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| 一文了解鉀長(cháng)石提鉀技術(shù)！ |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2019-06-05 16:20:37 瀏覽次數： |
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我國鉀長(cháng)石礦資源分布廣泛、儲量極大，在內蒙古、安徽、黑龍江、四川、新疆等23個(gè)省區均有分布，儲量估計超過(guò)200億噸。
但我國水溶性鉀鹽資源極為短缺，其儲量折合K2O約為4.50億噸，僅占世界總量的2.647%。因此，大規模開(kāi)發(fā)非水溶性鉀長(cháng)石資源制取鉀鹽對保障我國經(jīng)濟的可持續發(fā)展具有重要的戰略意義，社會(huì )和經(jīng)濟意義也極為顯著(zhù)。
由于鉀長(cháng)石具有由Si-Al-O四面體形成的三維架狀結構，化學(xué)性質(zhì)極穩定，常溫常壓下幾乎不被除濃硫酸、氫氟酸外的其它酸堿分解，因此高效分解鉀長(cháng)石、將其中非水溶性鉀轉變?yōu)樗苄遭浕衔锍蔀樘崛♀淃}的關(guān)鍵。
目前，國內外對此進(jìn)行了大量研究，方法有中高溫焙燒法、中高溫熔浸法、低溫酸分解法、低溫堿分解法和微生物法等。
1、中高溫焙燒法
中高溫焙燒法是通過(guò)加入焙燒助劑在中溫或高溫下（700-1300℃）破壞鉀長(cháng)石的Si-Al-O網(wǎng)絡(luò )結構提取鉀。
根據加入的焙燒助劑，可分為碳酸鹽焙燒法、硫酸鹽-碳酸鹽焙燒法、硫酸鹽焙燒法、氯化物焙燒法及高溫揮發(fā)法等。
(1）碳酸鹽焙燒法
碳酸鹽焙燒法采用的焙燒助劑主要為Na2CO3、K2CO3和CaCO3。該方法分解鉀長(cháng)石的效果較好，分解率較高，但鉀的分離、純化過(guò)程較復雜，鉀回收率偏低。
?。?）硫酸鹽-碳酸鹽焙燒法
鉀長(cháng)石-CaSO4（磷石膏/脫硫石膏）-CaCO3反應體系目前國內研究較多，也提出了幾種不同的反應配方，均能獲得較好的鉀提取率，但對反應原理存在一定分歧，需進(jìn)一步研究確認。該方法每處理1t鉀長(cháng)石需添加1~3t含鈣助劑，產(chǎn)生大量焙燒尾渣，經(jīng)濟合理地處理這些尾渣是該方法工業(yè)應用的關(guān)鍵問(wèn)題之一。另外，該方法在高溫焙燒過(guò)程中產(chǎn)生CO2和SO2氣體，需考慮尾氣的回收與處理。
?。?）硫酸鹽焙燒法
有人提出以磷石膏全部替代CaSO4和CaCO3，并通過(guò)控制反應氣氛同步生產(chǎn)SO2和K2SO4。該工藝在焙燒反應前期加入焦炭或煤粉，提供還原性氣氛，使磷石膏分解生成CaO，后期又需在氧化氣氛中進(jìn)行，使中間產(chǎn)物CaS最終轉化為CaSO4和SO2。
采用磷石膏作為焙燒助劑可同步制得K2SO4和生產(chǎn)硫酸的原料氣SO2，焙燒渣可用于CO2礦化，綜合利用率較高。但CaSO4加入量偏高，鉀的提取率偏低，仍有進(jìn)一步優(yōu)化的空間。
?。?）氯化物焙燒法
氯化物焙燒法使用的助劑主要為CaCl2，也有部分研究采用CaCl2-NaCl2或CaCl2-CaCO3混合助劑。
目前氯化物焙燒工藝中氯化物添加量普遍較高，為理論量的2.5~10倍，成本較高，多余的氯化物在高溫焙燒過(guò)程中易分解產(chǎn)生HCl氣體，需考慮其回收處理。
?。?）高溫揮發(fā)法
該方法是以焦炭、磷礦粉和鉀長(cháng)石等為原料，通過(guò)高溫處理，使磷和鉀以氣態(tài)形式溢出，實(shí)現了磷和鉀的同步提取。
2、中高溫熔浸法
中高溫熔鹽浸取法是以低熔點(diǎn)的鹽為反應介質(zhì)，在一定溫度下鹽類(lèi)熔解形成液相，可大大提高傳質(zhì)與擴散速率，為鉀長(cháng)石的分解提供有利條件。采用的鹽類(lèi)包括CaCl2、NaCl及CaCl2-NaCl等。
熔鹽法雖可獲得較高的鉀熔出率，但需將大量鹽加熱至熔點(diǎn)以上，能耗較高。熔鹽與鉀鹽產(chǎn)品及浸出渣的分離、熔鹽的循環(huán)利用及處理等問(wèn)題均較復雜，成本較高，高溫熔鹽腐蝕性較強，對設備材質(zhì)要求也較高，工業(yè)應用難度較大。
