高鎂溶液對光鹵石分解影響的初步研究*

程懷德，馬海州，張志宏

（中國科學院青海鹽湖研究所，青海西寧 810008）

光鹵石是生產氯化鉀的重要原料，其加工工藝路線依據 Na+、K+、Mg2+∥Cl-—H2O 四元體系相圖［1］計算。光鹵石分解過程中其溶解和KCl結晶是相互制約又同時進行的兩個相變過程［2-4］，氯化鈉含量影響鉀轉化收率［5］。光鹵石溶解后Br和Rb在氯化鈉和氯化鉀中重新分配說明氯化鉀和氯化鈉都有溶解和再結晶的過程［6］。分解液量對光鹵石礦分解和鉀轉化收率產生影響［7-8］。筆者通過添加不同MgCl2濃度初始溶液，初步研究光鹵石分解轉化過程中細粒氯化鈉的生成量和鉀轉化收率。

1 實驗部分

1.1 原料與試劑

老撾萬象鉀鎂鹽礦床固體光鹵石礦，化學組分為：w（K）=9.05%，w（Mg）=5.35%，w（Cl）=46.97%，w（Na）=15.02%。 換算成物質組分為：w（光鹵石）=61.04%，w（石鹽）=38.17%，其余為少量氯化鉀和不溶物。

MgCl2·6H2O，分析純。

1.2 試驗儀器

數顯攪拌器，SHZ-Ⅲ真空泵，JJ1000B電子天平，1000、500 mL 燒杯，標準篩，布氏漏斗，500 mL抽濾瓶，恒溫水浴鍋，5 L搪瓷盤。

1.3 分析方法［9］

離子分析：Mg2+用 EDTA 法，Cl-用汞量法，K+用四苯硼化鈉法，Na+用差減法計算。

1.4 實驗操作

用光鹵石若干千克，加入使之完全分解的計算水量，分解轉化得到分解母液，用這個母液來配制不同MgCl2濃度的初始溶液。初始溶液中氯化鎂濃度計算是先將分解光鹵石所需的水量算出，再根據分解母液中的鎂含量，將分解母液添加到分解所需的水中，由于水是一定的，那么根據所加入分解母液的量就可以計算出初始溶液中MgCl2濃度，濃度不夠的添加MgCl2·6H2O試劑使其MgCl2濃度值在設定值上。分解母液作為介質不影響光鹵石分解，只是影響光鹵石分解的速率。將初始溶液置于1000 mL燒杯中，放置于恒溫水浴鍋中，調節溫度至20℃，加入破碎好的光鹵石礦500 g，分解轉化30 min，反應完后物料用標準篩篩分，分離取樣分析。

2 結果和討論

2.1 理論分析

根據 Na+、K+、Mg2+∥Cl-—H2O 四元體系 25 ℃相圖數據，繪制出NaCl和KCl含量隨著MgCl2濃度的變化趨勢，見圖1。將MgCl2質量分數最大選在25.85%，是因為在這個 MgCl2濃度下 NaCl、KCl、KMgCl3·6H2O 3 相共存，也就是 Na+、K+、Mg2+∥Cl-—H2O四元體系相圖中的E母液點，這也是光鹵石分解后的母液體系點。從圖1可以看出，隨著溶液中MgCl2濃度的升高，總體上NaCl和KCl的含量逐步降低，而且可以發現NaCl濃度下降比KCl快。

圖1 MgCl2與NaCl和KCl溶解關系圖

當光鹵石分解時，初始MgCl2濃度很低，從圖1可以看出，此時氯化鈉比氯化鉀的溶解度大，那么在光鹵石分解過程中，氯化鈉比氯化鉀更容易達到其飽和度。隨著光鹵石的不斷分解，液相中MgCl2濃度提高，氯化鈉飽和度降低，這時先前溶解的氯化鈉由于同離子效應會從溶液中結晶析出，而氯化鉀的變化沒有氯化鈉明顯。因此，當將初始溶液的MgCl2濃度提高時，氯化鈉的飽和度會降低，這樣隨著光鹵石分解的進行，溶液中MgCl2濃度逐步提高，從溶液中重新結晶析出的氯化鈉會減少，而且隨著溶液中MgCl2濃度的提高，體系反而抑制氯化鈉的溶解。從圖1可以看出，MgCl2質量分數在17%左右時，NaCl和KCl溶解度相同，超過這個值，KCl溶解度比NaCl大，那么在結晶時，氯化鈉會先析出來。因此，在實驗設計時MgCl2質量分數不超過17%，選擇了0%、8%、12%、16%。

