利用钾长石制备硅钙钾镁肥的试验研究

佟哲磊

(葫芦岛锌业股份有限公司 辽宁葫芦岛 125003)

水溶性钾盐是我国最紧缺的矿产之一，其储量折合K2O约为450 Mt，仅占世界总储量的2.647%[1]。钾长石也称正长石，属单斜晶系，通常呈肉红色、白色或灰色。以钾长石为主要物相的非水溶性钾盐资源在我国的储量估计超过20 Gt，因此利用非水溶性钾盐是保障我国经济可持续发展的重要途径之一，具有巨大的经济价值和社会价值[2-3]。目前，钾长石的利用已从单一提取水溶性钾[4]转向综合利用其中的钾、硅等元素[5]，以钾长石为原料，白云石和磷石膏为助剂，高温焙烧制备硅钙钾镁肥已成为研究热点[6-11]。该技术可以实现有效利用钾长石中的钾、硅元素，以及白云石、磷石膏中的钙、镁元素，形成以硅、钙、钾、镁为主要元素的中微量元素矿物质肥料，能够为植物提供枸溶性及部分水溶性营养成分，显著改善土壤结构，提高土壤肥力。本文通过优化现有生产工艺条件，以提高产品有效成分的稳定性，降低生产成本。

1 试验材料与方法

1.1 试验仪器及材料

9602B型火焰光度计，沈阳华光精密仪器有限公司。

钾长石、白云石，葫芦岛宏跃集团有限公司；磷石膏，秦皇岛华瀛磷酸有限公司；添加剂硫酸钠，质量分数≥99%，分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

1.2 试验方法

将钾长石、白云石及磷石膏等原料粉碎至粒径为75 μm，按照钾长石、白云石、磷石膏质量比为1.00∶1.15∶1.00混合均匀，置于瓷坩埚内，放入已设定温度为1 150 ℃的马弗炉中焙烧2 h后，将样品取出并在干燥的空气中冷却至室温，再磨成粉末密封储存。称取焙烧产物(精确至0.2 mg)置于容量瓶中，用稀酸浸取，以蒸馏水定容，采用9602B型火焰光度计对浸取液中的钾进行检测，根据测定结果计算钾长石的分解率。

2 试验结果与分析

2.1 原料粒径对钾长石分解率的影响

将各种原料粉碎后，分别过150、100、75 μm标准筛，按设定的质量比将原料混合均匀，分别在950、1 000、1 050、1 100、1 150 ℃下焙烧2 h，钾长石分解率见图1。

图1 原料粒径对钾长石分解率的影响

由图1可知，原料粒径对钾长石分解率的影响较大，分解率随原料粒径的减小明显增大。随原料粒径的减小，相同质量物料的比表面积增大，物料间的反应更充分，钾长石的分解率增大。故在焙烧温度、焙烧时间相同，未使用添加剂的情况下，钾长石粒径小于75 μm时具有较高的分解率。

2.2 焙烧温度对钾长石分解率的影响

将粉碎后过75 μm标准筛的各种原料按比例混合均匀，分别在950、1 000、1 050、1 100、1 150、1 200、1 250 ℃下焙烧2 h，钾长石分解率见图2。

图2 焙烧温度对钾长石分解率的影响

由图2可知：焙烧温度在950～1 150 ℃时，随焙烧温度的提高，钾长石分解率明显增大；当焙烧温度大于1 150 ℃后，钾长石分解率基本不变。故在原料粒径、焙烧时间相同，未使用添加剂的情况下，钾长石的反应活性随温度的升高而增加，当温度为1 150 ℃时，钾长石分解率达到峰值。

2.3 焙烧时间对钾长石分解率的影响

将粉碎后过75 μm标准筛的各种原料按比例混合均匀，在1 150 ℃下分别焙烧0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 h，钾长石分解率见图3。

图3 焙烧时间对钾长石分解率的影响

由图3可知：钾长石的分解率随焙烧时间的延长而增大，当焙烧时间为2.0 h时，钾长石分解率为86.88%；继续延长焙烧时间，钾长石分解率几乎不变。因此，在原料粒径、焙烧温度相同，未使用添加剂的情况下，反应体系的最佳焙烧时间为2.0 h。

2.4 添加剂用量对钾长石分解率的影响

设定添加剂质量为原料质量的0%、1%、2%、3%，将添加剂与粉碎后过75 μm标准筛的各种原料混合均匀，在1 150 ℃下分别焙烧0.5、1.0、1.5、2.0 h，钾长石分解率见图4。

图4 添加剂用量对钾长石分解率的影响

由图4可知：随添加剂用量增加，钾长石分解率逐渐增大，且在添加剂用量为2%时，钾长石分解率达到最大；继续增加添加剂用量，钾长石分解率增大效果不再明显；在使用添加剂的情况下，焙烧时间达到1.0 h后，钾长石分解率基本不变。因此，在焙烧温度为1 150 ℃时，在反应体系中加入2%的添加剂后，焙烧时间达到1.0 h即可。

2.5 使用添加剂时焙烧温度对钾长石分解率的影响

由于上述焙烧温度较高，试验考察了在使用添加剂的情况下，反应体系的最佳焙烧温度。将添加剂(添加质量为原料质量的2%)、粉碎后过75 μm标准筛的各种原料混合均匀，分别在1 000、1 025、1 050、1 075、1 100、1 125、1 150 ℃下焙烧1.0 h，钾长石分解率见图5。

图5 使用添加剂时焙烧温度对钾长石分解率的影响

由图5可知：在使用添加剂的情况下，随着焙烧温度的提高，钾长石分解率逐渐增大；当焙烧温度为1 075 ℃时，钾长石分解率最大，为96.18%。

3 结语

在原料钾长石、白云石、磷石膏的质量比为1.00∶1.15∶1.00，原料粒径小于75 μm，添加剂用量为原料质量的2%，焙烧温度为1 075 ℃的条件下，焙烧1.0 h，所得焙烧产物为一种富含硅、钙、钾、镁等中微量元素的矿物质复合肥料，呈弱碱性，在水中的溶解度可达20%以上，在质量分数2%柠檬酸溶液中的溶解度大于85%，其中有效氧化钾、有效二氧化硅、有效氧化钙、有效氧化镁、有效硫(以三氧化硫计)的质量分数依次大于4%、18%、25%、5%、5%，产品有效成分的稳定性优于市场上的同类产品。