用液相組成研究昆特依鹽湖光鹵石礦分解

朱建榮，肖學英，張志宏，董生發，馬艷芳，張永峰，杜建寧

(1.中國科學院青海鹽湖研究所，青海西寧 810008;2.中國科學院研究生院;3.冷湖濱地鉀肥有限責任公司)

用液相組成研究昆特依鹽湖光鹵石礦分解

朱建榮1，2，肖學英1，張志宏1，董生發1，馬艷芳1，張永峰1，2，杜建寧3

(1.中國科學院青海鹽湖研究所，青海西寧 810008;2.中國科學院研究生院;3.冷湖濱地鉀肥有限責任公司)

昆特依鹽湖鹵水屬于硫酸鎂亞型，利用昆特依鹽湖鹵水曬制的光鹵石礦含有硫酸鎂，硫酸鎂影響光鹵石礦加水分解過程，因此研究此類光鹵石加水分解過程是很必要的。研究此光鹵石礦物分解最直觀的指標為，以光鹵石完全分解為最佳。采用礦物恒溫冷分解的實驗方法，利用液相組分對共存固相進行分析，通過分析分解液相中鉀離子和鎂離子含量、固相中鎂和硫酸根物質的量比及相圖4種互相關聯的指標，從而得到一種準確簡便地確定光鹵石礦分解條件的方法，這種方法指出利用液相中鎂離子或鉀離子作為判斷指標是可行且合理可靠的。通過本方法獲得最佳加水量和分解時間。

光鹵石;分解;加水量

光鹵石礦是生產氯化鉀的主要原料。光鹵石是一種不相稱復鹽［1］。從氯化物型鹽湖曬制得到的光鹵石礦，以光鹵石和氯化鈉為主要成分，此類礦物質分解加水工藝研究較多。而柴達木盆地鹽湖以硫酸鎂亞型為主，硫酸鎂亞型鹵水作初始原料，曬制得到光鹵石礦除含有光鹵石和氯化鈉，還含有硫酸鎂，利用分解或轉化、浮選得到氯化鉀和軟鉀鎂礬等產品［2］，這種光鹵石礦分解過程的研究不是很充分。筆者利用從硫酸鎂亞型鹽湖中曬制出來的光鹵石礦，通過計算理論加水量，根據鉀光鹵石溶解動力學原理［3］，以實際加水量與理論加水量的質量比稱為加水倍數，在不同的加水倍數、相同的溫度(17℃)下，對同質量的礦物進行加水分解。取固液分解樣［4］進行制樣分析，分析K+、Mg2+、SO2－4，以光鹵石完全分解［5］為最佳。通過對分解母液組分的分析，找到一種準確簡便的確定光鹵石礦分解工藝的方法。

1 實驗

1.1 原料與儀器

光鹵石取自濱地鉀肥有限公司光鹵石池，用四分法進行混合，將光鹵石礦物充分混合，礦物粒度≤7 mm。制樣分析原礦數據見表1。

SHZ－Ⅲ型循環水真空抽濾泵1臺，抽濾瓶1個，500 mL燒杯1個，數顯攪拌器1臺，雙聯控溫電爐，溫度計2根，電子稱，自動程控鼓風烘箱，恒溫水浴。

1.2 光鹵石分解轉化

1.2.1 冷分解實驗

根據原礦組成計算出合適的加水量，在此基礎上進行加減水量以及分解時間實驗。分解溫度為17℃，對原礦進行篩選，粒度≤7 mm。用電子稱稱取500 g光鹵石，置于1 000 mL燒杯中，按實際加水量與理論加水量的質量比(簡稱加水倍數)分別為0.819、0.864、0.91、0.96、1.0、1.046、1.092、1.18、1.25、1.30加水。光鹵石分解反應為吸熱反應，用恒溫水浴控制分解溫度為17～17.5℃，攪拌轉速為500 r/min，轉化時間為50 min。分解完畢后抽濾，分別取固、液樣品制樣分析。K+含量測定采用季銨鹽容量法;Mg2+含量測定采用EDTA容量滴定法; Cl－含量測定采用Hg(NO3)2容量法;SO2－4含量測定采用硫酸鋇沉淀重量法;Na+含量測定采用離子平衡差減法。

1.2.2 分解時間實驗

以相同分解溫度17℃，相同礦量300 g，相同加水量89 g，使用秒表分別計時1、2、5、10、15、20、25、30、40 min，分別取各個時間段的分解液相，制樣分析。

2 實驗結果與討論

2.1 加水量實驗結果分析

從樣品的分析結果可以看出，液相的K+、Mg2+含量呈現規律性的變化，固相的K+、Mg2+含量規律性不強，主要是因為取樣的不均勻和母液夾帶造成的，但大體規律與理論設想一致。

圖1為液相中K+含量與加水倍數的關系。從圖1得知，液相中鉀離子含量隨著加水倍數變化是先平穩后上升的趨勢，以1.0倍加水量為分界點，小于1.0倍加水量時曲線基本平穩，此時光鹵石沒有分解完全，分解液對光鹵石處于飽和狀態，大于1.0倍加水量時K+含量開始升高，此時光鹵石分解完全，導致液相中鉀離子含量上升，鉀的收率開始下降。圖2為液相中Mg2+含量與加水倍數的關系。從圖2得知，液相中鎂離子含量隨加水倍數變化是先平穩后下降，也以1.0倍加水量作為這種變化的分界點，小于1.0倍加水量時曲線基本保持平穩，光鹵石還沒有分解完全，此時分解液相對光鹵石處于飽和的狀態;大于1.0倍加水量后Mg2+含量開始降低，此時光鹵石分解完全。因此，綜合K+和Mg2+變化規律可以得出，以計算分解水量的1.0倍為最佳分解加水量。

