關于低品位固體鉀鹽礦的溶解轉化實驗探討

張興民

摘 要：溶解轉化技術是開采低品位固體鉀鹽礦最常用的技術之一，在開采鉀鹽礦之前，需要對不同因素影響鉀鹽礦溶解效果進行分析，并通過實驗驗證溶解轉化技術應用效果，從而確保鉀鹽礦順利開采。基于此，本文首先介紹了溶解轉化實驗需要的材料以及方法，其次，從溶劑配置、差值比較以及K+的質量分數測定等方面論述了實驗過程，并對其結果進行分析。

關鍵詞：低品位;固體鉀鹽礦;溶解轉化實驗

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.046

0 前言

在化工鉀肥中，鉀鹽是其主要的生產原料，現階段，我國可溶性鉀鹽的儲存量并不大，滿足不了當代鉀肥所需，這種情況下，使得我國所需鉀肥絕大部分都要依賴進口。隨著高品位鉀礦的抽鹵和開采不斷進行，其數量不斷減少，與之伴生的低品位鉀礦也會變得比較稀少，導致鉀礦資源極度浪費。為了能夠對鉀礦資源進行充分利用，緩解鉀肥需求局面，開采低品位鉀鹽礦是非常有意義的。

1 實驗材料及方法

本實驗研究的是低品位鉀鹽礦的溶解轉化，所以其主要材料便是低品位的固體鉀鹽礦。固體鉀鹽礦中的組成成分為K+、Mg2+、Ca2+、Cl-、SO42-、Na+、H2O以及不溶物等。實驗裝置為自制溶解轉化裝置，主要包括采鹵管和補鹵管、取樣孔、液位監測孔等。其中采鹵管和補鹵管的應用主要體現在：裝入鉀鹽固體礦時，其高度為0.5m，最佳補鹵位置在距離原料頂端20cm處，而最佳采鹵位置距離原料頂端大約30cm處。取樣孔共有6個，按照順序排位1、2、3、4、5、6，下排為1、2、3，上排為4、5、6，其中1和4與補鹵管相距大約20cm，2和5與補鹵管相距大約50cm，3和6與補鹵管相距大約80cm。每一個取樣孔距離臨近側邊都為10cm。在實驗時，取樣的編號和樣孔的編號是一致的。而對于液位監測孔來說，需要在采鹵管附近進行設置。實驗方法是：將鉀鹽礦裝入溶解裝置中，利用蠕動泵通過補鹵管為原料進行補鹵。同時在液位監測孔中對鹵水液位進行監測，并定時在采鹵管和取樣孔處采樣分析。直到采出的所有鹵水中所含氯化鉀溶液質量分數不大于1.2%，此時停止補鹵。

2 實驗過程

2.1 溶劑配置

溶劑是否適用直接影響著溶解轉化實驗的效果。對其進行配置過程中，主要是通過溶劑泵站前和戰后混合方式，利用老鹵和淡水混合對溶液進行配置。其中站前混合還分為泵站+泵站前池+混合渠以及泵站+混合池等混合方式。在配置溶劑時，需要遵循以下原則：其一是對目標區域鹽層中的含鉀礦物進行選擇性溶解，最大限度的減少對鹽層骨架的溶解破壞。其二是在配置溶劑時，其原料來源必須穩定，數量充足，并且就地取材，以此降低實驗成本。其三是在溶解固體鉀礦過程中，其生成的鹵水必須和原液體鹵水中的組分相近，盡最大限度調整原有原料的溶解轉化過程。

2.2 溶出液與溶劑積差值比較

為了對水位變化和KCl溶度積變化關系進行考察，需要作出液位監測孔中觀察到的KCl活度積差值曲線，并與溶出液的水位變化相互比較。在作出曲線之后，可以發現，溶出液水位變化與積差值變化是相反的，即當水位比較高時，氯化鉀的活度積差值比較小;當溶出液水位比較低時，氯化鉀的積差值比較大。導致這種現象的原因是：當液位監測孔中的水位比較高時，進入采鹵管中的溶劑數量比較多，而在裝置中，液體流動速度比較快，不能與原材料進行充分的接觸。導致溶解轉化反應比較慢，從而是固體鉀鹽溶解的數量大幅度降低，此時積差值比較小。當液位監測孔中的水位比較低時，進入采鹵管中的溶劑比較少，圍鹽與溶劑之間相互作用，促進固體鉀鹽溶解，從而使氯化鉀的積差值比較高。

2.3 K+的質量分數測定

在進行溶解轉化實驗過程中，是利用單因素進行的，單因素分別為采鹵速度、補鹵量以及補鹵速度，其中每個因素又設置三個水平，共9組實驗結果。利用SPSS軟件包對各類實驗數據進行整理，歸納以及分析。在分析之后可以得出：補鹵量的主效應非常明顯，其對溶解轉化的采鹵量有著非常大的影響。而補鹵速度與補鹵量相比，其主效應稍差，效果最差的是采鹵速度。分析完這些數據之后，需要將鹵水氯化鉀采出，使其質量分數降至1.2%，此時停止補鹵，并對采鹵量進行測定。過濾取出的樣品，利用移液槍量取5ml過濾后的產物，并稱量其質量。隨后將其放入容量瓶中，使之稀釋成為500ml的溶液。最后取出5ml的溶液，利用季銨鹽容量法（四苯硼鈉）對K+的質量分數進行測定。

3 實驗結論分析

完成實驗步驟之后，需要對實驗結果進行分析，主要從以下幾方面考慮：（1）隨著補鹵量不斷的增加，采鹵過程中，K+質量分數在不斷的降低。同時其質量分數下降過程中，呈現的是間歇性加快速度下降。隨著溶解轉化不斷深入，液體流速不斷增加，鉀鹽礦內部區域水流會出現短路現象，使得這個區域的溶解轉化效果較差。因此，如果在實際開采過程中，要將流速控制在合理的范圍內，有利于縮短開采時間。（2）從溶解轉化實驗過程中可以得知，補鹵量對溶解轉化實驗有著非常大影響，三個單因素的影響效果大小為采鹵速度<補鹵速度<補鹵量。（3）在固液轉化中，對鹵水活積度變化規律進行確定時，其中含鉀礦物在空間上的活積度變化分為兩部分，其一是溶劑影響部分，這一部分的含鉀礦物產生的活積度與流動距離和滲透流速有關;其二是沒有受到溶劑影響部分，這一部分的含鉀礦物產生的活積度變化與累計溶礦率和宏觀溶積度符合一定的線性關系。

4 結論

綜上所述，對于低品位鉀鹽礦來說，其溶解轉化技術是開采鉀資源的新工藝和新技術，需要對其進行不斷的實驗研究，才能確保開采過程順利進行。經過上文分析可得，在做低品位鉀鹽礦溶解轉化實驗時，需要配置相應的溶劑，利用溶劑與鉀鹽礦進行反應，在此過程中，比較溶出液與溶劑積差值和測定K+的質量分數。從而分析出溶解轉化實驗中各種現象的變化情況。

參考文獻：

[1]琚振闖，王曉，張聰.低品位固體鉀礦驅動溶解正交試驗[J].化工礦物與加工，2016，45（05）：23-24+36.

[2]王曉，琚振闖，張聰.低品位固體鉀礦驅動溶解開采擴大試驗研究[J].中國礦業，2015，24（07）：100-103.