用液相组成研究昆特依盐湖光卤石矿分解

朱建荣，肖学英，张志宏，董生发，马艳芳，张永峰，杜建宁

(1.中国科学院青海盐湖研究所，青海西宁 810008;2.中国科学院研究生院;3.冷湖滨地钾肥有限责任公司)

用液相组成研究昆特依盐湖光卤石矿分解

朱建荣1，2，肖学英1，张志宏1，董生发1，马艳芳1，张永峰1，2，杜建宁3

(1.中国科学院青海盐湖研究所，青海西宁 810008;2.中国科学院研究生院;3.冷湖滨地钾肥有限责任公司)

昆特依盐湖卤水属于硫酸镁亚型，利用昆特依盐湖卤水晒制的光卤石矿含有硫酸镁，硫酸镁影响光卤石矿加水分解过程，因此研究此类光卤石加水分解过程是很必要的。研究此光卤石矿物分解最直观的指标为，以光卤石完全分解为最佳。采用矿物恒温冷分解的实验方法，利用液相组分对共存固相进行分析，通过分析分解液相中钾离子和镁离子含量、固相中镁和硫酸根物质的量比及相图4种互相关联的指标，从而得到一种准确简便地确定光卤石矿分解条件的方法，这种方法指出利用液相中镁离子或钾离子作为判断指标是可行且合理可靠的。通过本方法获得最佳加水量和分解时间。

光卤石;分解;加水量

光卤石矿是生产氯化钾的主要原料。光卤石是一种不相称复盐［1］。从氯化物型盐湖晒制得到的光卤石矿，以光卤石和氯化钠为主要成分，此类矿物质分解加水工艺研究较多。而柴达木盆地盐湖以硫酸镁亚型为主，硫酸镁亚型卤水作初始原料，晒制得到光卤石矿除含有光卤石和氯化钠，还含有硫酸镁，利用分解或转化、浮选得到氯化钾和软钾镁矾等产品［2］，这种光卤石矿分解过程的研究不是很充分。笔者利用从硫酸镁亚型盐湖中晒制出来的光卤石矿，通过计算理论加水量，根据钾光卤石溶解动力学原理［3］，以实际加水量与理论加水量的质量比称为加水倍数，在不同的加水倍数、相同的温度(17℃)下，对同质量的矿物进行加水分解。取固液分解样［4］进行制样分析，分析K+、Mg2+、SO2－4，以光卤石完全分解［5］为最佳。通过对分解母液组分的分析，找到一种准确简便的确定光卤石矿分解工艺的方法。

1 实验

1.1 原料与仪器

光卤石取自滨地钾肥有限公司光卤石池，用四分法进行混合，将光卤石矿物充分混合，矿物粒度≤7 mm。制样分析原矿数据见表1。

SHZ－Ⅲ型循环水真空抽滤泵1台，抽滤瓶1个，500 mL烧杯1个，数显搅拌器1台，双联控温电炉，温度计2根，电子称，自动程控鼓风烘箱，恒温水浴。

1.2 光卤石分解转化

1.2.1 冷分解实验

根据原矿组成计算出合适的加水量，在此基础上进行加减水量以及分解时间实验。分解温度为17℃，对原矿进行筛选，粒度≤7 mm。用电子称称取500 g光卤石，置于1 000 mL烧杯中，按实际加水量与理论加水量的质量比(简称加水倍数)分别为0.819、0.864、0.91、0.96、1.0、1.046、1.092、1.18、1.25、1.30加水。光卤石分解反应为吸热反应，用恒温水浴控制分解温度为17～17.5℃，搅拌转速为500 r/min，转化时间为50 min。分解完毕后抽滤，分别取固、液样品制样分析。K+含量测定采用季铵盐容量法;Mg2+含量测定采用EDTA容量滴定法; Cl－含量测定采用Hg(NO3)2容量法;SO2－4含量测定采用硫酸钡沉淀重量法;Na+含量测定采用离子平衡差减法。

1.2.2 分解时间实验

以相同分解温度17℃，相同矿量300 g，相同加水量89 g，使用秒表分别计时1、2、5、10、15、20、25、30、40 min，分别取各个时间段的分解液相，制样分析。

2 实验结果与讨论

2.1 加水量实验结果分析

从样品的分析结果可以看出，液相的K+、Mg2+含量呈现规律性的变化，固相的K+、Mg2+含量规律性不强，主要是因为取样的不均匀和母液夹带造成的，但大体规律与理论设想一致。