圖1 液相中K+含量與加水倍數的關系

圖2 液相中Mg2+含量與加水倍數的關系

圖3為冷分解加水相圖。由圖3看出，原礦點位于S點，當分解水量小于1.0倍加水量時，分解液相對NaCl、光鹵石、瀉利鹽和KCl四相共飽，位置位于E點;當分解水量大于1.0倍加水量時，分解母液沿著EC線移動，這說明光鹵石完全分解，光鹵石相已經消失，此時與液相共飽的固相為NaCl、瀉利鹽和KCl;到1.30倍加水量時，分解液相點移動到點2。所選定的加水量為光鹵石相剛消失的加水量。理論固相點位于4點，實驗固相點位于3點，與理論點非常接近。

圖3 冷分解加水相圖

理論上分析，如果光鹵石分解完全，固相為硫酸鎂、KCl和NaCl，那么可以用固相中鎂離子和硫酸根的物質的量比來衡量加水量是否合適。固相中n(Mg2+)∶n(SO2－4)=1.0，說明光鹵石分解完全，固相中沒有光鹵石礦物存在，但在實際操作過程中由于硫酸鎂失去結合水的溫度較低，自由水含量不易準確測定，而且濕固相不易均勻混合，所以存在一定誤差。表2是去除母液夾帶以后計算出來的鎂離子和硫酸根的物質的量比，可以得出結論:從1.0倍加水量以后固相中鎂離子和硫酸根的物質的量比基本保持在1.0附近，這就說明1.0倍加水量是最佳加水量。

表2 加水倍數與固相中n(Mg2+)∶n(SO2－4)關系

綜上所述，上述4種指標都可以用來判斷最佳分解加水量。利用液相中Mg2+或K+作為判斷指標，更簡便更準確。

2.2 分解時間實驗結果分析

根據加水量實驗的結論，利用液相中Mg2+含量作為指標判斷適宜分解時間。圖4為液相中Mg2+含量隨分解時間的變化。從圖4可以看出，分解液相中的Mg2+含量隨分解時間的增加逐步上升，自20min后，其含量基本保持穩定，這說明此時母液已經達到飽和，由于生產中礦物粒度有一定程度的波動，將最佳分解時間延長，取25 min為最佳分解時間。

圖4 液相中Mg2+含量隨分解時間的變化

3 結論

分解液相中K+、Mg2+含量，固相中鎂離子和硫酸根物質的量比，相圖分析這4種指標是互相關聯的，都可以作為判斷最佳分解條件的指標。利用液相中Mg2+或K+作為判斷指標，更簡便更準確。利用上述方法對昆特依鹽湖光鹵石礦分解條件進行了研究，確定最佳加水量為理論加水量的1.0倍，最佳分解時間為25 min。

［1］ 程懷德，馬海州，張志宏.光鹵石分解過程中K，Na，Mg變化及對分解轉化的影響探討［J］.鹽湖研究，2010，39(1):21－23.

［2］ 陳代偉，郭亞飛，鄧天龍.硫酸鉀生產工藝研究現狀［J］.無機鹽工業，2010，42(4):4－7.

［3］ 洪顯蘭，夏樹屏，高世揚.鉀光鹵石溶解動力學［J］.應用化學，1994，11(3):26－29.

［4］ 張開勇，唐娜，廉穎.光鹵石分解制備氯化鉀結晶過程分解液濃度特性研究［J］.鹽業與化工，2009，39(1):3－6.

［5］ 王偉.關于光鹵石分解加水量的進一步探討［J］.海湖鹽與化工，1993，22(6):28－29.

Study on carnallite decomposition of Kunteyi Salt Lake through analysis of com ponents in liquid phase

Zhu Jianrong1，2，Xiao Xueying1，Zhang Zhihong1，Dong Shengfa1，Ma Yanfang1，Zhang Yongfeng1，2，Du Jianning3
(1.Qinghai Institute of Salt Lakes，Chinese Academy of Sciences，Xining 810008，China;
2.Graduate University，Chinese Academy of Sciences;3.Lenghu Bindi Postash Co.，Ltd.)

Brine in Kunteyi Salt Lake belongs to Sub－type magnesium sulfate，and carnallite made from Kunteyi Salt Lake brine containsmagnesium sulfate，which affects the process of decomposition of carnallite by adding water.Therefore，it is very necessary to research decomposition process of this kind of carnallite.Most intuitive index for carnallite decomposition is completely decomposition of carnallite.Takingmineral－thermostatic－cold－decomposition experimentalmethod，using analysis of components in liquid phase and it's coexisting solid phase，and through the analysis of four interrelated indexes that contents of K+and Mg2+in the liquid，amount－of－substance ratio of Mg2+and SO2－4in solid phase and phase diagram，an accurate，and convenientmethod for making sure the conditions of carnallite decomposition was obtained.Thismethod pointed out that the use of Mg2+or K+in liquid phase as judging－index is reasonable，reliable，and practicable.By this method the best amount of water－adding，and themost reasonable resolving－time could be achieved.

carnallite;decomposition;water－adding quantity

TQ124.42

A

1006－4990(2012)01－0037－03

2011－07－11

朱建榮(1986— )，男，在讀碩士研究生，主要從事鹽湖化工研究工作。

聯系方式:zhujianrong741@126.com