关于低品位固体钾盐矿的溶解转化实验探讨

张兴民

摘 要：溶解转化技术是开采低品位固体钾盐矿最常用的技术之一，在开采钾盐矿之前，需要对不同因素影响钾盐矿溶解效果进行分析，并通过实验验证溶解转化技术应用效果，从而确保钾盐矿顺利开采。基于此，本文首先介绍了溶解转化实验需要的材料以及方法，其次，从溶剂配置、差值比较以及K+的质量分数测定等方面论述了实验过程，并对其结果进行分析。

关键词：低品位;固体钾盐矿;溶解转化实验

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.046

0 前言

在化工钾肥中，钾盐是其主要的生产原料，现阶段，我国可溶性钾盐的储存量并不大，满足不了当代钾肥所需，这种情况下，使得我国所需钾肥绝大部分都要依赖进口。随着高品位钾矿的抽卤和开采不断进行，其数量不断减少，与之伴生的低品位钾矿也会变得比较稀少，导致钾矿资源极度浪费。为了能够对钾矿资源进行充分利用，缓解钾肥需求局面，开采低品位钾盐矿是非常有意义的。

1 实验材料及方法

本实验研究的是低品位钾盐矿的溶解转化，所以其主要材料便是低品位的固体钾盐矿。固体钾盐矿中的组成成分为K+、Mg2+、Ca2+、Cl-、SO42-、Na+、H2O以及不溶物等。实验装置为自制溶解转化装置，主要包括采卤管和补卤管、取样孔、液位监测孔等。其中采卤管和补卤管的应用主要体现在：装入钾盐固体矿时，其高度为0.5m，最佳补卤位置在距离原料顶端20cm处，而最佳采卤位置距离原料顶端大约30cm处。取样孔共有6个，按照顺序排位1、2、3、4、5、6，下排为1、2、3，上排为4、5、6，其中1和4与补卤管相距大约20cm，2和5与补卤管相距大约50cm，3和6与补卤管相距大约80cm。每一个取样孔距离临近侧边都为10cm。在实验时，取样的编号和样孔的编号是一致的。而对于液位监测孔来说，需要在采卤管附近进行设置。实验方法是：将钾盐矿装入溶解装置中，利用蠕动泵通过补卤管为原料进行补卤。同时在液位监测孔中对卤水液位进行监测，并定时在采卤管和取样孔处采样分析。直到采出的所有卤水中所含氯化钾溶液质量分数不大于1.2%，此时停止补卤。

2 实验过程

2.1 溶剂配置

溶剂是否适用直接影响着溶解转化实验的效果。对其进行配置过程中，主要是通过溶剂泵站前和战后混合方式，利用老卤和淡水混合对溶液进行配置。其中站前混合还分为泵站+泵站前池+混合渠以及泵站+混合池等混合方式。在配置溶剂时，需要遵循以下原则：其一是对目标区域盐层中的含钾矿物进行选择性溶解，最大限度的减少对盐层骨架的溶解破坏。其二是在配置溶剂时，其原料来源必须稳定，数量充足，并且就地取材，以此降低实验成本。其三是在溶解固体钾矿过程中，其生成的卤水必须和原液体卤水中的组分相近，尽最大限度调整原有原料的溶解转化过程。

2.2 溶出液与溶剂积差值比较

为了对水位变化和KCl溶度积变化关系进行考察，需要作出液位监测孔中观察到的KCl活度积差值曲线，并与溶出液的水位变化相互比较。在作出曲线之后，可以发现，溶出液水位变化与积差值变化是相反的，即当水位比较高时，氯化钾的活度积差值比较小;当溶出液水位比较低时，氯化钾的积差值比较大。导致这种现象的原因是：当液位监测孔中的水位比较高时，进入采卤管中的溶剂数量比较多，而在装置中，液体流动速度比较快，不能与原材料进行充分的接触。导致溶解转化反应比较慢，从而是固体钾盐溶解的数量大幅度降低，此时积差值比较小。当液位监测孔中的水位比较低时，进入采卤管中的溶剂比较少，围盐与溶剂之间相互作用，促进固体钾盐溶解，从而使氯化钾的积差值比较高。

2.3 K+的质量分数测定

在进行溶解转化实验过程中，是利用单因素进行的，单因素分别为采卤速度、补卤量以及补卤速度，其中每个因素又设置三个水平，共9组实验结果。利用SPSS软件包对各类实验数据进行整理，归纳以及分析。在分析之后可以得出：补卤量的主效应非常明显，其对溶解转化的采卤量有着非常大的影响。而补卤速度与补卤量相比，其主效应稍差，效果最差的是采卤速度。分析完这些数据之后，需要将卤水氯化钾采出，使其质量分数降至1.2%，此时停止补卤，并对采卤量进行测定。过滤取出的样品，利用移液枪量取5ml过滤后的产物，并称量其质量。随后将其放入容量瓶中，使之稀释成为500ml的溶液。最后取出5ml的溶液，利用季铵盐容量法（四苯硼钠）对K+的质量分数进行测定。

3 实验结论分析

完成实验步骤之后，需要对实验结果进行分析，主要从以下几方面考虑：（1）随着补卤量不断的增加，采卤过程中，K+质量分数在不断的降低。同时其质量分数下降过程中，呈现的是间歇性加快速度下降。随着溶解转化不断深入，液体流速不断增加，钾盐矿内部区域水流会出现短路现象，使得这个区域的溶解转化效果较差。因此，如果在实际开采过程中，要将流速控制在合理的范围内，有利于缩短开采时间。（2）从溶解轉化实验过程中可以得知，补卤量对溶解转化实验有着非常大影响，三个单因素的影响效果大小为采卤速度<补卤速度<补卤量。（3）在固液转化中，对卤水活积度变化规律进行确定时，其中含钾矿物在空间上的活积度变化分为两部分，其一是溶剂影响部分，这一部分的含钾矿物产生的活积度与流动距离和渗透流速有关;其二是没有受到溶剂影响部分，这一部分的含钾矿物产生的活积度变化与累计溶矿率和宏观溶积度符合一定的线性关系。

4 结论

综上所述，对于低品位钾盐矿来说，其溶解转化技术是开采钾资源的新工艺和新技术，需要对其进行不断的实验研究，才能确保开采过程顺利进行。经过上文分析可得，在做低品位钾盐矿溶解转化实验时，需要配置相应的溶剂，利用溶剂与钾盐矿进行反应，在此过程中，比较溶出液与溶剂积差值和测定K+的质量分数。从而分析出溶解转化实验中各种现象的变化情况。

参考文献：

[1]琚振闯，王晓，张聪.低品位固体钾矿驱动溶解正交试验[J].化工矿物与加工，2016，45（05）：23-24+36.

[2]王晓，琚振闯，张聪.低品位固体钾矿驱动溶解开采扩大试验研究[J].中国矿业，2015，24（07）：100-103.