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了解钾长石提钾及制备复合肥料技术和发展前景!

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了解钾长石提钾及制备复合肥料技术和发展前景!

发布日期:2018-09-25 作者: 点击:

我国钾长石矿资源分布广泛、储量极大,在内蒙古、安徽、黑龙江、四川、新疆等23个省区均有分布,储量估计超过200亿t。




但我国水溶性钾盐资源极为短缺,其储量折合K2O约为4.50亿t,仅占世界总量的2.647%。因此,大规模开发非水溶性钾长石资源制取钾盐对保障我国经济的可持续发展具有重要的战略意义,社会和经济意义极为显著。








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钾长石提钾技术



由于钾长石具有由Si-Al-O四面体形成的三维架状结构,化学性质极稳定,常温常压下几乎不被除浓硫酸、氢氟酸外的其它酸碱分解,因此高效分解钾长石、将其中非水溶性钾转变为水溶性钾化合物成为提取钾盐的关键。




目前,国内外对此进行了大量研究,方法有中高温焙烧法、中高温熔浸法、低温酸分解法、低温碱分解法和微生物法等。




(1)中高温焙烧法




中高温焙烧法是通过加入焙烧助剂在中温或高温下(700-1300℃)破坏钾长石的Si-Al-O网络结构提取钾。




根据加入的焙烧助剂,可分为碳酸盐焙烧法、硫酸盐-碳酸盐焙烧法、硫酸盐焙烧法、氯化物焙烧法及高温挥发法等。




(2)中高温熔浸法




中高温熔盐浸取法是以低熔点的盐为反应介质,在一定温度下盐类熔解形成液相,可大大提高传质与扩散速率,为钾长石的分解提供有利条件。采用的盐类包括CaCl2、NaCl及CaCl2-NaCl等。




熔盐法虽可获得较高的钾熔出率,但需将大量盐加热至熔点以上,能耗较高。熔盐与钾盐产品及浸出渣的分离、熔盐的循环利用及处理等问题均较复杂,成本较高,高温熔盐腐蚀性较强,对设备材质要求也较高,工业应用难度较大。




(3)低温酸分解法




钾长石的化学性质极稳定,很难被酸分解。在常压水热反应体系中用H2SO4浸出钾长石,分解率仅约为12%。但在有HF存在下,钾长石分解率显著提高。




低温酸分解法的关键在于利用HF打开钾长石的结构,为钾浸出提供有利条件。低温酸分解法可分为H2SO4-含氟助剂和磷矿-无机酸2个反应体系。




采用H2SO4-含氟助剂体系处理钾长石时,由于HF可有效破坏钾长石的结构,因而可得到较高的K2O浸出率。但由于钾长石中硅含量较高,消耗大量含氟助剂,成本较高,同时会产生大量的含氟气体及废水,需进行综合回收或无害化处理。




(4)低温碱分解法




低温碱分解法也是一种常用的从钾长石中提钾的方法,该法通过添加碱性助剂破坏钾长石矿物结构提取钾。




常用的碱性助剂有CaO、Ca(OH)2和KOH等,可单独使用,也可2种联合使用。根据反应条件的差异,低温碱分解法又分为碱性水热法和亚熔盐法。




(5)微生物分解法




一些特定种类的微生物能与钾长石发生生化反应将钾长石中的钾转变为可溶性钾,常用的微生物有细菌和真菌,其中硅酸盐细菌是研究较多一种微生物。




微生物法工艺流程简单,基本无污染排放,工业应用前景较好。但目前仍存在一些问题尚未解决,如菌种在自然条件下的存活能力和繁殖能力较弱、菌种培育周期过长等。解决这些问题需通过基因工程筛选和培养存活能力更强、繁殖速度更快的新菌株。