图1为液相中K+含量与加水倍数的关系。从图1得知，液相中钾离子含量随着加水倍数变化是先平稳后上升的趋势，以1.0倍加水量为分界点，小于1.0倍加水量时曲线基本平稳，此时光卤石没有分解完全，分解液对光卤石处于饱和状态，大于1.0倍加水量时K+含量开始升高，此时光卤石分解完全，导致液相中钾离子含量上升，钾的收率开始下降。图2为液相中Mg2+含量与加水倍数的关系。从图2得知，液相中镁离子含量随加水倍数变化是先平稳后下降，也以1.0倍加水量作为这种变化的分界点，小于1.0倍加水量时曲线基本保持平稳，光卤石还没有分解完全，此时分解液相对光卤石处于饱和的状态;大于1.0倍加水量后Mg2+含量开始降低，此时光卤石分解完全。因此，综合K+和Mg2+变化规律可以得出，以计算分解水量的1.0倍为最佳分解加水量。

图1 液相中K+含量与加水倍数的关系

图2 液相中Mg2+含量与加水倍数的关系

图3为冷分解加水相图。由图3看出，原矿点位于S点，当分解水量小于1.0倍加水量时，分解液相对NaCl、光卤石、泻利盐和KCl四相共饱，位置位于E点;当分解水量大于1.0倍加水量时，分解母液沿着EC线移动，这说明光卤石完全分解，光卤石相已经消失，此时与液相共饱的固相为NaCl、泻利盐和KCl;到1.30倍加水量时，分解液相点移动到点2。所选定的加水量为光卤石相刚消失的加水量。理论固相点位于4点，实验固相点位于3点，与理论点非常接近。

图3 冷分解加水相图

理论上分析，如果光卤石分解完全，固相为硫酸镁、KCl和NaCl，那么可以用固相中镁离子和硫酸根的物质的量比来衡量加水量是否合适。固相中n(Mg2+)∶n(SO2－4)=1.0，说明光卤石分解完全，固相中没有光卤石矿物存在，但在实际操作过程中由于硫酸镁失去结合水的温度较低，自由水含量不易准确测定，而且湿固相不易均匀混合，所以存在一定误差。表2是去除母液夹带以后计算出来的镁离子和硫酸根的物质的量比，可以得出结论:从1.0倍加水量以后固相中镁离子和硫酸根的物质的量比基本保持在1.0附近，这就说明1.0倍加水量是最佳加水量。

表2 加水倍数与固相中n(Mg2+)∶n(SO2－4)关系

综上所述，上述4种指标都可以用来判断最佳分解加水量。利用液相中Mg2+或K+作为判断指标，更简便更准确。

2.2 分解时间实验结果分析

根据加水量实验的结论，利用液相中Mg2+含量作为指标判断适宜分解时间。图4为液相中Mg2+含量随分解时间的变化。从图4可以看出，分解液相中的Mg2+含量随分解时间的增加逐步上升，自20min后，其含量基本保持稳定，这说明此时母液已经达到饱和，由于生产中矿物粒度有一定程度的波动，将最佳分解时间延长，取25 min为最佳分解时间。

图4 液相中Mg2+含量随分解时间的变化

3 结论

分解液相中K+、Mg2+含量，固相中镁离子和硫酸根物质的量比，相图分析这4种指标是互相关联的，都可以作为判断最佳分解条件的指标。利用液相中Mg2+或K+作为判断指标，更简便更准确。利用上述方法对昆特依盐湖光卤石矿分解条件进行了研究，确定最佳加水量为理论加水量的1.0倍，最佳分解时间为25 min。

［1］ 程怀德，马海州，张志宏.光卤石分解过程中K，Na，Mg变化及对分解转化的影响探讨［J］.盐湖研究，2010，39(1):21－23.

［2］ 陈代伟，郭亚飞，邓天龙.硫酸钾生产工艺研究现状［J］.无机盐工业，2010，42(4):4－7.

［3］ 洪显兰，夏树屏，高世扬.钾光卤石溶解动力学［J］.应用化学，1994，11(3):26－29.

［4］ 张开勇，唐娜，廉颖.光卤石分解制备氯化钾结晶过程分解液浓度特性研究［J］.盐业与化工，2009，39(1):3－6.

［5］ 王伟.关于光卤石分解加水量的进一步探讨［J］.海湖盐与化工，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

朱建荣(1986— )，男，在读硕士研究生，主要从事盐湖化工研究工作。

联系方式:zhujianrong741@126.com