- 14 -第37卷第5期 非金属矿 Vol.37 No.5 2014年9月 Non-Metallic Mines September, 2014我国可溶性钾资源匮乏，不溶性钾矿石储量大且分布广。

钾肥是农业中不可或缺的三大肥料之一，以含钾矿石为原料，制备可溶钾将是我国解决钾肥依赖进口问题的途径之一[1]。

在钾长石制备可溶钾的方法中，焙烧法适合我国的国情[2]。

很多学者在利用钾长石制备可溶性钾肥方面做了广泛而深入的研究，为不溶性钾矿石制备钾肥提供了丰富的理论基础[3-5]，但也存在以下不足：均需要大量天然石灰石作为置换反应的钙源；硫酸钙仅用于提供钾长石分解产物结合的硫源，用量少，同时在焙烧过程中会有部分分解为SO 2进入尾气中造成对环境的污染。

钾长石焙烧制备可溶性钾的过程中，CaO 用于与钾长石反应置换出K 2O ，K 2O 在高温下不稳定易升华，因此，用CaSO 4提供硫酸根与K 2O 结合成高温稳定的K 2SO 4，通过水淬而获得可溶性钾肥。

根据这一原理，夏举佩等[6-9]提出用硫酸钙替换石灰石，通过硫酸钙的分解产物提供钾长石置换反应的钙源，同时制备酸原料气SO 2，但对钾长石与硫酸钙及其分解产物钾长石在CaSO 4及其分解产物下的焙烧反应研究夏举佩* 彭 健 李国斌 苏 毅 阳超琴（昆明理工大学 化学工程学院，云南 昆明 650500）摘 要 根据硫酸钙还原分解产物成分，通过钾长石自身高温特性和添加硫酸钙及分解产物焙烧反应研究，探明实际体系下焙烧反应历程。

研究结果表明：在1200 ℃下，硫酸钙能与钾长石进行反应，形成低共熔物K 2Ca 2(SO 4)3，此物质结构稳定，无水溶特性；CaS 不与钾长石反应，二者独立存在于体系中；CaO 有较好反应活性，能置换出钾长石中的氧化钾；在有硫酸钙存在时，当氧化钙量不足时生成K 2S 2O 8，当氧化钙充足时则生成K 2SO 4。

硅、铝酸的钙盐则与体系物料配比及操作条件有关。

关键词 钾长石；助剂；焙烧过程；XRD 分析中图分类号：TD973+.5 文献标识码：A 文章编号：1000-8098(2014)05-0014-04Calcination Reaction of Potassium Feldspar in CaSO4 and Its Decomposition ProductsXia Jupei * Peng Jian Li Guobin Su Yi Yang Chaoqin(Faculty of Chemical Engineering, Kunming University of science and technology, Kunming, Yunnan 650500)Abstract Roasting reaction process was proved under real system according to reductive decomposition of calcium sulfate product ingredients, feldspar itself by adding calcium sulfate and high temperature properties and decomposition reaction of calcined product. The results show that: In 1200 ℃, calcium sulfate and potassium feldspar can react to form eutectic K 2Ca 2(SO 4)3, this material structural stability, no water-soluble characteristics. CaS does not react with K-feldspar, both independent present in the system. CaO have better reactivity on the replacement of the potassium feldspar. in the presence of calcium sulfate, calcium oxide is generated when there is insufficient K 2S 2O 8, when sufficient calcium oxide generated K 2SO 4. Silicon, calcium aluminate and systems of the material ratio and operating conditions.Key words potassium feldspar; accessory ingredient; roasting; XRD analysis收稿日期：2014-07-22基金项目：国家自然科学基金（21166012）。

通讯作者，E-mail: xjp6661@ 。

的研究不足。

由于磷石膏-钾长石-焦炭体系制备硫酸钾和硫酸原料气时，体系物质组成和反应过程复杂，不利于对体系焙烧过程的机理进行研究，因此，本实验根据硫酸钙分解产物，采用在钾长石中添加不同的化学纯物质进行焙烧反应研究，探明真实体系下焙烧反应。

1 实验部分1.1 原料、试剂及设备 钾长石，取自云南某地。

CaSO 4·2H 2O 、CaO 、CaS 均为分析纯。

箱式电阻炉，SSX-12-16，上海实研电炉有限公司。

1.2 实验方案 粉磨过筛后的钾长石分别在1100 ℃、1200 ℃、1300 ℃下焙烧2 h 。

钾长石与CaSO 4·2H 2O 、CaO 、CaS 及CaSO 4·2H 2O 与CaO 混合物在1200 ℃下焙烧2 h 。

焙烧物破碎研磨后进行XRD 衍射试验，测试条件：Cu 靶，额定电流2~50 mA ，额定电压20~60 kV ，扫描速度10 (。

)/min ，扫描角度2θ范围10。

~90。

1.3 焙烧分析样品制备 混合均匀的实验样品在指定温度下焙烧，焙烧完成后自然冷却即为实验样品。

2 结果与讨论- 15 -2.1 钾长石高温焙烧研究 钾长石原样和高温焙烧样的衍射结果，见图1。

图1 钾长石焙烧前后X 射线衍射图a-未焙烧；b-1100 ℃焙烧；c-1200 ℃焙烧；d-1300 ℃焙烧根据图1 XRD 图谱分析，得到钾长石在不同焙烧温度下的物相组成，结果见表1。

