摘 要

我国虽然可溶性钾盐资源匮乏， 但是以钾长石为代表的难溶性钾盐资源却很丰富。为了开发利用钾长石中的钾元素，解决我国可溶性钾盐资源不足对农业生产的影响，本实验室开发了在含氟助剂的存在下钾长石与碳酸钙共焙烧提钾的生产工艺。本文主要以氟化钙为助剂，将氟化钙、钾长石及碳酸钙按一定比例加入马弗炉中，反应时间约为两小时，反应温度为800-1000°C，随后用水对烧渣进行浸取，浸取后过滤，滤渣及滤液回收并检测。在此工艺条件下，滤渣中钾元素的残留率低于10%。除此之外，本工艺还可副产氢氧化铝制品及硅酸钙保温材料等，不仅能充分利用反应物中的各元素，还具有很好的经济效益。实验表明，氟化钙的加入有助于提高钾长石的分解率，并且还能够降低反应温度。

关键词：钾长石，钾肥，高温焙烧，萤石

Abstract

Although China's soluble potash resources are scarce, but taking potassium feldspar as the representative of the insoluble potassium resource is very rich. In order to develop and utilize potassium feldspar potassium and solve the lack of soluble potash resources in agricultural production, the laboratory developed in containing fluoride additives in the presence of potassium feldspar and calcium carbonate co roasting potassium extraction production process. This paper mainly to calcium fluoride as additive, calcium fluoride, potassium feldspar and calcium carbonate according to a certain proportion to join in a muffle furnace, reaction time is about two hours, reaction temperature for 800-1000°C, followed by water of cinder leaching, leaching filtration residue and filtrate recovery and detection. Under this condition, the residual rate of potassium in the filter residue is less than 10%. In addition, this process can also be byproduct of aluminum hydroxide product and calcium silicate insulation materials, can not only make full use of each element in the reactant, which has good economic benefits. Experimental results show that the addition of calcium fluoride helps to improve the rate of decomposition of potassium feldspar, and also can reduce the reaction temperature.

Key Words：potassium feldspar，potash fertilizer，high-temperature roasting，fluorite