3、低溫酸分解法
鉀長(cháng)石的化學(xué)性質(zhì)極穩定，很難被酸分解。在常壓水熱反應體系中用H2SO4浸出鉀長(cháng)石，分解率僅約為12%。但在有HF存在下，鉀長(cháng)石分解率顯著(zhù)提高。
低溫酸分解法的關(guān)鍵在于利用HF打開(kāi)鉀長(cháng)石的結構，為鉀浸出提供有利條件。低溫酸分解法可分為H2SO4-含氟助劑和磷礦-無(wú)機酸2個(gè)反應體系。
?。?）H2SO4-含氟助劑體系
H2SO4-含氟助劑體系以H2SO4和含氟助劑分解鉀長(cháng)石，常用的含氟助劑有HF、螢石和SiF4等。
采用H2SO4-含氟助劑體系處理鉀長(cháng)石時(shí)，由于HF可有效破壞鉀長(cháng)石的結構，因而可得到較高的K2O浸出率。但由于鉀長(cháng)石中硅含量較高，消耗大量含氟助劑，成本較高，同時(shí)會(huì )產(chǎn)生大量的含氟氣體及廢水，需進(jìn)行綜合回收或無(wú)害化處理。
?。?）磷礦-無(wú)機酸體系
磷礦[Ca5（PO4）3F]與酸反應時(shí)會(huì )分解產(chǎn)生HF，HF可分解鉀長(cháng)石結構浸出鉀。因此，許多學(xué)者開(kāi)展了用磷礦-無(wú)機酸體系提取鉀長(cháng)石中鉀的研究，包括磷礦- H2SO4體系、磷礦-HCl體系、磷礦-HNO3體系、磷礦-H3PO4體系等。
低溫酸分解法在較低溫度下進(jìn)行，反應條件較溫和，工藝流程較簡(jiǎn)單，鉀溶出率也較高，但反應過(guò)程產(chǎn)生大量含氟酸性溶液，處理難度較大，處理成本較高，一定程度上制約了其大規模工業(yè)化應用。
4、低溫堿分解法
低溫堿分解法也是一種常用的從鉀長(cháng)石中提鉀的方法，該法通過(guò)添加堿性助劑破壞鉀長(cháng)石礦物結構提取鉀。
常用的堿性助劑有CaO、Ca（OH）2和KOH等，可單獨使用，也可l兩種聯(lián)合使用。根據反應條件的差異，低溫堿分解法又分為堿性水熱法和亞熔鹽法。
?。?）堿性水熱法
堿性水熱法依據堿性助劑的不同，可分CaO體系、NaOH體系和KOH體系。
堿性水熱分解法用堿介質(zhì)作為助劑分解鉀長(cháng)石，過(guò)程較清潔。堿性水熱體系具有優(yōu)良的傳熱、傳質(zhì)特性，在最佳條件下能獲得較高的鉀提取率。但由于鉀長(cháng)石中鉀含量較低，堿性水熱法得到的含鉀溶液中K+濃度普遍較低，一般需采用蒸發(fā)結晶法得到鉀產(chǎn)品，成本較高。
?。?）亞熔鹽法
亞熔鹽是一種介于常規電解質(zhì)和熔鹽之間、濃度為50wt%~85wt%的非常規介質(zhì)。亞熔鹽法可高效分解難溶性礦物，解決了我國礦產(chǎn)資源豐富但利用率低的難題。
5、微生物分解法
一些特定種類(lèi)的微生物能與鉀長(cháng)石發(fā)生生化反應將鉀長(cháng)石中的鉀轉變?yōu)榭扇苄遭?，常用的微生物有細菌和真菌，其中硅酸鹽細菌是研究較多一種微生物。
微生物法工藝流程簡(jiǎn)單，基本無(wú)污染排放，工業(yè)應用前景較好。但目前仍存在一些問(wèn)題尚未解決，如菌種在自然條件下的存活能力和繁殖能力較弱、菌種培育周期過(guò)長(cháng)等。解決這些問(wèn)題需通過(guò)基因工程篩選和培養存活能力更強、繁殖速度更快的新菌株。
目前來(lái)看，利用鉀長(cháng)石中單一提鉀均存在工藝流程復雜、設備投資大、生產(chǎn)成本高、廢渣產(chǎn)生量大、經(jīng)濟效益差等問(wèn)題，工業(yè)應用前景較差。鉀長(cháng)石利用的方向應是尋找流程相對簡(jiǎn)單、資源綜合利用率高、過(guò)程清潔、方案合理且產(chǎn)品附加值高的關(guān)鍵技術(shù)。將鉀長(cháng)石整體活化制備為多元素復合肥料或土壤調理劑，目前已有工業(yè)化應用實(shí)例，應是今后研究的重點(diǎn)方向。
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