鉀長石提鉀的方法

我國鉀長石礦資源分布廣泛、儲量極大，在內蒙古、安徽、黑龍江、四川、新疆等23個省區均有分布，儲量估計超過200億噸。但我國水溶性鉀鹽資源極為短缺，其儲量折合K2O約為4.50億噸，僅占世界總量的2.647%。因此，大規模開發非水溶性鉀長石資源制取鉀鹽對保障我國經濟的可持續發展具有重要的戰略意義，社會和經濟意義也極為顯著。

由于鉀長石具有由Si-Al-O四面體形成的三維架狀結構，化學性質極穩定，常溫常壓下幾乎不被除濃硫酸、氫氟酸外的其它酸堿分解，因此高效分解鉀長石、將其中非水溶性鉀轉變為水溶性鉀化合物成為提取鉀鹽的關鍵。目前，國內外對此進行了大量研究，方法有中高溫焙燒法、中高溫熔浸法、低溫酸分解法、低溫堿分解法和微生物法等。

1、中高溫焙燒法

      中高溫焙燒法是通過加入焙燒助劑在中溫或高溫下（700-1300℃）破壞鉀長石的Si-Al-O網絡結構提取鉀。根據加入的焙燒助劑，可分為碳酸鹽焙燒法、硫酸鹽-碳酸鹽焙燒法、硫酸鹽焙燒法、氯化物焙燒法及高溫揮發法等。

(1）碳酸鹽焙燒法

      碳酸鹽焙燒法采用的焙燒助劑主要為Na2CO3、K2CO3和CaCO3。該方法分解鉀長石的效果較好，分解率較高，但鉀的分離、純化過程較復雜，鉀回收率偏低。

（2）硫酸鹽-碳酸鹽焙燒法

      鉀長石-CaSO4（磷石膏/脫硫石膏）-CaCO3反應體系目前國內研究較多，也提出了幾種不同的反應配方，均能獲得較好的鉀提取率，但對反應原理存在一定分歧，需進一步研究確認。該方法每處理1t鉀長石需添加1~3t含鈣助劑，產生大量焙燒尾渣，經濟合理地處理這些尾渣是該方法工業應用的關鍵問題之一。另外，該方法在高溫焙燒過程中產生CO2和SO2氣體，需考慮尾氣的回收與處理。

（3）硫酸鹽焙燒法

      有人提出以磷石膏全部替代CaSO4和CaCO3，并通過控制反應氣氛同步生產SO2和K2SO4。該工藝在焙燒反應前期加入焦炭或煤粉，提供還原性氣氛，使磷石膏分解生成CaO，后期又需在氧化氣氛中進行，使中間產物CaS最終轉化為CaSO4和SO2。

采用磷石膏作為焙燒助劑可同步制得K2SO4和生產硫酸的原料氣SO2，焙燒渣可用于CO2礦化，綜合利用率較高。但CaSO4加入量偏高，鉀的提取率偏低，仍有進一步優化的空間。

（4）氯化物焙燒法

      氯化物焙燒法使用的助劑主要為CaCl2，也有部分研究采用CaCl2-NaCl2或CaCl2-CaCO3混合助劑。目前氯化物焙燒工藝中氯化物添加量普遍較高，為理論量的2.5~10倍，成本較高，多余的氯化物在高溫焙燒過程中易分解產生HCl氣體，需考慮其回收處理。

（5）高溫揮發法

      該方法是以焦炭、磷礦粉和鉀長石等為原料，通過高溫處理，使磷和鉀以氣態形式溢出，實現了磷和鉀的同步提取。

2、中高溫熔浸法

      中高溫熔鹽浸取法是以低熔點的鹽為反應介質，在一定溫度下鹽類熔解形成液相，可大大提高傳質與擴散速率，為鉀長石的分解提供有利條件。采用的鹽類包括CaCl2、NaCl及CaCl2-NaCl等。熔鹽法雖可獲得較高的鉀熔出率，但需將大量鹽加熱至熔點以上，能耗較高。熔鹽與鉀鹽產品及浸出渣的分離、熔鹽的循環利用及處理等問題均較復雜，成本較高，高溫熔鹽腐蝕性較強，對設備材質要求也較高，工業應用難度較大。

