鉀芒硝礦物熱法加工氯化鉀工藝研究

嚴(yán)志碩，張志宏，董生發(fā)，馬艷芳，朱建榮，付振海，胡兆軍

（1.中國科學(xué)院青海鹽湖研究所，青海西寧810008；2.中國科學(xué)院大學(xué)）

鉀芒硝礦物熱法加工氯化鉀工藝研究

嚴(yán)志碩1，2，張志宏1，董生發(fā)1，馬艷芳1，朱建榮1，2，付振海1，胡兆軍1，2

（1.中國科學(xué)院青海鹽湖研究所，青海西寧810008；2.中國科學(xué)院大學(xué)）

摘要：西藏鹽湖中碳酸鹽型鹽湖分布較為廣泛，鹵水體系近似于Na+、K+//Cl-、SO42-、CO32-—H2O五元介穩(wěn)體系，在蒸發(fā)過程中形成的含鉀礦物以鉀芒硝為主。研究了利用熱溶-結(jié)晶法從鉀芒硝礦物中加工出氯化鉀。在研究溫度對(duì)溶液組分影響及母液礦樣質(zhì)量比、平衡時(shí)間、尾礦洗滌實(shí)驗(yàn)等條件實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，確定了最佳工藝條件。通過全流程實(shí)驗(yàn)，計(jì)算循環(huán)物料量，獲得產(chǎn)品品位、鉀離子收率等參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，熱溶-結(jié)晶法加工鉀芒硝為主的礦物，能夠生產(chǎn)純度較高的氯化鉀產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：鉀芒硝；熱溶-結(jié)晶；氯化鉀；相圖

中國鹽湖中蘊(yùn)藏著豐富的鉀鹽資源，目前鉀鹽的生產(chǎn)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足鉀鹽的需求量［1-2］。西藏地區(qū)鹽湖分布廣泛，富含石鹽、硼、堿、芒硝、碳酸鋰、含鋰菱鎂礦、鉀芒硝、鉀石膏等，其潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值巨大［3］。熱溶-結(jié)晶工藝廣泛用于鉀石鹽礦物的加工，在國內(nèi)外已形成大規(guī)模的生產(chǎn)裝置。而利用該工藝加工鉀芒硝礦物，國內(nèi)未見相關(guān)報(bào)道。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)原料為西藏扎布耶鹽湖所形成的鉀芒硝礦物。礦物的堆密度ρ堆=1.115 7 g/cm3。顆粒粒度分布為：w（257～385 μm粒子）=56.4%；w（192～257 μm粒子）=23.8%；w（154～192 μm粒子）=5.6%；w（128～154 μm粒子）=4.1%；w（110～128 μm粒子）=1.8%；w（＜85 μm粒子）=0.7%。鹽礦的理化組成如表1所示。由表1可知，鹽礦組分可以利用Na+、K+//Cl-、SO42-、CO32-—H2O（25℃）五元介穩(wěn)體系進(jìn)行分析。

表1　鹽礦的理化組成%

25℃，Na+、K+//Cl-、SO42-、CO32-—H2O體系相圖見圖1。在80℃下，該礦物溶解后達(dá)到飽和，飽和點(diǎn)位于圖1中的A點(diǎn)，處在氯化鉀相區(qū)，通過冷卻過程可以得到單一氯化鉀結(jié)晶。