表1 不同温度下钾长石烧成物XRD 分析结果样品物相组成钾长石（原样）微斜长石K AlSi 3O 8，α-SiO 2钾长石（1100 ℃）正长石K AlSi 3O 8，α-SiO 2钾长石（1200 ℃）透长石K AlSi 3O 8，白榴石K AlSi 2O 6，α-SiO 2钾长石（1300 ℃）非晶态从钾长石高温焙烧后的物相分析结果来看，温度低于1200 ℃钾长石的组成基本不变，但是晶体结构发生了变化。

随着焙烧温度的增加，钾长石的晶体结构由最初的微斜长石结构转变为正长石结构，再转变为透长石结构。

当焙烧温度达到1300 ℃后，钾长石焙烧产物的XRD 图谱发生了明显的改变，K AlSi 3O 8特征峰消失，钾长石由晶态转变成了非晶态，钾长石的稳定性显著降低，增强了反应活性。

纯的钾长石在1150 ℃开始局部熔融，分解产生白榴石，1510 ℃时完全熔融[7]。

但对于天然钾长石，由于存在氧化硅等杂质，低温共熔点会降低，当焙烧温度达到此温度附近时，体系开始熔融，质点运动能力提高，促使钾长石晶体结构向无序化转变，所以钾长石会在1100 ℃附近出现结构转变；当温度达到1300 ℃时，熔融状态下的钾长石晶格消失，由晶态转变为非晶态。

非晶态的钾长石将出现重结晶过程，出现新的晶相，XRD 分析结果表明，新生晶相为白榴石，由于温度和反应时间的限制，白榴石的结构还不完善，处于新相的初生态，含量较低，因此衍射强度较弱，在XRD 图谱中的特征峰不明显。

2.2 钾长石与添加物焙烧反应研究 从钾长石高温焙烧产物的物相结构变化和分解产物来看，随着温度的升高，钾长石反应性不断增强。

从K 2O-Al 2O 3-SiO 2相图可知，1150℃时钾长石K 2O·Al 2O 3·6SiO 2开始分解为白榴石K 2O·Al 2O 3·4SiO 2，1510 ℃完全熔融；白榴石1686 ℃分解为钾霞石K 2O·Al 2O 3·2SiO 2；钾霞石1800 ℃熔融生成铝酸钾K 2O·Al 2O 3。

因此，要达到破坏钾长石的铝硅氧网状结构获取可溶性K +的目的，只靠单纯的高温焙烧钾难以实现。

钙盐和钠盐是钾长石焙烧体系比较理想的添加剂，从生产成本等经济角度考虑，钙盐又明显优于钠盐。

在钾长石-磷石膏-焦炭体系中，磷石膏首先与焦炭发生还原反应生成CaO 、CaS ，使得体系有CaO 、CaS 、CaSO 4共存，接着是钾长石与新生物的复杂多相反应，故选择CaSO 4·2H 2O 、CaO 、CaS 以及混合物作为钾长石焙烧反应的添加剂，对各高温反应过程进行研究，探讨体系的反应机理。

2.2.1 钾长石与CaSO 4·2H 2O 焙烧反应研究：根据反应式2K AlSi 3O 8+7CaSO 4+3C=K 2SO 4+5CaSiO 3+Ca 2Al 2SiO 7+3CO 2+6SO 2，钾长石与CaSO 4·2H 2O 按摩尔比1∶6混合均匀，压紧，置于30 mL 瓷坩埚内，在马弗炉中1200 ℃下焙烧120 min ，焙烧产物研磨后做X 射线衍射分析，结果见图2。

图2 钾长石与CaSO 4·2H 2O 焙烧产物XRD 图谱钾长石与CaSO 4·2H 2O 在1200℃下的焙烧产物钾长石在CaSO 4及其分解产物下的焙烧反应研究夏举佩，彭 健，李国斌，等- 16 -第37卷第5期 非金属矿 2014年9月XRD 结果与钾长石1200 ℃下单独焙烧衍射结果相比较，钾长石的衍射峰明显减弱，同时出现新的衍射峰，分析表明生成的物相为K 2Ca 2(SO 4)3，属于1摩尔K 2SO 4和2摩尔CaSO 4的低共熔物。

图2中还存在大量的CaSO 4衍射峰，说明硫酸钙与钾长石反应程度低。

将钾长石与CaSO 4·2H 2O 的焙烧产物用水浸取，分析发现其水溶性钾含量几乎为零，说明在1200 ℃下，钾长石与硫酸钙焙烧反应生成的K 2Ca 2(SO 4)3低共熔物结晶良好、性质稳定、溶解度极低。