利用鉀長石制取氟硅酸鉀的研究

張光旭，石 瑞，彭 宇，鄧 軍

（武漢理工大學化學工程學院，湖北武漢430070）

利用鉀長石制取氟硅酸鉀的研究

張光旭，石 瑞，彭 宇，鄧 軍

（武漢理工大學化學工程學院，湖北武漢430070）

針對洛陽嵩縣的鉀長石，采用回轉窯低溫分解，分解殘渣用水浸取得到鉀浸取液，以鉀浸取液為原料制取氟硅酸鉀。優化工藝條件：反應溫度為60℃，氟硅酸加入量為理論用量的120%，浸取液氫離子濃度為2.0 mol/L，反應時間為10 min。在此條件下，鉀收率達到96%以上，制得氟硅酸鉀產品純度達到98%，產品質量達到相關化工企業標準要求。

鉀長石；提鉀；氟硅酸；氟硅酸鉀

中國一直缺少可溶性鉀鹽資源，可溶性鉀鹽資源難以滿足農業對鉀肥的需要。到目前為止，中國70%的鉀肥需要進口，今后相當長的一個時期內仍然需要進口。因此，開發不溶性鉀鹽資源將成為未來鉀鹽的發展方向［1-2］。鉀長石是難溶性鉀鹽的代表礦物之一，是一種含鉀的硅酸鹽礦物，化學式為K2O· Al2O3·6SiO2，各成分理論含量 （質量分數）：K2O，16.9%；Al2O3，18.4%；SiO2，64.7%。鉀長石是最普通的造巖礦物，在地殼中儲量大、分布廣，是許多含鉀硅鋁鹽巖石的主要組分［3］。制鉀肥用鉀長石其K2O邊界品位要求大于6%，工業品位要求大于9%［4］。洛陽嵩縣已經探明的鉀長石儲量超過 8 000萬t［5］，K2O質量分數約為13.39%，符合工業化提鉀要求。實驗針對洛陽嵩縣鉀長石，采用回轉窯分解工藝進行分解［6-9］，分解殘渣經破碎用水浸取，過濾得到浸取液，浸取液中K+質量濃度約為14 850 mg/L。以此浸取液為原料，對提鉀的工藝條件進行研究。

1 實驗部分

1.1 主要原料及試劑

鉀長石分解殘渣浸取液：K+質量濃度為14 850 mg/L，Na+質量濃度為4 356 mg/L，Al3+質量濃度為16 850 mg/L，Fe3+質量濃度為7 721 mg/L，H+濃度為0.1 mol/L。氟硅酸，工業級，質量分數為38%；濃硫酸，分析純。

1.2 提鉀原理

氟硅酸鉀為難溶性鉀鹽，鉀離子與氟硅酸定量反應能生成氟硅酸鉀沉淀［10］，反應式如下：

實驗擬以氟硅酸鉀的形式回收鉀長石分解殘渣浸取液中的鉀，然后再以氟硅酸鉀為原料制取硫酸鉀或氯化鉀肥料。雖然浸取液中除了含有K+外，還含有Na+、Al3+、Fe3+和H+，但是氟硅酸鈉溶于水，氟硅酸不與Al3+和Fe3+發生反應，而H+有利于氟硅酸鉀的沉淀，所以用此溶液制取氟硅酸鉀很合適，制取的產品所含雜質很少，能滿足工業要求。

1.3 分析方法

采用Axios advanced X射線熒光光譜儀對反應產物進行分析。分析條件：電壓為30～60 kV，電流為50～100 mA。檢測步驟依據JY/T 016—1996《波長色散型X射線熒光光譜方法通則》。

2 結果與討論

2.1 反應溫度對鉀收率的影響

因氟硅酸鉀沉淀的條件與反應溫度、氟硅酸加入量、氫離子濃度、反應時間等因素有關，若反應條件控制不當，就會導致氟硅酸鉀沉淀不完全，影響鉀的收率，為此實驗將對沉鉀的條件進行單因素分析。根據浸取液中K+的含量選擇氟硅酸用量為理論用量，浸取液氫離子濃度為 0.1 mol/L，選擇反應時間為5 min，考察反應溫度對鉀收率的影響［9］，實驗結果見圖1。從圖1可以看出，隨著反應溫度的上升鉀的收率逐漸增加，60℃時鉀的收率達到85%，繼續升高反應溫度鉀的收率開始下降。這可能是由于溫度升高，部分氟硅酸鉀水解成氟化鉀、氟化氫及硅酸所致。實驗確定反應溫度為60℃。

2.2 氟硅酸加入量對鉀收率的影響

選擇反應溫度為60℃，浸取液氫離子濃度為0.1 mol/L，反應時間為5 min，考察氟硅酸用量對鉀收率的影響，實驗結果見圖2。由圖2可知，隨著氟硅酸用量的增加鉀的收率逐漸增加，當氟硅酸用量為理論用量的120%時鉀的收率達到92%，繼續增加氟硅酸用量鉀的收率增加幅度不大。實驗確定氟硅酸用量為理論用量的120%。