圖1　Na+、K+//Cl-、SO42-、CO32-—H2O（25℃）相圖

1.2實(shí)驗(yàn)裝置

DFD-700型水浴槽，規(guī)格：雙八孔；功率：2 kW；工作尺寸：620 mm×325 mm×90 mm；溫控范圍：環(huán)境溫度～100℃。

三口燒瓶；蛇形冷凝管；溫度計(jì)；攪拌器；燒杯；容量瓶。

1.3分析方法

K+：四苯硼鈉-季銨鹽法；Na+：電荷守恒差減法；Cl-：汞量法；SO42-：硫酸鋇沉淀法；CO32-：雙指示劑法［4］。

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1溫度對(duì)溶液組分影響

根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果，取一定量的礦物，加入少于計(jì)算量的水，充分平衡，確保所形成的母液處于飽和狀態(tài)，分析不同溫度下飽和溶液的組成，研究溫度對(duì)溶液組成的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。由圖2可以看出，K+含量隨溫度的升高呈直線升高的趨勢(shì)；主要雜質(zhì)Na+、CO32-、SO42-等含量隨著溫度的升高呈明顯降低的趨勢(shì)；溶液水分含量隨著溫度升高而降低，這就使得高溫溶液在冷卻過程中有固相析出，析出的是單一KCl相。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用熱溶-結(jié)晶工藝加工鉀芒硝礦是可行的。

圖2　溫度對(duì)溶液組分的影響

根據(jù)不同溫度下飽和溶液K+含量，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)中的操作難度和熱損失程度，選取80℃為熱溶溫度，20℃為冷卻溫度，以下實(shí)驗(yàn)全部在該條件下進(jìn)行。

2.2母液礦樣質(zhì)量比實(shí)驗(yàn)

取一定量原料，加入不同量的事先制備好的20℃飽和母液，充分平衡，通過測(cè)定80℃下飽和溶液中的K+含量，確定母液礦樣質(zhì)量比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在母液礦樣質(zhì)量比為（250～400）∶210時(shí)，溶液中K+含量變化不大，所以選擇母液礦樣質(zhì)量比為400∶210。

表280　℃下液相鉀離子含量與加母液量關(guān)系（取礦210 g）

2.3平衡時(shí)間實(shí)驗(yàn)

在母液礦樣質(zhì)量比為400∶210的條件下，80℃下平衡不同時(shí)間，分析液相中K+含量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：5 min時(shí)，w（K+）=9.536%；10 min時(shí)，w（K+）=9.680%；20 min時(shí)，w（K+）=9.812%；30 min時(shí)，w（K+）=9.723%。可以看出，平衡時(shí)間達(dá)到20 min后，液相中K+含量已經(jīng)穩(wěn)定，因此選擇30 min為平衡時(shí)間。

2.4尾礦洗滌實(shí)驗(yàn)

在母液礦樣質(zhì)量比為400∶210的條件下，對(duì)熱溶尾礦K+含量進(jìn)行了分析，一次性尾礦中K+質(zhì)量分?jǐn)?shù)4次實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別為：4.157%、4.167%、4.201%、4.193%。可以看出，尾礦中K+含量較高，表明過濾分離過程中由于溫度的降低使部分氯化鉀從溶液中析出。為了提高工藝過程收率，必須對(duì)尾礦進(jìn)行洗滌。

洗滌采用再漿洗滌方式。平衡過程完成后，在料漿中加入絮凝劑，溶液澄清后將清液分離，剩余尾礦加入一定量的20℃飽和母液，在80℃平衡數(shù)分鐘，然后過濾。過濾結(jié)束后，對(duì)濾餅加少量蒸餾水洗滌。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過再漿洗滌和蒸餾水洗滌后，尾礦中K+質(zhì)量分?jǐn)?shù)由4%降低到小于2%，效果明顯。

表3　洗滌實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.5全循環(huán)實(shí)驗(yàn)

通過以上條件實(shí)驗(yàn)，得到鉀芒硝礦熱溶-結(jié)晶法工藝流程，見圖3。

圖3　鉀芒硝礦熱溶-結(jié)晶法工藝流程圖

利用上述工藝流程，通過10次全流程實(shí)驗(yàn)，考察工藝的穩(wěn)定性，得到產(chǎn)品質(zhì)量、鉀收率、物料量等數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。通過表4可以看到，氯化鉀產(chǎn)品、循環(huán)母液和蒸餾水洗滌母液在循環(huán)過程中保持穩(wěn)定。鉀收率達(dá)到87%。2.6粗鉀再漿洗滌實(shí)驗(yàn)