2.2 不同初始濃度MgCl2溶液對分解礦中氯化鉀含量的影響

圖2為初始溶液中MgCl2濃度不同時，分解轉化礦中氯化鉀質量變化（以分解500 g光鹵石礦計）。圖2兩條直線是根據25、20℃體系相圖計算的理論氯化鉀質量（25℃時為73.08 g、20℃時為73.55 g，即：500 g光鹵石礦完全分解后理論上得到的氯化鉀的質量）。從圖2可以看出，隨著初始溶液中MgCl2濃度的不斷增加，分解轉化礦中的氯化鉀含量增加，且在MgCl2質量分數為12%左右出現了最大值72.8 g，這與理論氯化鉀質量很接近。未加MgCl2時分解轉化礦中氯化鉀質量為71.81 g，加入MgCl2后分解轉化礦中氯化鉀質量提高了1.4%，這也說明重新結晶析出的氯化鈉減少，相應的氯化鉀析出量增加了。

圖2 不同MgCl2濃度初始溶液對氯化鉀含量的影響

2.3 產品中氯化鈉含量變化

圖3 細粒氯化鉀中氯化鈉含量與不同MgCl2濃度初始溶液關系

將分解轉化礦用標準篩在飽和母液中濕篩，篩下物氯化鉀中細粒氯化鈉質量分數見圖3。由圖3可見，隨著初始溶液中MgCl2濃度的增加，細粒氯化鉀中氯化鈉含量減少，而且一直呈下降趨勢，即初始溶液中MgCl2濃度增加，分解轉化礦中氯化鉀含量增加，細粒氯化鈉含量減少。根據圖1來分析，溶液中初始MgCl2濃度增加，NaCl飽和度減小，初始溶液中鎂離子的存在使整個體系抑制了氯化鈉的溶解和重新結晶析出，同時增加了氯化鉀的析出率。從圖3可以計算出，初始鎂濃度的增加使細粒氯化鉀中氯化鈉質量分數減小，MgCl2質量分數增加到12%時，氯化鈉質量分數減小近30%。

2.4 光鹵石分解收率的變化

根據相圖數據，將本實驗采用的光鹵石原礦分解完后，光鹵石分解收率（以得到的氯化鉀計算）分別是：25℃時是84.7%，20℃時是85.25%，因為是在20℃恒溫條件進行的實驗，因此根據20℃的相圖條件，理論光鹵石分解收率為85.25%。根據實驗結果，在沒有加入高鎂母液時，分解收率為83.26%，加入質量分數為8%、12%、16%的MgCl2溶液后，分解收率分別為 84%、84.31%、84.26%，相對提高了0.74%、1.05%、1%，故MgCl2溶液的加入使鉀收率提高近1.1%。如果不計母液溶解的氯化鉀，不添加高鎂溶液時實際光鹵石分解收率達到理論光鹵石分解收率的97.67%，隨著初始溶液中MgCl2濃度的增加，實際光鹵石分解收率分別達到理論光鹵石分解收率的98.53%、98.89%、98.84%，光鹵石分解轉化收率提高約1.2%。

圖4 鉀收率與不同MgCl2濃度初始溶液關系

3 結論

通過理論分析和相圖計算，在光鹵石分解初始母液中改變Mg離子的濃度，使氯化鈉和氯化鉀在分解轉化過程中飽和度發生變化。實驗結果表明：隨著初始溶液中MgCl2濃度的增加，分解轉化礦中氯化鉀質量增加1.4%，細粒轉化礦氯化鉀中氯化鈉的質量分數降低30%，光鹵石分解轉化收率提高約1.2%。實驗進一步證明，溶液中Mg的存在抑制了氯化鈉的溶解和重結晶析出，相反卻增加了氯化鉀的析出率，總體上增加了氯化鉀的收率。

［1］牛自得，程芳琴.水鹽體系相圖及應用［M］.天津：天津大學出版社，2002.

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