秦兆明

（國投新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司，新疆維吾爾自治區(qū) 哈密 839000）

?

羅布泊鹽湖鹵水制取軟鉀鎂礬技術(shù)工藝研究

秦兆明

（國投新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司，新疆維吾爾自治區(qū) 哈密 839000）

摘 要：羅布泊鹽湖中的鹵水屬硫酸鎂亞型鹵水，含有大量的鉀、鎂、鈉、硫酸鹽等成分，開發(fā)潛能巨大。軟鉀鎂礬是一種富含鎂元素、硫元素的一種無氯鉀肥，近些年已經(jīng)在農(nóng)業(yè)方面取得了很大的成績。鎂和硫都是農(nóng)作物生長所必須的元素，鉀肥的廣泛使用，不僅僅可以增加農(nóng)作物的產(chǎn)量，而且還可以改善農(nóng)作物的口感。因此，這種無氯鉀肥被人稱作是農(nóng)作物生長的“黃金搭檔”，并且給農(nóng)作物生長提供均衡的養(yǎng)分，而且還可以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和抗其他病菌的能力。

關(guān)鍵詞：羅布泊鹽湖鹵水；制取軟鉀鎂礬；技術(shù)工藝

據(jù)了解，已探明羅布泊鉀鹽資源量約占全國鉀鹽資源量30%左右，其中僅羅北凹地就蘊藏著一個以鉀為主，伴（共）生有鈉、鎂鹽、硫酸鹽的綜合性超大型礦床。因此，羅布泊鹽湖的潛能是非常巨大的。對國內(nèi)外的文獻和資料進行大量的查閱后，并且根據(jù)羅布泊鹽湖的特點，重點對羅布泊鹵水和瀉利鹽礦、尾鹽生產(chǎn)加工硫酸鉀鎂肥的工藝試驗和操作流程進行分析和探索，本次試驗的最終產(chǎn)品為軟鉀鎂礬。這種工藝流程有效的將礦物進行綜合和回收利用，對工藝的長期、循環(huán)發(fā)展做出了積極的探索和嘗試。

1 硫酸鉀鎂肥工藝試驗的研究進展

大量的專家、學者對鹽湖中礦物制取硫酸鉀鎂肥的工藝流程進行分析和研究，著名的鹽湖研究者陳懷德等人對新疆本土的硫酸鹽湖鹵水進行室內(nèi)多層次的溫度蒸發(fā)實驗，將含有硫和鉀的混合鹽礦作為本次提取的原料，通過加入水，促進混合鹽礦進行分解反應(yīng)，從而得到粗制的軟鉀鎂礬混礦，然后再采用反浮選脫鈉技術(shù)對軟鉀鎂礬混礦進行精制，從而得到含有1.78%的NACI軟鉀鎂礬礦混精礦，在整個工藝過程中，鉀的回收率達到64.75%。此外，青海湖研究所的著名研究者李顯軍等人通過水解反浮選工藝流程，在15℃的時候，將青海湖中某混合鹽礦進行精制，并且得到的粗制軟鉀鎂礬混礦中NACI的含量從原來的21%減少到1.78%，鈉的排除率也高達95%以上，而且鉀的回收率也達到了95%。對此工藝流程中的礦物質(zhì)組分進行分析和計算，軟鉀鎂礬的含量從之前的46%已經(jīng)上升到62%。因此，可以得知，對硫酸鹽型鹽湖的鹵水進行制取時，應(yīng)該先將鹵水進行水解，然后再進行蒸發(fā)、分解和反應(yīng)的一系列過程，最終得到生產(chǎn)的軟鉀鎂礬，這種方式得到的軟鉀鎂礬含量高達92%以上。

總的來說，開展鉀鎂肥的試驗主要是室內(nèi)的研究比較多，但是，對大規(guī)模的生產(chǎn)研究就進行了很到。因此，對于生產(chǎn)硫酸鉀和氯化鉀的大規(guī)模工藝研究就明顯的少之又少，這與我國生產(chǎn)鉀鎂肥企業(yè)的數(shù)目有直接的聯(lián)系。

