第４５卷第５期　２０１３年５月　无机盐工业　ＩＮＯＲＧＡＮＩＣ　ＣＨＥＭＩＣＡＬＳ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　２７　

钾长石一磷矿一硝酸脲体系分解钾长石的探讨　

赵玲玲，王光龙　（郑州大学化工与能源学院，河南郑州４５０００１）　

摘　要：详细研究了钾长石与磷矿、硝酸脲反应的提钾新工艺．验证了钾长石一磷矿一硝酸脲体系分解钾长石提　取有效钾的可行性　通过正交实验得到各因素对钾溶出率影响大小依次为：反应温度＞硝酸用量＞反应时间＞尿素与　硝酸物质的量比。得到适宜的工艺条件：尿素和硝酸物质的量比为ｈ１：５．５ｍｏｌ／Ｌ的硝酸用量为４ｍＬ；反应温度为　１２０℃：反应时间为２　ｈ。在此条件下有效钾的溶出率可达９６．２３％，水溶性钾溶出率可达２９．６５％。通过单因素寻优实　验得出钾长石与磷矿、硝酸脲反应提取有效钾的适宜工艺条件：反应温度为１０５—１１５℃，硝酸用量约为４．７　ｍＬ，反应　时间约为２　ｈ　关键词：钾长石：硝酸脲：钾溶出率　中图分类号：ＴＱ１３６．１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—４９９０（２０１３）０５—００２７—０３　

Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｏｔａｓｓｉｕｍ　ｆｅｌｄｓｐａｒ　ｆｒｏｍ　ｐｏｔａｓｓｉｕｍ　ｆｅｌｄｓｐａｒ——ｐｈｏｓｐｈａｔｅ　ｒｏｃｋ——ｕｒｅａ　ｎｉｔｒａｔｅ　ｓｙｓｔｅｍ　

Ｚｈａｏ　Ｌｉｎｇｌｉｎｇ，Ｗａｎｇ　Ｇｕａｎｇｌｏｎｇ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＣｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄ　Ｅｎｅｒｇｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５０００１，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｅｗ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｒｅｆｉｎｉｎｇ　ｐｏｔａｓｓｉｕｍ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｐｏｔａｓｓｉｕｍ　ｆｅ１ｄｓｐａｒ・ｐｈｏｓｐｈａｔｅ　ｒｏｃｋ—ｕｒｅａ　ｎｉｔｒａｔｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗａｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ，ｔｈｅ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔｏ　ｒｅｓｏｌｖｅ　ｐｏｔａｓｓｉｕｍ　ｆｅｌｄｓｐａｒ　ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｐｏｔａｓｓｉｕｍ　ｗａｓ　ｖａｌｉｄａｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｅｑｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｗｈｉｃｈ　ａｆｆｅｃｔｅｄ　ｐｏｔａｓｓｉｕｍ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｒａｔｉｏ　ｗａｓ：ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ＞ｄｏｓａｇｅ　ｏｆ　ｎｉｔｒｉｃ　ａｃｉｄ＞ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ＞ｔｈｅ　ａｍｏｕｎｔ—ｏｆ－ｓｕｂｓｔａｎｃｅ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｕｒｅａ　ｔｏ　ｎｉｔｒｉｃ　ａｃｉｄ．Ｔｈｅ　ｓｕｉｔａｂｌｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｗｅｒｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ａｓ　ｆｏｌｌｏｗｓ：ｔｈｅ　ａｍｏｕｎｔ－ｏｆ－ｓｕｂｓｔａｎｃｅ　ｒａｔｉｏ　ｏｆｕｒｅａ　ｔｏ　ｎｉｔｒｉｃ　ａｃｉｄ　ｗａｓ　１：１，ｎｉｔｒｉｃ　ａｃｉｄ（５．５　ｍｏｌ／Ｌ）ｄｏｓａｇｅ　ｗａｓ　４　ｍＬ，ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｗａｓ　１２０℃，ａｎｄ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ　ｗａｓ　２　ｈ．Ｕｎｄｅｒ　ｔｈｏｓｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｐｏｔａｓｓｉｕｍ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ｕｐ　ｔｏ　９６．２３％，ａｎｄ　ｗａｔｅｒ—ｓｏｌｕｂｌｅ　ｐｏｔａｓｓｉｕｍ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｒｅａｃｈｅｄ　２９．６５％．Ｔｈｅ　ｓｕｉｔａｂｌｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｉｎｇｌｅ　ｆａｃｔｏｒ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ｗｅｒｅ　ａｓ　ｆｏｌｌｏｗｓ：ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｗａｓ　ａｔ　１０５－１　１５　ｏＣ．　ｄｏｓａｇｅ　ｏｆ　ｎｉｔｒｉｃ　ａｃｉｄ　ｗａｓ　ａｂｏｕｔ　４．７　ｍＬ，ａｎｄ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ　ｗａｓ　ａｂｏｕｔ　２　ｈ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｏｔａｓｓｉｕｍ　ｆｅｌｄｓｐａｒ；ｕｒｅａ　ｎｉｔｒａｔｅ；ｐｏｔａｓｓｉｕｍ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　