目录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第1章 绪论 1

1.1 我国钾长石资源概述 2

1.2 钾长石资源的研究现状 2

1.2.1 离子交换法 3

1.2.2 不含助剂高温分解法 3

1.2.3 含氟助剂低温分解法 5

1.2.4 压热法 6

1.2.5 微生物分解法 6

1.3 本项目的研究目的及意义 7

第2章 实验流程设计 8

2.1 实验原料 8

2.2 实验设备 8

2.3 工艺流程 9

2.4 流程产物分析 9

2.4.1 白炭黑 10

2.4.2 氢氧化铝 10

2.4.3 农用钾肥 10

2.4.4 硅酸钙材料 10

第3章 反应工艺条件的探究 11

3.1反应原理 11

3.2 钾、铝溶出率及残留率的测定 11

3.3反应温度对焙烧反应的影响 12

3.4反应时间对焙烧反应的影响 13

3.5萤石用量对焙烧反应的影响 14

3.6碳酸钙加入量对焙烧反应的影响 16

第4章 实验结果分析 17

4.1 产品成分分析 17

4.2 工艺流程的特点 18

4.2.1 流程简单 18

4.2.2 资源的利用率高 18

4.2.3 废气废液产生量小 18

4.3 反应机理探究 18

2.4.1 钾长石分解机理 18

2.4.2 钾溶出与逸出机理 18

2.4.3 硅酸钙生成机理 18

2.4.4 四氟化硅生成机理 18

第5章 结论与讨论 19

5.1 结论 19

5.1.1 钾元素提取 19

5.1.2 氢氧化铝的制备 19

5.1.3 焙烧气体的利用 19

5.1.4 固体烧渣的利用 19

5.2 讨论 19

5.2.1 四氟化硅气体流向管道要保温和干燥 19

5.2.2 减少萤石用量，节约不可再生资源 19

5.2.3 增加铝的溶出率 20

参考文献 21

致谢 23

第1章 绪论

钾盐泛指含钾的盐类，大部分钾盐由含钾的矿石制备而来，钾盐资源在地球上较为丰富，按其性质可以分为可溶性固体钾盐矿物、液体含钾矿和不溶性含钾矿物三大类。钾是作物生长所必需的大量元素之一，钾肥的使用对农业生产和发展起着至关重要的作用。钾元素在植物体内参与光合作用，促进植物体内形成淀粉和糖，更重要的功能是激活约60多种酶，除此之外钾元素还有调节植物水分平衡、调节阴阳离子平衡和pH值、促进蛋白质代谢等作用^[1]。钾肥对绝大多数作物都有明显的增产效果，例如K₂SO₄对麻类、烟叶、甘蔗、葡萄、甜菜、茶叶等经济作物的生长有较好的促进作用，而KCl则多施用于水稻、玉米、棉花、麦类等作物。钾肥不仅可以使农产品颗粒饱满，增产丰收，还可以提高作物抗逆性，同时钾肥还具有举足轻重的协同作用，通过合理施肥、科学配比，还可以促进作物对氮、磷肥料的利用效率。世界上超过90 %的钾盐产品都用于生产无机肥料，剩下不到10 %的钾盐产品用于工业生产。钾肥主要产品有氯化钾（KCl）、硫酸钾（K₂SO₄）、含钾的二元肥和三元肥，是农业生产不可缺少的三大肥料之一^[2]。

钾盐在化学工业中的代表产品约有30多种，主要有氢氧化钾（KOH）、氯化钾（KCl）、硫酸钾（K₂SO₄）、碳酸钾（K₂CO₃）、氰化钾（KCN）、高锰酸钾（K₂MnO₄）、溴化钾（KBr）、碘化钾（KI）等。按工业用途分类，约有35 %用于生产清洁剂，25 %以硝酸盐和碳酸盐形式用于玻璃和陶瓷工业中，20 %用于纺织和染色，13 %用于生产化学药品，其余用于皮革工业、罐头工业、电器和冶金工业等。钾的氯酸盐、硝酸盐和过磷酸盐都是制造火柴、炸药、焰火和火箭燃料的重要原料。钾的化合物还用于印刷、电池、照相、电子管等工业部门，此外也用于航空汽油及钢铁、铝合金的热处理过程^[2]。

美国地质调查局曾经做过有关钾盐资源的统计工作，数据表明，以K₂O计，当前世界上钾盐含量约为83亿吨，储量基础约为180亿吨，资源总量达2500亿吨。现在探明的钾盐储量，按照目前的开采、生产水平，人类还可以开采300年左右，储量是比较丰富的。但我国已探明的钾资源十分匮乏，按氧化钾计算，只占世界已探明储量的1%，为8291.6万吨^[3]。我国可溶性钾盐资源不仅储量很少，而且分布极不均衡，主要分布在西北地区（占全国储量的96.9 %）和西南地区（占全国储量的2.6 %），而经济较发达的东部地区和交通发达的中部地区只占不到0.5%，基本上无钾盐资源分布^[1]。产地过于偏僻、交通运输不便、能源短缺、矿石品位低等因素，严重制约了我国钾盐产量的提高^[3]。而我国是个农业大国，每年农用钾肥需求量就在800万吨以上，近年来我国缺钾的耕地面积逐年增长， 由于经济、技术等原因，国内钾肥的产量不能满足需求，导致农业施肥的氮钾比例严重失调，每年不得不从国外大量进口。但是，我国以钾长石为代表的不溶性钾资源含量大、分布广，因此，开发利用不溶性钾矿资源（尤其是钾长石）具有很重要的现实意义。可溶性钾资源是我国最为短缺的非金属资源，从含钾矿石中制取钾盐也是符合农业可持续发展的战略性选择^[4]。