3、低溫酸分解法

      鉀長石的化學性質極穩定，很難被酸分解。在常壓水熱反應體系中用H2SO4浸出鉀長石，分解率僅約為12%。但在有HF存在下，鉀長石分解率顯著提高。

低溫酸分解法的關鍵在于利用HF打開鉀長石的結構，為鉀浸出提供有利條件。低溫酸分解法可分為H2SO4-含氟助劑和磷礦-無機酸2個反應體系。

（1）H2SO4-含氟助劑體系

      H2SO4-含氟助劑體系以H2SO4和含氟助劑分解鉀長石，常用的含氟助劑有HF、螢石和SiF4等。采用H2SO4-含氟助劑體系處理鉀長石時，由于HF可有效破壞鉀長石的結構，因而可得到較高的K2O浸出率。但由于鉀長石中硅含量較高，消耗大量含氟助劑，成本較高，同時會產生大量的含氟氣體及廢水，需進行綜合回收或無害化處理。

（2）磷礦-無機酸體系

      磷礦[Ca5（PO4）3F]與酸反應時會分解產生HF，HF可分解鉀長石結構浸出鉀。因此，許多學者開展了用磷礦-無機酸體系提取鉀長石中鉀的研究，包括磷礦-H2SO4體系、磷礦-HCl體系、磷礦-HNO3體系、磷礦-H3PO4體系等。低溫酸分解法在較低溫度下進行，反應條件較溫和，工藝流程較簡單，鉀溶出率也較高，但反應過程產生大量含氟酸性溶液，處理難度較大，處理成本較高，一定程度上制約了其大規模工業化應用。

4、低溫堿分解法

      低溫堿分解法也是一種常用的從鉀長石中提鉀的方法，該法通過添加堿性助劑破壞鉀長石礦物結構提取鉀。常用的堿性助劑有CaO、Ca（OH）2和KOH等，可單獨使用，也可l兩種聯合使用。根據反應條件的差異，低溫堿分解法又分為堿性水熱法和亞熔鹽法。

（1）堿性水熱法

      堿性水熱法依據堿性助劑的不同，可分CaO體系、NaOH體系和KOH體系。堿性水熱分解法用堿介質作為助劑分解鉀長石，過程較清潔。堿性水熱體系具有優良的傳熱、傳質特性，在最佳條件下能獲得較高的鉀提取率。但由于鉀長石中鉀含量較低，堿性水熱法得到的含鉀溶液中K+濃度普遍較低，一般需采用蒸發結晶法得到鉀產品，成本較高。

（2）亞熔鹽法

      亞熔鹽是一種介于常規電解質和熔鹽之間、濃度為50wt%~85wt%的非常規介質。亞熔鹽法可高效分解難溶性礦物，解決了我國礦產資源豐富但利用率低的難題。

5、微生物分解法

      一些特定種類的微生物能與鉀長石發生生化反應將鉀長石中的鉀轉變為可溶性鉀，常用的微生物有細菌和真菌，其中硅酸鹽細菌是研究較多一種微生物。微生物法工藝流程簡單，基本無污染排放，工業應用前景較好。但目前仍存在一些問題尚未解決，如菌種在自然條件下的存活能力和繁殖能力較弱、菌種培育周期過長等。解決這些問題需通過基因工程篩選和培養存活能力更強、繁殖速度更快的新菌株。目前來看，利用鉀長石中單一提鉀均存在工藝流程復雜、設備投資大、生產成本高、廢渣產生量大、經濟效益差等問題，工業應用前景較差。鉀長石利用的方向應是尋找流程相對簡單、資源綜合利用率高、過程清潔、方案合理且產品附加值高的關鍵技術。將鉀長石整體活化制備為多元素復合肥料或土壤調理劑，目前已有工業化應用實例，應是今后研究的重點方向。