2 硫酸鉀鎂肥工藝試驗過程的相圖分析

鹽湖鹵水和海鹽苦鹵都是按照天然的蒸發(fā)過程進行的，也就是按照“太陽相圖”進行操作的。簡單來說，“太陽相圖”就是一種和經(jīng)典的穩(wěn)定平衡相關(guān)系不一樣的一種圖，它是一種平衡狀態(tài)的圖。圖1為Na、K、Mg/C1,SOQ-Hz0體系在25℃的時候的介穩(wěn)相圖，其中A點是大柴旦鹽湖夏季原始鹵水的組成點，A點存在于瀉利鹽(MgSO4·7H2O)結(jié)晶區(qū)內(nèi)，在25℃的條件下進行天然蒸發(fā)的過程中，首先NACI先飽和析出，然后瀉利鹽、氯化鉀、光鹵石(KCI·MgCl2·6H2O)、水氯鎂石(MgC12·6H2O)依次析出。在整個天然蒸發(fā)的過程中，沒有出現(xiàn)任何的硫酸鉀或其他形式的任何復(fù)鹽。

將圖1和穩(wěn)定相圖充分的進行對比，可以看出，在介穩(wěn)相圖中，沒有出現(xiàn)鉀鎂肥和鉀鹽鎂肥，并且軟鉀鎂礬的相區(qū)幾乎擴大了將近20倍。但是，如果將鹵水的組成點，移動到軟鉀鎂礬的相區(qū)內(nèi)，那么在整個蒸發(fā)過程中就會得到含有硫酸鉀的復(fù)鹽-軟鉀鎂礬。根據(jù)鹽湖礦物的實際情況，將芒硝和光鹵石兩者與原始的鹵水進行充分的混合，并且讓形成的新的體系點E出現(xiàn)在軟鉀鎂礬相區(qū)內(nèi)。

圖中的D點，是純軟鉀鎂礬的形成點。但是，如果將現(xiàn)有的體系進行調(diào)整后，讓其更加的接近D點，那么，經(jīng)過天然蒸發(fā)的過程后，產(chǎn)生的軟鉀鎂礬將更多。但是，通過具有的實驗和計算結(jié)果表明，如果將現(xiàn)有的體系調(diào)節(jié)到DE點之間，那么，析出的純軟鉀鎂礬中會含有大量的氯化鈉，這完全不利于下一步加工。E點是一個非常理想化的一個點，經(jīng)過研究人員多次的實驗和計算得出，想要達到E點，那么就需要準備20kg的光鹵石和10kg的芒硝，然后加入100kg的原始鹵水，進行充分的反應(yīng)。

圖1 鹵水組成調(diào)節(jié)和蒸發(fā)途徑的相圖描述

A—大柴旦鹽湖鹵水的組成點，

B—光鹵石的組成點，

C—反應(yīng)過程的中間點，

D—軟鉀鎂礬的組成點，

E—調(diào)節(jié)后新形成的組成點

鹽礦生產(chǎn)軟鉀鎂礬的方式一般有兩種：首先，需要進行連續(xù)的復(fù)分解反應(yīng)來實現(xiàn)；其次，采用全溶重結(jié)晶法來實現(xiàn)。這兩種方式都可以制取純度較高的軟鉀鎂礬礦，前者是將混合鹽放入反應(yīng)釜內(nèi)，加入適當?shù)募儍羲?，長時間的對其進行攪拌，使得混合鹽中的不同組成充分的發(fā)生反應(yīng)，最終提取出軟鉀鎂礬礦。此方法的優(yōu)點是可以節(jié)約水源，生產(chǎn)的軟鉀鎂礬的顆粒比較細，能夠更加便捷的進行加工和處理，得到硫酸鉀，但是混合鹽中含有的氯化鈉會存在于軟鉀鎂礬礦中，從而大大降低了軟鉀鎂礬礦的品相。第二種方法是將混合鹽礦加入充足的淡水進行溶解，過濾其中的雜質(zhì)和水不溶物，然后對所得到的液體進行蒸發(fā)，從而得到軟鉀鎂礬礦。此種方式是將混合鹽礦進行充分的溶解，使得形成的液體在25℃的條件下介穩(wěn)相圖中處于軟鉀鎂礬相區(qū)內(nèi)，此時的混合鹽并未達到飽和狀態(tài)。這種方式的優(yōu)點是可以得到較為純凈的產(chǎn)品，但是不利于節(jié)約水源。