钾是农作物生长过程中必不可少的营养元素之　

一…．钾盐是自然界中含钾类矿物的总称，可分为可　溶性与难溶性　可溶性的钾盐资源是现今全球开发　

利用的主要钾资源．而中国可溶性钾资源稀缺．难溶　性的钾盐．特别是钾长石的储量则非常丰富　钾长　

石是一种特殊结构的硅酸盐［ｚ一，Ｋ、Ａ１、Ｓｉ元素呈稳定　

的四面体网络结构．化学性质极其稳定．除了氢氟酸　外，常温、常压下几乎不被任何的酸、碱所分解　。钾　长石含有的钾元素被固定在硅氧一铝氧四面体网格　

内．不能直接作为含钾肥料被植物吸收。如何在保　证经济性的前提下．将其变成可溶性钾元素已成为　

一项世界性的应用难题　国内外采用了多种工艺进　行研究．但都不能满足节约资源和环境友好的可持　续发展工业化要求［４］。笔者提出钾长石与磷矿、硝酸　脲反应的提钾新工艺．研究各因素对钾溶出率的影　响．旨在为该工艺的规模化工业生产提供理论参考　和设计依据　

ｌ　实验部分　

１．１实验原料　实验所用钾长石来自河南省三门峡地区的钾长　石矿，其主要化学组分如表１所示。　

表１钾长石矿主要化学组分　％　！　！　！！　Ｑ　里　６８　４　１７．８　０　６２　０．】７　１　９１　８　９２　

１．２试剂与仪器　试剂：乙醇、百里香酚蓝、柠檬酸、六水氯化镁、　氢氧化钠、酚酞、四苯硼酸纳、尿素和硝酸（质量分数　

为６５％一６８％）。　

仪器：水热反应釜（聚四氟乙烯内衬）、ＳＣ２０２—　２８　无机盐工业　第４５卷第５期　

２ＡＢ型电热鼓风干燥机、ＣＰ２１４型光学分析天平、　

３５～４０　ｒ／ｍｉｎ上下旋转式振荡器　１＿３实验流程　在反应釜中加入一定体积的硝酸和一定质量　的尿素反应制成酸解液．将钾长石粉与磷矿粉按照　

一定的质量称量．放入反应釜中．在一定温度下恒　

温反应一定时间后取出，冷却至室温，继续熟化１．５ｈ．　加２０　ｇ／Ｌ的柠檬酸２００ｍＬ浸取、过滤。量取１５０ｍＬ　

滤液．用四苯基合硼酸钾质量法分析滤液中的有效　钾质量，计算有效钾溶出率，计算公式如下：　有效钾溶出率＝（浸取液中有效Ｋ：Ｏ质量／钾长石矿中　Ｋ２０质量）ｘ１００％。　