国外的水溶性钾盐矿床资源较丰富,因此从非水溶性钾矿中提钾的研究较少。日本、美国和印度曾分别采用高温高压碱熔法、硫酸高温焙烧法和水泥窑法分解钾长石提钾,但均未实现工业规模生产,目前只有俄罗斯开发的利用霞石生产氧化铝并联产碳酸钾和水泥的工艺实现了工业应用。




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钾长石整体制备多元素复合肥技术



钾长石中K2O含量仅约为12%,其它80%以上为硅、钙、镁、铁等元素,这些元素也是植物所需的中微量元素。为综合利用这些中微量元素,一些科研人员开展了将钾长石整体制备多元素复合肥料的研究,即钾长石经处理后不再提取钾和硅等,而是直接将处理所得产物整体作为肥料施用。




在钾长石处理过程中,其中的钾、硅、钙、镁、铁等元素均得到活化,大部分转化为能被植物吸收的水溶性或构溶性元素,作为肥料,既有利于提高土壤肥力,又有助于改善土壤酸碱度,钝化重金属元素,是一种具有广阔应用前景的复合肥料(或土壤调理剂)。




钾长石整体制备复合肥料技术依据其反应原理,可分为煅烧法、熔融法和水热法3种。




(1)煅烧法




煅烧法在高温下使钾长石与助剂中的钙、镁等化合物发生化学反应,破坏其原有稳定结构,活化其中的钾、硅等组分,反应原理与中高温焙烧法提钾相似。




煅烧法目前已工业化应用,山西富邦肥业有限公司、陕西华县荣昌钾肥厂等厂家已采用煅烧工艺生产出了合格的硅钙钾肥(土壤调理剂)产品,并已进行了市场推广。




(2)水热法




刘善科等以富钾岩石(主要成分为钾长石)为原料,采用静态水热法制得了钾-硅复合肥,将富钾岩石中超过80%的K、Si、Ca、Fe、Mg及Mn等矿物质成分转化为植物易吸收的有效形态,可为土壤补充多种植物所需的元素,促进土壤营养平衡,全面提高土壤的综合肥力。产品还具有纳米-亚微米颗粒结构,能增加土壤保水透气性能,应用前景良好。




(3)熔融法




陈廷臻等以含钾砂岩、钾长石等为原料,采用熔融热化学转化法使钾矿石中的结构钾(无效钾)变成可被植物吸收的有效钾,形成含有效钾、镁、铁、硅、硫等多种元素的无机鳌合态肥料,可使农作物增产10%-30%。




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发展前景



我国拥有丰富、优质的钾长石矿产资源,为钾盐和钾肥产业的发展奠定了坚实的基础。利用钾长石提取钾盐的工艺研究已有多年,也探索出一些适合国情的提钾工艺,但迄今为止,由于种种原因均未能实现规模化生产。近年来也有新的研究成果,但仅限于实验阶段。




单一提钾及制备复合肥料技术存在的问题及发展方向如下:




(1)从钾长石中单一提钾均存在工艺流程复杂、设备投资大、生产成本高、废渣产生量大、经济效益差等问题,工业应用前景较差。钾长石利用的方向应是寻找流程相对简单、资源综合利用率高、过程清洁、方案合理且产品附加值高的关键技术。




(2)将钾长石整体活化制备为多元素复合肥料或土壤调理剂,目前已有工业化应用实例,应是今后研究的重要方向。




(3)水热法制备的多元素复合肥(或土壤调理剂)不但能提供多种可被植物吸收的营养元素,提高土壤肥力,且由于水热反应过程可调控产品微观形貌,使产品具有特殊的微孔结构和纳米-亚微米颗粒结构,还能起到改善土壤微观结构、增加土壤保水透气性能、固化重金属元素、调节土壤酸碱平衡等作用,有望从根本上提高我国耕地的综合肥力和可持续生产能力。




在我国土壤资源整体质量偏低且退化现象严重,水土沙化、酸化、盐渍化等现象呈加速扩展的趋势下,水热法制备多元素多功能复合肥(或土壤调理剂)技术具有广阔的应用前景。


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