3 對鉀混鹽加工軟鉀鎂礬的工藝理論進行分析

目前，硫酸鹽型的鹵水中提取鉀主要采用的是將硫酸鹽型的鹵水經(jīng)過天然的蒸發(fā)之后得到的鉀混鹽，然后在經(jīng)過一系列的加工流程最后得到軟鉀鎂礬。從硫酸鹽型的鹵水中提取鉀的原料為混合鹽，其化學組成為：Cl-26.95%、Na+3.53%、SO42-12.07%、Mg2+8.35%、K+7.34%。轉(zhuǎn)變成礦物混合組分為：瀉利鹽30.97%、石鹽8.97%、水氯鎂石6.01%、光鹵石52.18%，共計98.13%。在25℃的條件下，Na+、Cl-、S42-、-H2O、Mg2+、K+這五元體系在相圖的位置如圖2中的1號點位置，加水分解后所得到的混合液體相點位于2號點，固相分解的相點位于3號點。

1號點組份的含量如下:K+7.34%、SO42-12.07%、Mg2+8.35%；2號點組份的含量如下:K+1.82%、SO42-4.61%、Mg2+7.13%；3號點組份的含量如下:K+9.74%、SO42-14.34%、Mg2+5.38%。

按照理論方式進行計算:1號點位置，鉀混和鹽加入32.75%放入分解水，能夠使其分解固相點落在圖中3號點位置。此過程中K+回收率為82.6%。

根據(jù)相圖進行分析，3號點位置，固相直接轉(zhuǎn)化為軟鉀鎂礬的產(chǎn)率比較低(其中SO42-含量比較低)，因此，需要在3號點位置加入適量的SO42-，使其落在4號點位置，這樣才能有效的提高產(chǎn)率，并且使得品位有所提高。

經(jīng)過分析和計算，3號點位置中，向分解固相中加如質(zhì)量為8.25%的SO42-，能夠幫助其點落在圖中4號點位置。4號點位置，固相經(jīng)過轉(zhuǎn)化過程，可以得到軟鉀鎂礬產(chǎn)品，并且軟鉀鎂礬產(chǎn)率為25.48%、K+回收率為73.04%(產(chǎn)率和回收率均按鉀混鹽為入料計)。

圖2 Na+、K+、Mg2+//Cl-、SO42-__H2O五元體系介穩(wěn)相圖

4冷分解一轉(zhuǎn)化工藝制取軟鉀鎂礬試驗

依據(jù)理論方式進行計算，在轉(zhuǎn)化過程中加入適量的SO42-，可以提高軟鉀鎂礬的質(zhì)量和品質(zhì)。并且，分別多次的對分解所需的水量、轉(zhuǎn)化所需要的水量、加入芒硝的量以及轉(zhuǎn)化時間等工藝流程進行實驗。

4.1對分解所需要的水量進行試驗

試驗中，對鉀混合鹽和淡水所需要的量進行計算，然后一同加入反應(yīng)器中，設(shè)置好攪拌時間，不斷的進行攪拌，采用布氏漏斗進行固液分離。根據(jù)實驗結(jié)果可以得出，在進行分解時候，加入30%的水比加入40%的水所形成的固體在進行轉(zhuǎn)過時間所需要的SO42-量比較少，因此，冷分解的水量應(yīng)該定為3000。

4.2對轉(zhuǎn)化所需要的水量進行試驗

首先，需要按照冷分解法將混合鹽進行分離。在進行轉(zhuǎn)化實驗時候，需要向反應(yīng)器中，加入同等質(zhì)量的分解物，并且按照比例設(shè)定加入不同量的誰，設(shè)置相同的轉(zhuǎn)化時間，帶轉(zhuǎn)化完成后，利用布氏漏斗進行固液分離。根據(jù)實驗可以得出，加入65%的轉(zhuǎn)化水所得到的固體質(zhì)量最佳。

