利用钾长石制取氟硅酸钾的研究

张光旭，石 瑞，彭 宇，邓 军

（武汉理工大学化学工程学院，湖北武汉430070）

利用钾长石制取氟硅酸钾的研究

张光旭，石 瑞，彭 宇，邓 军

（武汉理工大学化学工程学院，湖北武汉430070）

针对洛阳嵩县的钾长石，采用回转窑低温分解，分解残渣用水浸取得到钾浸取液，以钾浸取液为原料制取氟硅酸钾。优化工艺条件：反应温度为60℃，氟硅酸加入量为理论用量的120%，浸取液氢离子浓度为2.0 mol/L，反应时间为10 min。在此条件下，钾收率达到96%以上，制得氟硅酸钾产品纯度达到98%，产品质量达到相关化工企业标准要求。

钾长石；提钾；氟硅酸；氟硅酸钾

中国一直缺少可溶性钾盐资源，可溶性钾盐资源难以满足农业对钾肥的需要。到目前为止，中国70%的钾肥需要进口，今后相当长的一个时期内仍然需要进口。因此，开发不溶性钾盐资源将成为未来钾盐的发展方向［1-2］。钾长石是难溶性钾盐的代表矿物之一，是一种含钾的硅酸盐矿物，化学式为K2O· Al2O3·6SiO2，各成分理论含量 （质量分数）：K2O，16.9%；Al2O3，18.4%；SiO2，64.7%。钾长石是最普通的造岩矿物，在地壳中储量大、分布广，是许多含钾硅铝盐岩石的主要组分［3］。制钾肥用钾长石其K2O边界品位要求大于6%，工业品位要求大于9%［4］。洛阳嵩县已经探明的钾长石储量超过 8 000万t［5］，K2O质量分数约为13.39%，符合工业化提钾要求。实验针对洛阳嵩县钾长石，采用回转窑分解工艺进行分解［6-9］，分解残渣经破碎用水浸取，过滤得到浸取液，浸取液中K+质量浓度约为14 850 mg/L。以此浸取液为原料，对提钾的工艺条件进行研究。

1 实验部分

1.1 主要原料及试剂

钾长石分解残渣浸取液：K+质量浓度为14 850 mg/L，Na+质量浓度为4 356 mg/L，Al3+质量浓度为16 850 mg/L，Fe3+质量浓度为7 721 mg/L，H+浓度为0.1 mol/L。氟硅酸，工业级，质量分数为38%；浓硫酸，分析纯。

1.2 提钾原理

氟硅酸钾为难溶性钾盐，钾离子与氟硅酸定量反应能生成氟硅酸钾沉淀［10］，反应式如下：

实验拟以氟硅酸钾的形式回收钾长石分解残渣浸取液中的钾，然后再以氟硅酸钾为原料制取硫酸钾或氯化钾肥料。虽然浸取液中除了含有K+外，还含有Na+、Al3+、Fe3+和H+，但是氟硅酸钠溶于水，氟硅酸不与Al3+和Fe3+发生反应，而H+有利于氟硅酸钾的沉淀，所以用此溶液制取氟硅酸钾很合适，制取的产品所含杂质很少，能满足工业要求。

1.3 分析方法

采用Axios advanced X射线荧光光谱仪对反应产物进行分析。分析条件：电压为30～60 kV，电流为50～100 mA。检测步骤依据JY/T 016—1996《波长色散型X射线荧光光谱方法通则》。

2 结果与讨论

2.1 反应温度对钾收率的影响

因氟硅酸钾沉淀的条件与反应温度、氟硅酸加入量、氢离子浓度、反应时间等因素有关，若反应条件控制不当，就会导致氟硅酸钾沉淀不完全，影响钾的收率，为此实验将对沉钾的条件进行单因素分析。根据浸取液中K+的含量选择氟硅酸用量为理论用量，浸取液氢离子浓度为 0.1 mol/L，选择反应时间为5 min，考察反应温度对钾收率的影响［9］，实验结果见图1。从图1可以看出，随着反应温度的上升钾的收率逐渐增加，60℃时钾的收率达到85%，继续升高反应温度钾的收率开始下降。这可能是由于温度升高，部分氟硅酸钾水解成氟化钾、氟化氢及硅酸所致。实验确定反应温度为60℃。

