，與蒸發(fā)結(jié)晶法相比，醇結(jié)晶法得到的產(chǎn)品氯化鉀的衍射峰增強(qiáng)，氯化鈉的衍射峰減弱，因而醇結(jié)晶法分離效果優(yōu)于蒸發(fā)結(jié)晶法，但