２结果与讨论　

２．１　正交试验　根据理论分析和前期的实验结果．在固定钾长　

石和磷矿的质量比为０．８：１的前提下．选择尿素和　

硝酸的物质的量比、硝酸用量（ｍＬ）、反应温度（℃）、　反应时间（ｈ），设计４因素３水平实验，如表２所　

示　正交试验结果见表３　

表２正交试验因素水平表　

由表３可知．钾溶出率的优水平正交序列为　

Ａ　，Ｃ　，即ｎ（尿素）：ｎ（硝酸）＝１：１、硝酸用量为　４　ｍＬ、反应温度为１２０℃、反应时间为２　ｈ。在此最优　

条件实验．有效钾的溶出率可达９６．２３％，水溶性钾　溶出率可达２９．６５％　由表３还可知，影响钾溶出率　

的主次因素：反应温度（Ｃ）＞硝酸用量（Ｂ）＞反应时间　（Ｄ）＞尿素和硝酸物质的量比（　）　基于影响因素较　

大的３个因素（反应温度、硝酸用量、反应时间）做进　

一步的单因素寻优实验　

２．２反应温度对有效钾溶出率的影响　在硝酸用量为３．５　ｍＬ、反应时间为２　ｈ、ｎ（尿　

素）：ｎ（硝酸）＝１：１的条件下．考察反应温度对有效钾　

溶出率的影响．结果见图ｌ　

斟　暑｜　蟊　耧　

图１　反应温度对有效钾溶出率的影响　

由图ｌ可知，随着温度的升高．有效钾的溶出率　逐渐增加。在７５～１０５　时．钾的溶出率增幅明显．而　

１０５℃以后溶出率几乎恒定。理论分析认为。提高反　应温度。酸解液的黏度降低．有利于固液系统反应的　进行；但另一方面，磷矿分解速率增大，会增加磷酸　

二氢钙的过饱和度．过多的磷酸二氢钙结晶．不利于　

固液系统反应的进一步深化　这２种因素相互作用．　促使整个温度变化过程中有效钾的溶出率对温度的　

敏感性不同　考虑到温度提高会导致能量消耗增大．　因此选择较适宜的反应温度为１００～ｌｌ０℃　

２＿３硝酸（硝酸脲Ｊ用量对有效钾溶出率的影响　在反应温度为１０５　、反应时间为２　ｈ、ｎ（尿素）：　凡（硝酸）＝１：１的条件下，考察硝酸用量对有效钾溶　

出率的影响．结果见图２　

簧　缝　

妊　

硝酸用量／ｍ！　

图２硝酸用量对有效钾溶出率的影响　

由图２可知，随着硝酸用量的增加，有效钾溶出　率呈先上升后下降的趋势。当硝酸用量为４．７　ｍＬ　

时．有效钾溶出率达到最大（９２．

５５％）。综合考虑，实　２０１３年５月　赵玲玲等：钾长石一磷矿一硝酸脲体系分解钾长石的探讨　２９　

验选择适宜的硝酸用量为４．５～５．０　ｍＬ。　２．４反应时间对有效钾溶出率的影响　

在反应温度为１０５℃、硝酸用量为４．７　ｍＬ、ｎ（尿　

素）：ｎ（硝酸）＝ｌ：ｌ的条件下，考察反应时间对有效钾　溶出率的影响。结果见图３。　

碍　丑　蛏　器　疑　怔　

反应时问／ｈ　

图３　反应时间对有效钾溶出率的影响　

由图３可知．延长反应时间．有效钾的溶出率　呈上升趋势．时间越长越有利于体系充分反应，也　

更利于钾长石硅氧一铝氧四面体网格结构的破坏．　

从而使束缚其中的钾解离出来　然而反应超过１．５　ｈ　后．随反应时间的延长有效钾溶出率的增加十分缓　慢。综合考虑，实验选择适宜的反应时间为１．５～２．５　ｈ。　

３　结论　

１）实验表明．钾长石与磷矿、硝酸脲反应提取　

一　一　！一羹一　一生一ｊ●　有效钾的工艺是可行的。２）通过正交试验得到优　

水平的工艺条件：反应温度为１２０　ｃＣ：反应时间为　２　ｈ；ｎ（尿素）：　（硝酸）＝ｌ：１；５．５　ｍｏｌ／Ｌ的硝酸用量为　

