利用鉀長(zhǎng)石制備硅鈣鉀鎂肥的試驗(yàn)研究

佟哲磊

(葫蘆島鋅業(yè)股份有限公司 遼寧葫蘆島 125003)

水溶性鉀鹽是我國(guó)最緊缺的礦產(chǎn)之一，其儲(chǔ)量折合K2O約為450 Mt，僅占世界總儲(chǔ)量的2.647%[1]。鉀長(zhǎng)石也稱正長(zhǎng)石，屬單斜晶系，通常呈肉紅色、白色或灰色。以鉀長(zhǎng)石為主要物相的非水溶性鉀鹽資源在我國(guó)的儲(chǔ)量估計(jì)超過(guò)20 Gt，因此利用非水溶性鉀鹽是保障我國(guó)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一，具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值[2-3]。目前，鉀長(zhǎng)石的利用已從單一提取水溶性鉀[4]轉(zhuǎn)向綜合利用其中的鉀、硅等元素[5]，以鉀長(zhǎng)石為原料，白云石和磷石膏為助劑，高溫焙燒制備硅鈣鉀鎂肥已成為研究熱點(diǎn)[6-11]。該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)有效利用鉀長(zhǎng)石中的鉀、硅元素，以及白云石、磷石膏中的鈣、鎂元素，形成以硅、鈣、鉀、鎂為主要元素的中微量元素礦物質(zhì)肥料，能夠?yàn)橹参锾峁╄廴苄约安糠炙苄誀I(yíng)養(yǎng)成分，顯著改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力。本文通過(guò)優(yōu)化現(xiàn)有生產(chǎn)工藝條件，以提高產(chǎn)品有效成分的穩(wěn)定性，降低生產(chǎn)成本。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)儀器及材料

9602B型火焰光度計(jì)，沈陽(yáng)華光精密儀器有限公司。

鉀長(zhǎng)石、白云石，葫蘆島宏躍集團(tuán)有限公司；磷石膏，秦皇島華瀛磷酸有限公司；添加劑硫酸鈉，質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99%，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

將鉀長(zhǎng)石、白云石及磷石膏等原料粉碎至粒徑為75 μm，按照鉀長(zhǎng)石、白云石、磷石膏質(zhì)量比為1.00∶1.15∶1.00混合均勻，置于瓷坩堝內(nèi)，放入已設(shè)定溫度為1 150 ℃的馬弗爐中焙燒2 h后，將樣品取出并在干燥的空氣中冷卻至室溫，再磨成粉末密封儲(chǔ)存。稱取焙燒產(chǎn)物(精確至0.2 mg)置于容量瓶中，用稀酸浸取，以蒸餾水定容，采用9602B型火焰光度計(jì)對(duì)浸取液中的鉀進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)測(cè)定結(jié)果計(jì)算鉀長(zhǎng)石的分解率。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 原料粒徑對(duì)鉀長(zhǎng)石分解率的影響

將各種原料粉碎后，分別過(guò)150、100、75 μm標(biāo)準(zhǔn)篩，按設(shè)定的質(zhì)量比將原料混合均勻，分別在950、1 000、1 050、1 100、1 150 ℃下焙燒2 h，鉀長(zhǎng)石分解率見(jiàn)圖1。

圖1 原料粒徑對(duì)鉀長(zhǎng)石分解率的影響

由圖1可知，原料粒徑對(duì)鉀長(zhǎng)石分解率的影響較大，分解率隨原料粒徑的減小明顯增大。隨原料粒徑的減小，相同質(zhì)量物料的比表面積增大，物料間的反應(yīng)更充分，鉀長(zhǎng)石的分解率增大。故在焙燒溫度、焙燒時(shí)間相同，未使用添加劑的情況下，鉀長(zhǎng)石粒徑小于75 μm時(shí)具有較高的分解率。

2.2 焙燒溫度對(duì)鉀長(zhǎng)石分解率的影響

將粉碎后過(guò)75 μm標(biāo)準(zhǔn)篩的各種原料按比例混合均勻，分別在950、1 000、1 050、1 100、1 150、1 200、1 250 ℃下焙燒2 h，鉀長(zhǎng)石分解率見(jiàn)圖2。