2.2 氟硅酸加入量对钾收率的影响

选择反应温度为60℃，浸取液氢离子浓度为0.1 mol/L，反应时间为5 min，考察氟硅酸用量对钾收率的影响，实验结果见图2。由图2可知，随着氟硅酸用量的增加钾的收率逐渐增加，当氟硅酸用量为理论用量的120%时钾的收率达到92%，继续增加氟硅酸用量钾的收率增加幅度不大。实验确定氟硅酸用量为理论用量的120%。

图2 氟硅酸用量对钾收率的影响

2.3 浸取液氢离子浓度对钾收率的影响

选择反应温度为60℃，氟硅酸用量为理论用量的120%，反应时间为5 min，考察浸取液中氢离子浓度对钾收率的影响，实验结果见图3。由图3可知，当氢离子浓度小于2.0 mol/L时，随着氢离子浓度的增加钾的收率逐渐增加，这是因为氟硅酸钾只有在强酸性条件下才会沉淀；当氢离子浓度为2.0 mol/L时钾的收率达到94.21%；当氢离子浓度大于2.0 mol/L时，随着氢离子浓度的增加，钾的收率开始下降，这可能是由于加入大量的硫酸，使得溶液的温度上升，生成的氟硅酸钾部分水解。实验确定浸取液氢离子浓度为2.0 mol/L。

图3 浸取液氢离子浓度对钾收率的影响

2.4 反应时间对钾收率的影响

图4 反应时间对钾收率的影响

选择反应温度为60℃，氟硅酸用量为理论用量的120%，浸取液氢离子浓度为2.0 mol/L，考察反应时间对钾收率的影响［11］，实验结果见图4。由图4可知，随着反应时间的增加钾的收率逐渐增加，当反应时间为10 min时钾的收率可达到96.32%，之后继续增加反应时间钾的收率开始迅速下降。这可能是由于氟硅酸钾在热水中缓慢水解的缘故。实验确定反应时间为10 min。

3 氟硅酸钾产品质量

在反应温度为60℃、氟硅酸加入量为理论用量的120%、浸取液氢离子浓度为2.0 mol/L、反应时间为10 min条件下进行提钾实验。实验结果表明，钾的收率可达到96.28%，和前期实验数据吻合，达到预期的目的。制得 K2SiF6产品分析结果：纯度为98%，游离酸w（HF）≤0.15%，w（Fe）≤0.005%，w（重金属）≤0.50%，w（H2O）≤0.50%，w（氯化物）≤0.15%，w（硫酸盐）≤0.2%，达到了相关化工企业标准的要求。

4 结论

针对洛阳嵩县的钾长石，采用回转窑进行低温分解，分解残渣浸取得到钾浸取液，以此浸取液为原料制取氟硅酸钾。优化工艺条件：反应温度为60℃，氟硅酸加入量为理论用量的120%，浸取液氢离子浓度为2.0 mol/L，反应时间为10 min。实验结果表明，钾收率可达96%以上，氟硅酸钾纯度达到98%，产品质量达到相关化工企业标准要求，可进而制备硫酸钾或氯化钾肥料。

［1］ 李文光.我国钾盐资源的开发利用［J］.盐湖研究，1994，2（3）：65-68.

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［5］ 郝小非.河南省钾长石开发与利用现状［J］.河南科技，2009（11）：15.

［6］ 申军.钾长石综合利用综述［J］.化工矿物与加工，2000，29（10）：1-3.

［7］ 黄理承，韩效钊，陆亚玲，等.硫酸分解钾长石的探讨［J］.安徽化工，2011，37（1）：37-39.

［8］ 冯武威，马鸿文.中温分解钾长石的热力学分析与实验［J］.硅酸盐学报，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］ 邓强，余红林.水云母页岩低温全湿法制取氟硅酸钾及副产白炭黑试验研究［J］.化工矿物与加工，2012，41（3）：19-21，40.

［11］ 刘玉兵，赵鹰立，游良俭.氟硅酸钾沉淀生成及水解的研究及其在测定二氧化硅中的应用［C］∥中国硅酸盐学会2003年学术年会水泥基材料论文集（上册），北京：2003.

联系方式：zhanggx2002@163.com

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CN，203333316

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

张光旭（1964— ），男，博士，教授，主要从事非均相催化及氟化工研究，已发表论文30余篇。