４　ｍＬ。在此条件下进行实验得到有效钾的溶出率可　达９６．２３％，水溶性钾溶出率可达２９．６５％　３）影响钾　

溶出率的主次因素：反应温度＞硝酸用量＞反应时　间＞尿素与硝酸物质的量比　４）通过单因素寻优实　

验得出钾长石与磷矿、硝酸脲反应提取有效钾的工　艺适宜条件：反应温度为１００～１１０℃、硝酸用量为　４．５～５．０　ｍＬ．反应时间为１．５～２．５　ｈ　

参考文献：　

［１］韩效钊，刘荃，王忠兵，等．钾长石与磷矿共酸浸制ＮＰＫ复合肥　研究［Ｊ］．化肥工业，２００９，３６（１）：３０—３３．　［２］饶东生．硅酸盐物理化学［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，１９８０．　［３］黄珂，孟小伟，王光龙．钾长石提钾研究的进展［Ｊ］．磷肥与复　肥，２０１１，２６（５）：１６—１９．　［４］黄珂，王光龙．钾长石低温提钾工艺的机理探讨［Ｊ］．化学工程，　２０１２．４Ｏ（５）：５７－６０．　

收稿日期：２０１２—１１－１１　作者简介：赵玲玲（１９８３一），女，硕士，主要研究方向为生态过程与　技术．已公开发表文章１篇。　联系人：王光龙　联系方式：ｇｌｗａ．ｇ＠ＺＺＵ．ｅｄｕ．ｃｎ　

一种制备低硫碳酸钡的方法　

本发明涉及一种制备碳酸钡产品的方法．包括以下几个　步骤：１）配料。引入钠离子或钾离子．控制钠离子或钾离子浓　度为０．０１～０．０２５　ＩＴＩｏ１／Ｌ：２）碳化。将步骤（１）所得混合液通入石　灰窑气体进行碳化．控制ＢａＳ质量浓度在０．２５　０．４　ｖＴＬ时为　碳化终点，停止碳化，固液分离；３）成品处理。将步骤（２）所得　固相热洗．蒸发烘干．获得低硫碳酸钡产品　本发明通过在　ＢａＳ体系中加入一定量的钠离子或钾离子．使氧化产生的多　硫化合物形成可溶的多硫化钠或多硫化钾．防止硫磺的产　生．从而降低了碳酸钡产品的总硫含量。　ＣＮ，１０３０５８２５１Ａ　

一种石膏生产纳米碳酸钙的设备与工艺　

本发明公布了一种石膏生产纳米碳酸钙的设备与工艺．　该设备包括溶解室、盛液室、反应室．溶解室顶部设有石膏粉　下料口，溶解室内部安装有搅拌器：盛液室位于溶解室的正　下方，溶解室与盛液室之间通过滤网隔开．盛液室的底部通　过安装有高压泵的管道与高压喷嘴相连．高压喷嘴设于反应　室内的上部；反应室内的下部设有正对高压喷嘴的气体喷　嘴．气体喷嘴通过管道依次与纳米铁粉下料斗、高压气体泵　相连：高压气体泵与二氧化碳供应装置相连：反应室底部设　有出料口：反应室外设有强化电磁场发生器　本发明还包括　石膏生产纳米碳酸钙的工艺。采用本发明生产纳米碳酸钙．　工艺简单；制得之纳米碳酸钙纯度高、无臭无味、粒径分布窄　

ＣＮ，１０３０５８２４８Ａ　

一种高温高压硫酸钙生产硫酸的方法　

本发明公开了一种高温高压硫酸钙生产硫酸的方法．包　括以下步骤：１）将块状或颗粒状硫酸钙粉碎至５－１５０　Ｉｘｍ．人　煅烧窑煅烧；２）将反应产生的气体导人螺旋状加热管道，预　热至４００～１　０００℃．将气体增压至０．５　２０　ＭＰａ并以１０～２０　ｍ／ｓ　的速度喷向内置有触媒的管状反应通道：３）将管状反应通道　内反应后的混合气体通人质量分数ｔ＞９８％的浓硫酸．吸收生　成的ＳＯ　，并转化为浓硫酸，未被吸收的气体再次导人螺旋状　加热管道循环利用。本发明中通过引入高温高压条件．可以　在提高Ｓ０　气体转化率的同时，大大提高其转化速率．提高　单位时间的产量，同时单次Ｓ０　气体的转化率可以达到９０％　以上。　ＣＮ，

１０３０５８１５０Ａ