圖2 焙燒溫度對(duì)鉀長(zhǎng)石分解率的影響

由圖2可知：焙燒溫度在950～1 150 ℃時(shí)，隨焙燒溫度的提高，鉀長(zhǎng)石分解率明顯增大；當(dāng)焙燒溫度大于1 150 ℃后，鉀長(zhǎng)石分解率基本不變。故在原料粒徑、焙燒時(shí)間相同，未使用添加劑的情況下，鉀長(zhǎng)石的反應(yīng)活性隨溫度的升高而增加，當(dāng)溫度為1 150 ℃時(shí)，鉀長(zhǎng)石分解率達(dá)到峰值。

2.3 焙燒時(shí)間對(duì)鉀長(zhǎng)石分解率的影響

將粉碎后過(guò)75 μm標(biāo)準(zhǔn)篩的各種原料按比例混合均勻，在1 150 ℃下分別焙燒0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 h，鉀長(zhǎng)石分解率見(jiàn)圖3。

圖3 焙燒時(shí)間對(duì)鉀長(zhǎng)石分解率的影響

由圖3可知：鉀長(zhǎng)石的分解率隨焙燒時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，當(dāng)焙燒時(shí)間為2.0 h時(shí)，鉀長(zhǎng)石分解率為86.88%；繼續(xù)延長(zhǎng)焙燒時(shí)間，鉀長(zhǎng)石分解率幾乎不變。因此，在原料粒徑、焙燒溫度相同，未使用添加劑的情況下，反應(yīng)體系的最佳焙燒時(shí)間為2.0 h。

2.4 添加劑用量對(duì)鉀長(zhǎng)石分解率的影響

設(shè)定添加劑質(zhì)量為原料質(zhì)量的0%、1%、2%、3%，將添加劑與粉碎后過(guò)75 μm標(biāo)準(zhǔn)篩的各種原料混合均勻，在1 150 ℃下分別焙燒0.5、1.0、1.5、2.0 h，鉀長(zhǎng)石分解率見(jiàn)圖4。

圖4 添加劑用量對(duì)鉀長(zhǎng)石分解率的影響

由圖4可知：隨添加劑用量增加，鉀長(zhǎng)石分解率逐漸增大，且在添加劑用量為2%時(shí)，鉀長(zhǎng)石分解率達(dá)到最大；繼續(xù)增加添加劑用量，鉀長(zhǎng)石分解率增大效果不再明顯；在使用添加劑的情況下，焙燒時(shí)間達(dá)到1.0 h后，鉀長(zhǎng)石分解率基本不變。因此，在焙燒溫度為1 150 ℃時(shí)，在反應(yīng)體系中加入2%的添加劑后，焙燒時(shí)間達(dá)到1.0 h即可。

2.5 使用添加劑時(shí)焙燒溫度對(duì)鉀長(zhǎng)石分解率的影響

由于上述焙燒溫度較高，試驗(yàn)考察了在使用添加劑的情況下，反應(yīng)體系的最佳焙燒溫度。將添加劑(添加質(zhì)量為原料質(zhì)量的2%)、粉碎后過(guò)75 μm標(biāo)準(zhǔn)篩的各種原料混合均勻，分別在1 000、1 025、1 050、1 075、1 100、1 125、1 150 ℃下焙燒1.0 h，鉀長(zhǎng)石分解率見(jiàn)圖5。

圖5 使用添加劑時(shí)焙燒溫度對(duì)鉀長(zhǎng)石分解率的影響

由圖5可知：在使用添加劑的情況下，隨著焙燒溫度的提高，鉀長(zhǎng)石分解率逐漸增大；當(dāng)焙燒溫度為1 075 ℃時(shí)，鉀長(zhǎng)石分解率最大，為96.18%。

3 結(jié)語(yǔ)

在原料鉀長(zhǎng)石、白云石、磷石膏的質(zhì)量比為1.00∶1.15∶1.00，原料粒徑小于75 μm，添加劑用量為原料質(zhì)量的2%，焙燒溫度為1 075 ℃的條件下，焙燒1.0 h，所得焙燒產(chǎn)物為一種富含硅、鈣、鉀、鎂等中微量元素的礦物質(zhì)復(fù)合肥料，呈弱堿性，在水中的溶解度可達(dá)20%以上，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%檸檬酸溶液中的溶解度大于85%，其中有效氧化鉀、有效二氧化硅、有效氧化鈣、有效氧化鎂、有效硫(以三氧化硫計(jì))的質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次大于4%、18%、25%、5%、5%，產(chǎn)品有效成分的穩(wěn)定性優(yōu)于市場(chǎng)上的同類(lèi)產(chǎn)品。