高含铁量钾长石提纯研究*

陈安林 陈仕英

(洛南县大秦钾矿有限公司 陕西 商洛 726100)

长石是一种重要的工业矿物，包括钾长石、钠长石、钙长石、微斜长石等，属无水架状铝硅酸盐，晶体结构属架状结构，其主要化学成分为：SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、CaO等。在地壳上广泛分布，大约占地壳总矿物含量的50%，是一种普遍存在的造岩矿物。并且长石的用途广泛，主要用于陶瓷、玻璃和搪瓷等行业[1～3]。长石经常与石英、金红石等氧化矿，云母、霞石、角闪石等硅酸盐矿物，方解石等碳酸盐矿物共生，铁杂质存在于黑云母、角闪石、金红石等矿物中。长石具有熔点低(1 150 ℃±20 ℃)、熔融间隔时间长、溶融粘度高等特点，并且具有较强的助熔性和较高的化学稳定性，因此广泛应用于陶瓷坯料、陶瓷釉料、玻璃、电瓷、研磨材料等行业及生产钾肥。我国长石矿产资源丰富，但可直接开采利用的优质长石资源并不多，大多数是以集合体的形式存在，只有被富集到一定的程度时才能被用作工业原料[4～7]。为改善长石利用现状，笔者针对某钾长石矿，采用酸洗的工艺方法进行除铁试验，提高钾元素含量，通过对白度的测试与分析，表征酸浸后钾长石矿的除铁效果，实现长石资源的综合利用与回收。

1 实验

1.1 原矿性质

本实验所用钾长石由某低品位钾长石矿提供，岩矿分析结果如图1所示。

矿石的主要矿物是钾长石、钠长石和石英；次要矿物是黄铁矿、赤铁矿等，原矿的粒度较大。

图1 钾长石原矿的SEM图和EDS图

1.2 除铁实验

图2 碎磨-分级试验流程

图2为钾长石碎磨-分级试验流程，将高含铁量的钾长石先进行粗碎及中碎，用破碎机破碎成一定规格度(一般小于6 mm)的颗粒。将破碎后的钾长石颗粒送入滚筒筛筛分，除去云母等杂质。再将筛分后的钾长石颗粒球磨得到60～200目的钾长石砂粉。将球磨得到的钾长石砂粉送入螺旋溜槽，进行分离分选，选出泥沙得到钾长石精粉。

所得钾长石精粉通过水热酸洗工艺进行除铁。硫酸溶液与钾长石精粉的质量比为2∶1，分别以硫酸的体积分数、酸浸时间、酸浸温度、水热反应的温度为单因素变量进行酸洗试验。为了进一步确定各因素各水平对酸浸除铁效果的影响，采用单因素优选法对试验条件进行了优化，确定酸浸除铁工艺的主要影响因素。

2 结果与讨论

2.1 硫酸体积分数对白度的影响

在酸浸时间为3 h，酸浸温度为80 ℃，水热反应温度为130 ℃时研究硫酸的体积分数对白度之间的关系。从图3可以看出，白度随硫酸体积分数的增大呈递增趋势，但是硫酸体积分数增加到一定程度后，白度下降。当硫酸的体积分数为40%时，酸浸的钾长石精粉的白度最好，为86.79。综合工艺条件和生产成本考虑，硫酸体积分数在40%左右时浸除条件较好。将酸浸时间为3 h，酸浸温度为80 ℃，水热反应的时间为130 ℃，硫酸体积分数为40%的钾长石精粉进行检测。如图4所示，经检测提纯后的钾长石精粉中钾元素的质量百分比为7.47%，铁元素的质量百分比为0.18%。

图3 硫酸质量分数与白度的关系图

图4 酸浸时间为3 h、酸浸温度为80 ℃、水热反应时间为130 ℃、硫酸体积分数为40%，酸浸后钾长石精粉的SEM图和EDS图

2.2 酸浸时间对白度的影响

在硫酸的体积分数为40%、酸浸温度为80 ℃，水热反应的温度为130 ℃时研究酸浸时间对白度之间的关系。从图5可以看出，白度随酸浸时间的增长呈递增趋势，但是酸浸的时间增加到6 h后，白度的增长缓慢。酸浸时间为6 h时，白度达到87.92。当酸浸时间为4 h时，钾长石精粉的白度为86.8。综合考虑酸浸钾长石精粉的工艺过程，采用酸浸时间为4 h，浸除工艺较好。