4.3芒硝加入量試驗

試驗方法和上面的方法完全相同，只是對芒硝的加入量進行改變。設(shè)置不同比例的芒硝加入其中，根據(jù)實驗結(jié)果可以看出，加入芒硝的量為理論值的120%時，轉(zhuǎn)化效果最佳。

5 試驗結(jié)果和討論

（1）通過實驗可以得出結(jié)論。當加入水的量與理論加水量的比例是1.2：1時，所得到的軟鉀鎂礬的產(chǎn)量最高，并且鉀的回收率也是最佳；當加入水的量與理論加水量的比例是1:1時，混合鹽礦的轉(zhuǎn)化度比較高，但是所產(chǎn)生的結(jié)果中含有大量的光鹵石，由此，可以得知，反應(yīng)發(fā)生的不是很充分。在采用冷分解的方式進行提取軟鉀鎂礬的過程中，由于混合鹽礦中的SO42-含量比較少，因此，采用兩次進行分離的效果最佳，并且產(chǎn)品的品相和回收率也達到標準要求。（2）采用冷分解方式對混合鹽礦進行轉(zhuǎn)化時，操作比較簡單，污染極小，經(jīng)濟成本也比較低。（3）對分解液和轉(zhuǎn)化液進行天然的蒸發(fā)后，大約有80%以上的K+以鉀混鹽的方式析出晶體，并且得以回收利用。

6 結(jié)語

據(jù)不完全統(tǒng)計，已探明羅布泊鉀鹽資源量約占全國鉀鹽資源量30%左右，其中僅羅北凹地就蘊藏著一個以鉀為主，伴（共）生有鈉、鎂鹽、硫酸鹽的綜合性超大型礦床。軟鉀鎂礬是一種富含鎂元素、硫元素的一種無氯鉀肥，近些年已經(jīng)在農(nóng)業(yè)方面取得了很大的成績。鎂和硫都是農(nóng)作物生長所必須的元素，鉀肥的廣泛使用，不僅僅可以增加農(nóng)作物的產(chǎn)量，而且還可以改善農(nóng)作物的口感。通過對生硫酸鉀鎂肥的工藝試驗和操作流程進行分析和探索，得出一套成熟完整的工藝流程，最大化的將其中的有效物質(zhì)進行提取和分析，這不僅僅開發(fā)出混合鹽礦的潛能，并且?guī)恿水數(shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展，而且有效的提高我國農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。國家應(yīng)該鼓勵和支持生產(chǎn)鉀鎂肥的企業(yè)，這樣才能更快、更好的提高我們的農(nóng)業(yè)水平和經(jīng)濟水平。

[參考文獻]

[1]李隴崗,曾 英,楊建元.鉀鎂混鹽“反浮選-轉(zhuǎn)化法”制取軟鉀鎂礬的研究[J].鹽業(yè)與化工,2012(11).

[2]候建華,蓋曉宏.羅布泊鹽湖礦物制取軟鉀鎂礬的試驗研究[J].新疆化工,2012(2).

[3]程懷德,馬海州.利用硫酸鹽型鹽湖資源制取軟鉀鎂礬的研究[J].鹽業(yè)與化工,2008(3).

Study on technology of magnesium sulfate in Lop Nor Saline Lake brine with soft potassium

Qin Zhaoming
(Xinjiang Lop Nor SDIC potash Co Ltd, the Xinjiang Uygur Autonomous Region Hami 839000)

Abstract:Lop Nor Saline Lake brine is Magnesium Sulfate bittern, containing large amounts of potassium, magnesium, sodium, sulfate and other components, development potential. Picromerite is a magnesium rich, a sulfur chloride free potash fertilizer, in recent years has made great achievements in agriculture. Magnesium and total sulfur is required for crop growth elements, the widespread use of potash fertilizer, not only can increase crop yield, but also can improve crop of taste. Therefore, this kind of non chloride potash fertilizer is called the "gold partner" of crop growth, and to provide balanced nutrients for the growth of crops, but also can improve the yield of crops and the ability to resist other bacteria.

Key words:lop nor saline lake brine; preparing picromerite; technology

作者簡介：秦兆明（1983-），男，漢，四川南充人，大專，助理工程師；研究方向：硫酸鎂亞型鹵水制取硫酸鉀。