高含鐵量鉀長石提純研究*

陳安林 陳仕英

(洛南縣大秦鉀礦有限公司 陜西 商洛 726100)

長石是一種重要的工業礦物，包括鉀長石、鈉長石、鈣長石、微斜長石等，屬無水架狀鋁硅酸鹽，晶體結構屬架狀結構，其主要化學成分為：SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、CaO等。在地殼上廣泛分布，大約占地殼總礦物含量的50%，是一種普遍存在的造巖礦物。并且長石的用途廣泛，主要用于陶瓷、玻璃和搪瓷等行業[1～3]。長石經常與石英、金紅石等氧化礦，云母、霞石、角閃石等硅酸鹽礦物，方解石等碳酸鹽礦物共生，鐵雜質存在于黑云母、角閃石、金紅石等礦物中。長石具有熔點低(1 150 ℃±20 ℃)、熔融間隔時間長、溶融粘度高等特點，并且具有較強的助熔性和較高的化學穩定性，因此廣泛應用于陶瓷坯料、陶瓷釉料、玻璃、電瓷、研磨材料等行業及生產鉀肥。我國長石礦產資源豐富，但可直接開采利用的優質長石資源并不多，大多數是以集合體的形式存在，只有被富集到一定的程度時才能被用作工業原料[4～7]。為改善長石利用現狀，筆者針對某鉀長石礦，采用酸洗的工藝方法進行除鐵試驗，提高鉀元素含量，通過對白度的測試與分析，表征酸浸后鉀長石礦的除鐵效果，實現長石資源的綜合利用與回收。

1 實驗

1.1 原礦性質

本實驗所用鉀長石由某低品位鉀長石礦提供，巖礦分析結果如圖1所示。

礦石的主要礦物是鉀長石、鈉長石和石英；次要礦物是黃鐵礦、赤鐵礦等，原礦的粒度較大。

圖1 鉀長石原礦的SEM圖和EDS圖

1.2 除鐵實驗

圖2 碎磨-分級試驗流程

圖2為鉀長石碎磨-分級試驗流程，將高含鐵量的鉀長石先進行粗碎及中碎，用破碎機破碎成一定規格度(一般小于6 mm)的顆粒。將破碎后的鉀長石顆粒送入滾筒篩篩分，除去云母等雜質。再將篩分后的鉀長石顆粒球磨得到60～200目的鉀長石砂粉。將球磨得到的鉀長石砂粉送入螺旋溜槽，進行分離分選，選出泥沙得到鉀長石精粉。

所得鉀長石精粉通過水熱酸洗工藝進行除鐵。硫酸溶液與鉀長石精粉的質量比為2∶1，分別以硫酸的體積分數、酸浸時間、酸浸溫度、水熱反應的溫度為單因素變量進行酸洗試驗。為了進一步確定各因素各水平對酸浸除鐵效果的影響，采用單因素優選法對試驗條件進行了優化，確定酸浸除鐵工藝的主要影響因素。

2 結果與討論

2.1 硫酸體積分數對白度的影響

在酸浸時間為3 h，酸浸溫度為80 ℃，水熱反應溫度為130 ℃時研究硫酸的體積分數對白度之間的關系。從圖3可以看出，白度隨硫酸體積分數的增大呈遞增趨勢，但是硫酸體積分數增加到一定程度后，白度下降。當硫酸的體積分數為40%時，酸浸的鉀長石精粉的白度最好，為86.79。綜合工藝條件和生產成本考慮，硫酸體積分數在40%左右時浸除條件較好。將酸浸時間為3 h，酸浸溫度為80 ℃，水熱反應的時間為130 ℃，硫酸體積分數為40%的鉀長石精粉進行檢測。如圖4所示，經檢測提純后的鉀長石精粉中鉀元素的質量百分比為7.47%，鐵元素的質量百分比為0.18%。

圖3 硫酸質量分數與白度的關系圖

圖4 酸浸時間為3 h、酸浸溫度為80 ℃、水熱反應時間為130 ℃、硫酸體積分數為40%，酸浸后鉀長石精粉的SEM圖和EDS圖

2.2 酸浸時間對白度的影響

在硫酸的體積分數為40%、酸浸溫度為80 ℃，水熱反應的溫度為130 ℃時研究酸浸時間對白度之間的關系。從圖5可以看出，白度隨酸浸時間的增長呈遞增趨勢，但是酸浸的時間增加到6 h后，白度的增長緩慢。酸浸時間為6 h時，白度達到87.92。當酸浸時間為4 h時，鉀長石精粉的白度為86.8。綜合考慮酸浸鉀長石精粉的工藝過程，采用酸浸時間為4 h，浸除工藝較好。