将硫酸体积分数为40%，酸浸温度为80 ℃，水热反应温度为130 ℃，酸浸时间为4 h的钾长石精粉进行检测。如图6所示，经检测提纯后的钾长石精粉中：钾元素的质量百分比为8.34%，铁元素的质量百分比为0.15%。

2.3 酸浸温度对白度的影响

在酸浸时间为4 h、硫酸体积分数为40%、水热反应温度为130 ℃时，研究酸浸温度与白度之间的关系。从图7可以看出，白度随酸浸温度的增加呈递增趋势。在酸浸的温度增长到80 ℃时，白度的增长幅度较大，白度为86.8。综合工艺条件和生产成本考虑，酸浸温度为80 ℃左右时浸除工艺较好。

2.4 水热反应的温度对白度的影响

在酸浸时间为4 h，酸浸温度为80 ℃，硫酸体积分数为40%时，研究水热反应的温度与白度之间的关系。从图8可以看出，白度随水热反应的温度的增大呈递增趋势，但是水热反应的温度增加到一定程度后，白度的增长缓慢。水热反应温度对酸洗后钾长石精粉的白度的影响较小。从工艺条件和生产成本等方面考虑，水热反应温度为150 ℃左右时浸除工艺较好。

图5 酸浸时间与白度的关系图

图6 硫酸体积分数为40%、酸浸温度为80 ℃、水热反应时间为130 ℃、酸浸时间为4 h，酸浸后钾长石精粉的SEM图和EDS图

图7 酸浸温度与白度的关系图

将酸浸时间为4 h、酸浸温度为80 ℃、水热反应时间为150 ℃、硫酸体积分数为40%的钾长石精粉进行检测。如图9所示，经检测提纯后的钾长石精粉中：钾元素的质量百分比为8.11%，铁元素的质量百分比为0.14%。

图8 水热反应的温度与酸浸的关系图

图9 酸浸时间为4 h、酸浸温度为80 ℃、水热反应时间为150 ℃、硫酸体积分数为40%，酸浸后钾长石精粉的SEM图和EDS图

总之，①根据硫酸对钾长石精粉的酸浸试验，在硫酸体积分数、温度、酸浸时间不相同时，酸浸后的钾长石精粉的白度也各不相同。②通过单因素试验及其结果可知，在一般情况下，硫酸体积分数越大、酸浸时间越长、酸浸温度越高、水热反应的温度也就越高，除铁效果越好，白度越高。③通过单因素实验可得，综合考虑工艺条件和生产成本等因素，当硫酸体积分数为40%、酸浸时间为4 h、酸浸温度为80 ℃、水热反应时间为150 ℃酸浸得到钾长石精粉的条件较好。

1 朱良友.钾长石粉提纯工艺研究.非金属矿,2009(S1):21～22

2 熊文良,杨永涛.青海某钾长石资源综合利用试验研究.矿产综合利用,2007(2):10～12

3 俞燕强,王杰.辽宁某地钾钠长石矿选矿提纯试验研究.中国玻璃,2017(2):22～24

4 杜淑华,陈利民,廖力,等.某低品位钾长石矿提纯工艺研究.矿产综合利用,2013(1):43～46

5 庞玉荣,孟建卫,庞雪敏,等.某高铁钾长石矿的选矿试验研究.现代矿业,2009(12):24～26

6 王渭清,潘磊,李龙涛,等.钾长石资源综合利用研究现状及建议.中国矿业,2012(10):53～57

7 Zhang H,Sun D S,Bao H.The extraction of potassium from feldspar by molten salt leaching method with composite additives.Advanced Materials Research.Trans Tech Publications,2012,524:1 136～1 139