圖2 氟硅酸用量對鉀收率的影響

2.3 浸取液氫離子濃度對鉀收率的影響

選擇反應溫度為60℃，氟硅酸用量為理論用量的120%，反應時間為5 min，考察浸取液中氫離子濃度對鉀收率的影響，實驗結果見圖3。由圖3可知，當氫離子濃度小于2.0 mol/L時，隨著氫離子濃度的增加鉀的收率逐漸增加，這是因為氟硅酸鉀只有在強酸性條件下才會沉淀；當氫離子濃度為2.0 mol/L時鉀的收率達到94.21%；當氫離子濃度大于2.0 mol/L時，隨著氫離子濃度的增加，鉀的收率開始下降，這可能是由于加入大量的硫酸，使得溶液的溫度上升，生成的氟硅酸鉀部分水解。實驗確定浸取液氫離子濃度為2.0 mol/L。

圖3 浸取液氫離子濃度對鉀收率的影響

2.4 反應時間對鉀收率的影響

圖4 反應時間對鉀收率的影響

選擇反應溫度為60℃，氟硅酸用量為理論用量的120%，浸取液氫離子濃度為2.0 mol/L，考察反應時間對鉀收率的影響［11］，實驗結果見圖4。由圖4可知，隨著反應時間的增加鉀的收率逐漸增加，當反應時間為10 min時鉀的收率可達到96.32%，之后繼續增加反應時間鉀的收率開始迅速下降。這可能是由于氟硅酸鉀在熱水中緩慢水解的緣故。實驗確定反應時間為10 min。

3 氟硅酸鉀產品質量

在反應溫度為60℃、氟硅酸加入量為理論用量的120%、浸取液氫離子濃度為2.0 mol/L、反應時間為10 min條件下進行提鉀實驗。實驗結果表明，鉀的收率可達到96.28%，和前期實驗數據吻合，達到預期的目的。制得 K2SiF6產品分析結果：純度為98%，游離酸w（HF）≤0.15%，w（Fe）≤0.005%，w（重金屬）≤0.50%，w（H2O）≤0.50%，w（氯化物）≤0.15%，w（硫酸鹽）≤0.2%，達到了相關化工企業標準的要求。

4 結論

針對洛陽嵩縣的鉀長石，采用回轉窯進行低溫分解，分解殘渣浸取得到鉀浸取液，以此浸取液為原料制取氟硅酸鉀。優化工藝條件：反應溫度為60℃，氟硅酸加入量為理論用量的120%，浸取液氫離子濃度為2.0 mol/L，反應時間為10 min。實驗結果表明，鉀收率可達96%以上，氟硅酸鉀純度達到98%，產品質量達到相關化工企業標準要求，可進而制備硫酸鉀或氯化鉀肥料。

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［8］ 馮武威，馬鴻文.中溫分解鉀長石的熱力學分析與實驗［J］.硅酸鹽學報，2004，32（7）：789-799.

［9］ Feng Wuwei，Ma Hongwen.Thermodynamic analysis and experiments of thermal decomposition for potassium feldspar at intermediate temperatures［J］.Journal of the Chinese Ceramic Society，2004，32（7）：789-799.

［10］ 鄧強，余紅林.水云母頁巖低溫全濕法制取氟硅酸鉀及副產白炭黑試驗研究［J］.化工礦物與加工，2012，41（3）：19-21，40.

［11］ 劉玉兵，趙鷹立，游良儉.氟硅酸鉀沉淀生成及水解的研究及其在測定二氧化硅中的應用［C］∥中國硅酸鹽學會2003年學術年會水泥基材料論文集（上冊），北京：2003.

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Research on potassium fluosilicate preparation from potassium feldspar

Zhang Guangxu，Shi Rui，Peng Yu，Deng Jun
（School of Chemical Engineering，W uhan University of Technology，W uhan 430070，China）

Potassium feldspar from Song County，Luoyang was decomposed in rotary kiln at a low temperature.The leaching solution which was used as raw material to get potassium fluosilicate had been achieved by leaching the decomposition residue with water.The optimized conditions of reaction were as follows:reaction temperature was 60℃，the amount of fluorosilicic acid was 120%of the theoretical amount，the hydrogen ion concentration of leaching solution was 2.0 mol/L，and the reaction time was 10 min.Under those conditions，the recovery of potassium can be up to more than 96%，and the purity of K2SiF6product reached 98%，reaching the standard requirements of related chemical enterprises.

potassium feldspar；extraction of potassium；fluosilicic acid；potassium fluosilicate

TQ131.31

A

1006-4990（2014）03-0057-03

2013-10-02

張光旭（1964— ），男，博士，教授，主要從事非均相催化及氟化工研究，已發表論文30余篇。