钾长石预脱硅浸出液合成硅灰石的试验研究

张登高，蒋训雄，范艳青，汪胜东，冯林永，蒋 伟，刘 巍

（北京矿冶科技集团有限公司，北京 100160）

硅灰石是一种重要的非金属矿，分子式为CaSiO3，形貌多呈纤维状、针状，具有耐腐蚀、良好的介电性能、较高的白度、低吸水率和吸油率等优点，被广泛地应用于化工、造纸、陶瓷、塑料、冶金和涂料等行业[1]。

硅灰石产品可通过自然界硅灰石矿经选矿得到，或通过化学方式人工合成得到[2-4]。人工合成硅灰石的主要方法有高温煅烧法和水热合成法[5-8]。相比较而言，水热合成法具有硅灰石产品纯度高、结晶度好、性能高稳定等优点。

为降低钾长石预脱硅工序的碱耗，同时综合回收预脱硅溶液中的硅元素，本工艺采用水热合成法从钾长石预脱硅液中制备硅灰石产品。即采用制备副产品硅灰石的方法脱除预脱硅液中的硅，脱硅后液经调整可返回预脱硅工序，实现预脱硅段残余碱的循环利用。这样规避了现有锰钴氧化物湿法处理工艺存在的CO、SO2以及氨挥发等环境污染，可以实现一种工艺处理不同性质的矿产资源。

1 试验原料

由钾长石预脱硅试验可知，在高钾浓度下预脱硅时，钾长石中的铝基本不被浸出，钾则更多地被抑制在浸渣中，有利于后续工序回收铝、钾。因此，制备硅灰石的溶液采用高钾浓度下的预脱硅浸出液，其成分为SiO251.83 g/L、K2O 70.55 g/L。

2 试验结果及讨论

2.1 时间条件试验

试验条件：n（CaO）/n（SiO2）=0.75、 温 度180℃，固体洗水洗至pH=7左右，烘干后在900℃焙烧2 h。合成时间与SiO2、K2O沉淀关系如图1所示，合成时间与产品主要元素含量的关系如图2所示。

图1 合成时间与SiO2、K2O沉淀的关系

图2 合成时间与合成产品主要元素含量的关系

由图1和图2可知，随着合成产品时间的延长，溶液中的SiO2、K2O的沉淀率逐渐增加，但钾的沉淀率较小；产品中Na2O含量随着合成时间的延长而增加，在合成时间延长至15 h时，产品中的Na2O含量达9.52%，影响产品质量的同时，造成了碱的损失。考虑硅灰石合成后液返回进行预脱硅，需在预脱硅浸出液能合成合格硅灰石的情况下达到硅脱除率高、碱损失量低的预期目标。因此，建议合成时间为10 h。

2.2 钙硅比条件试验

固定试验条件：温度180℃，时间10 h，固体洗水洗至pH=7左右，烘干后于900℃焙烧2 h。钙硅比与SiO2、K2O沉淀关系如图3所示，钙硅比与产品主要元素含量的关系如图4所示。对钙硅比在0.7、0.75、0.8时制得的产品进行了XRD检测，结果如图5～图7所示。

由图3和图4可知，随着钙硅比的增加，产品中二氧化硅的含量呈下降趋势，而氧化钠呈逐渐上升趋势。由图5～图7可知，钙硅比为0.7时制备的产品物相是CaSiO3，钙硅比为0.75时制备的产品物相是 Ca2SiO4、SiO2、Mg3Al2（SiO4）3，钙硅比为 0.8时制备的产品物相是Ca2SiO4、SiO2、Na4(Ca,Al,Fe)3Si6O16(OH,F)2。因此，选择钙硅比0.7较为适宜。

图3 钙硅比与SiO2、K2O沉淀的关系

图4 钙硅比与合成产品主要元素含量的关系

图5 硅灰石X射线衍射物相定性分析（钙硅比0.7）

图6 硅灰石X射线衍射物相定性分析（钙硅比0.75）

图7 硅灰石X射线衍射物相定性分析（钙硅比0.8）

2.3 温度条件试验

固定试验条件：n（CaO）/n（SiO2）=0.7，反应时间10 h，固液分离后，洗涤产品到pH=7左右，烘干后在900℃焙烧2 h，得到产品。合成温度与SiO2、K2O沉淀关系如图8所示，合成温度与产品主要元素含量的关系如图9所示。

由图8和图9可知，在钙硅比为0.7，合成时间10 h时，随着合成温度的升高，硅灰石产品中氧化钙的含量逐渐降低，二氧化硅含量先呈现增加，在180℃出现最高峰，然后含量降低，氧化钠的含量则随着温度的升高呈现增加趋势。

常温条件下无法制备出硅灰石产品，钙硅比为0.7时，150℃制备的硅灰石符合二级品化学成分要求，在180℃试验条件制备的硅灰石符合一级品化学成分要求。因此，选择合成温度180℃较为适宜。

2.4 产品性能分析

钙硅比为0.7时制备的硅灰石化学检测结果如表1所示，经XRD分析（见图5），物相是CaSiO3，形貌呈片状的聚合体（见图10），粒度主要分布为10～100 μm，体积平均粒径为46.34 μm。

图8 合成温度与SiO2、K2O沉淀的关系

图9 合成温度与硅灰石产品主要元素含量的关系

表1 制备硅灰石的分析测试结果

3 结论

图10 产品硅灰石的SEM图

通过钾长石预脱硅浸出液制备硅灰石，可以实现钾长石中硅的综合利用。本研究确定了脱硅溶液制备硅灰石的工艺参数，即合成温度180℃，合成时间10 h，n（CaO）/n（SiO2）=0.7，固液分离后，产品用洗水洗涤至pH=7左右，烘干后在900℃焙烧2 h，这样可以得到符合行业标准一级品要求的硅灰石产品。