將硫酸體積分數為40%，酸浸溫度為80 ℃，水熱反應溫度為130 ℃，酸浸時間為4 h的鉀長石精粉進行檢測。如圖6所示，經檢測提純后的鉀長石精粉中：鉀元素的質量百分比為8.34%，鐵元素的質量百分比為0.15%。

2.3 酸浸溫度對白度的影響

在酸浸時間為4 h、硫酸體積分數為40%、水熱反應溫度為130 ℃時，研究酸浸溫度與白度之間的關系。從圖7可以看出，白度隨酸浸溫度的增加呈遞增趨勢。在酸浸的溫度增長到80 ℃時，白度的增長幅度較大，白度為86.8。綜合工藝條件和生產成本考慮，酸浸溫度為80 ℃左右時浸除工藝較好。

2.4 水熱反應的溫度對白度的影響

在酸浸時間為4 h，酸浸溫度為80 ℃，硫酸體積分數為40%時，研究水熱反應的溫度與白度之間的關系。從圖8可以看出，白度隨水熱反應的溫度的增大呈遞增趨勢，但是水熱反應的溫度增加到一定程度后，白度的增長緩慢。水熱反應溫度對酸洗后鉀長石精粉的白度的影響較小。從工藝條件和生產成本等方面考慮，水熱反應溫度為150 ℃左右時浸除工藝較好。

圖5 酸浸時間與白度的關系圖

圖6 硫酸體積分數為40%、酸浸溫度為80 ℃、水熱反應時間為130 ℃、酸浸時間為4 h，酸浸后鉀長石精粉的SEM圖和EDS圖

圖7 酸浸溫度與白度的關系圖

將酸浸時間為4 h、酸浸溫度為80 ℃、水熱反應時間為150 ℃、硫酸體積分數為40%的鉀長石精粉進行檢測。如圖9所示，經檢測提純后的鉀長石精粉中：鉀元素的質量百分比為8.11%，鐵元素的質量百分比為0.14%。

圖8 水熱反應的溫度與酸浸的關系圖

圖9 酸浸時間為4 h、酸浸溫度為80 ℃、水熱反應時間為150 ℃、硫酸體積分數為40%，酸浸后鉀長石精粉的SEM圖和EDS圖

總之，①根據硫酸對鉀長石精粉的酸浸試驗，在硫酸體積分數、溫度、酸浸時間不相同時，酸浸后的鉀長石精粉的白度也各不相同。②通過單因素試驗及其結果可知，在一般情況下，硫酸體積分數越大、酸浸時間越長、酸浸溫度越高、水熱反應的溫度也就越高，除鐵效果越好，白度越高。③通過單因素實驗可得，綜合考慮工藝條件和生產成本等因素，當硫酸體積分數為40%、酸浸時間為4 h、酸浸溫度為80 ℃、水熱反應時間為150 ℃酸浸得到鉀長石精粉的條件較好。

1 朱良友.鉀長石粉提純工藝研究.非金屬礦,2009(S1):21～22

2 熊文良,楊永濤.青海某鉀長石資源綜合利用試驗研究.礦產綜合利用,2007(2):10～12

3 俞燕強,王杰.遼寧某地鉀鈉長石礦選礦提純試驗研究.中國玻璃,2017(2):22～24

4 杜淑華,陳利民,廖力,等.某低品位鉀長石礦提純工藝研究.礦產綜合利用,2013(1):43～46

5 龐玉榮,孟建衛,龐雪敏,等.某高鐵鉀長石礦的選礦試驗研究.現代礦業,2009(12):24～26

6 王渭清,潘磊,李龍濤,等.鉀長石資源綜合利用研究現狀及建議.中國礦業,2012(10):53～57

7 Zhang H,Sun D S,Bao H.The extraction of potassium from feldspar by molten salt leaching method with composite additives.Advanced Materials Research.Trans Tech Publications,2012,524:1 136～1 139