表4　全流程實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

循環(huán)實(shí)驗(yàn)混合總產(chǎn)品的K+平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏低，為40.39%，因此需要對(duì)粗鉀產(chǎn)品進(jìn)行再漿洗滌，以提高產(chǎn)品質(zhì)量。計(jì)算出理論水量，最后得到精鉀產(chǎn)品。總粗鉀產(chǎn)品全分析見表5。

表5　總粗鉀產(chǎn)品全分析%

計(jì)算得出，常溫下再漿洗滌的礦樣水質(zhì)量比為150∶28，洗滌后的精鉀產(chǎn)品全分析見表6。通過再漿洗滌，產(chǎn)品干基K+質(zhì)量分?jǐn)?shù)為48.5%，折合氯化鉀為93%。再漿母液返回?zé)崛茈A段。

表6　精鉀產(chǎn)品全分析%

3　結(jié)論

碳酸鹽型鹽湖鹵水在蒸發(fā)過程中產(chǎn)生的鉀芒硝礦物，目前沒有成熟的加工工藝。本研究利用Na+、K+//Cl-、SO42-、CO32-—H2O五元介穩(wěn)體系為理論基礎(chǔ)，借鑒鉀石鹽加工過程相似的熱溶-結(jié)晶法工藝，對(duì)工藝過程的最佳工藝條件進(jìn)行了研究。通過全流程實(shí)驗(yàn)，得到的產(chǎn)品純度大于93%，鉀收率達(dá)到87%，同時(shí)得到了物料量等工藝參數(shù)。得到了鉀芒硝礦加工利用新工藝。

參考文獻(xiàn)：

［1］王靜康.鉀肥工業(yè)發(fā)展?fàn)顩r及趨勢(shì)［N］.農(nóng)資導(dǎo)報(bào)2008-10-24（25）.

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［3］藏西.西藏鹽湖開發(fā)前景巨大［N］.中國礦業(yè)報(bào)，2003-10-21（10）.

［4］中國科學(xué)院青海鹽湖研究所分析室.鹵水和鹽的分析方法［M］. 2版.北京：科學(xué)出版社，1988.

聯(lián)系方式：yanzhishuo123@163.com

中圖分類號(hào)：TQ131.13

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-4990（2013）10-0027-03

收稿日期：2013-04-18

作者簡介：嚴(yán)志碩（1987—），男，工學(xué)碩士，研究方向?yàn)辂}湖化學(xué)資源利用與開發(fā)，已發(fā)表論文1篇。

Research on technology of processing potassium chloride from potassium glauber by thermosoling-crystallization method

Yan Zhishuo1，2，Zhang Zhihong1，Dong Shengfa1，Ma Yanfang1，Zhu Jianrong1，2，F(xiàn)u Zhenhai1，Hu Zhaojun1，2
（1.Qinghai Institute of Salt Lakes，Chinese Academy of Sciences，Xining 810008，China；2.University of Chinese A cademy of Sciences）

Abstract：The carbonate-based salt lakes are widely distributed in Tibet，China.Their brine system is similar to a quinary metastable system of Na+，K+//Cl-，SO42-，CO32--H2O.In the process of evaporation，the K-bearing minerals are mainly in the form of potassium glauber.The technology of processing KCl from potassium glauber by thermosoling-crystallization method was studied.On the basis of temperature influence on the solution components，the ratio of minerals and mother liquid，equilibrium time，and tailings washing etc.，the optimum processing conditions were determined.Through the whole process experiment and the calculation of the volume of the recyclable materials，the parameters of product quality，and potassium ion yield were also obtained.Experimental results showed that the high purity of KCl could be received from the potassium glauberbased minerals by using thermosoling-crystallization method.

Key words：potassium glauber；thermosoling-crystallization；potassium chloride；phase diagram