活化剂对钾长石中钾的促释效果研究

Study of Promotion Effect of Activating Agent on Release of Potassium from Potassium Feldspar

徐汝民 Rumin Xu , 陈天河 Tianhe Chen , 龚有初 Youchu Gong , 卫志超 Zhichao Wei , 龚岳 Yue Gong

安徽帝元生物科技有限公司安徽合肥 230088 Anhui Kingorigin Biotechnology Co., Ltd. Anhui Hefei 230088

摘要：

研究了利用活化剂促进钾长石中水溶性钾释放的影响因素。研究结果表明：随着活化剂添加量的增加，钾长石释放的水溶性钾含量增大；当活化剂添加质量分数为5%时，其水溶性钾较对照处理增大194.74%。

关键词：

活化剂; 钾长石; 水溶性钾;

Abstract：

The influencing factors of promotion release of water soluble potassium from potassium feldspar by activating agent are studied. The study results show that as the quantity of added activating agent increases, the content of water soluble potassium released from potassium feldspar increases as well; when the mass fraction of activating agent added is 5%, the water soluble potassium increased by 194.74% than that of control treatment.

Keyword：

activating agent; potassium feldspar; water soluble potassium;

世界钾资源已探明储量为95亿t(以K₂O计，下同)，基础储量为185.8亿t，主要集中在加拿大、俄罗斯、白俄罗斯和德国，这4个国家的探明储量占世界钾资源已探明储量的92%，其中加拿大约占2/3^[1]。我国钾肥资源量却相对短缺，据无机盐工业协会钾盐分会的数据，截止至2010年，我国工业可开采级氯化钾储量为150 856.9 kt，分布于全国40多处，且主要是液体矿，其中95%分布在西部的青海柴达木盆地和新疆的罗布泊北洼地。目前，我国大规模开发的仅是品位较高、易开采的晶间卤水钾资源，氧化钾折纯储量仅0.95亿t^[2]。我国境内绝大多数钾资源为不溶性的钾长石矿，研究表明，我国钾长石储量有上百亿吨，其中黑龙江、新疆、陕西、青海的钾长石储量占已探明储量的90%^[3]。

钾长石是一种含钾架状结构硅酸盐，为KAlSi₃O₈的3个同质多像变体透长石、正长石和微斜长石的总称，理论上含K₂O，SiO₂和Al₂O₃质量分数分别为16.9%，64.7%和18.4%。天然钾长石的杂质以石英或氧化铁为主，氧化钠和氧化钙次之，一般含K₂O，SiO₂和Al₂O₃质量分数分别为9%~14%，50%~65%和12%~18%，密度2.56~2.58 g/cm³，莫氏硬度6.0~6.5，熔点1 200~1 400 ℃^[4]。由于钾长石有稳定的Si-Al-O网状结构，在热分解中表现出较高的熔点和热稳定性，1 320 ℃以上才开始融化，1 800 ℃才改变矿石结构并分解出元素钾。虽然利用钾长石生产钾肥和化工原料的技术前景诱人，但因能耗过大，不能达到实用的目的。高效利用非水溶性钾矿资源的关键技术是将钾长石等富钾矿物分解, 使其中的非水溶性钾转变为水溶性钾化合物。

围绕钾长石资源开发的研究大都集中在钾长石热解工艺上^[5-12]，近年来也有对生物法和化学法分解钾长石的研究，结果表明化学法显著优于生物法^[13]。本研究着眼于化学法，为钾长石高效利用提供新的技术途径和科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

钾长石：过150 μm(100目)筛，含K₂O质量分数7.93%，产自河北。

钾素活化剂：由多种物质复配而成，主要由有机酸金属离子螯合剂、生物表面活性剂、生物发酵复合氨基酸、土壤结构改良剂等组成，自主研发。

1.2 活化钾长石的制备

将不同质量的钾素活化剂加入钾长石中，然后加入少量蒸馏水混合研磨^[14]，并于60 ℃条件下烘干，再研磨成粉末备用。制备的样品中添加的钾素活化剂质量分数分别为0.5%，1.0%，2.0%和5.0%。

1.3 水溶性钾的提取

钾长石总钾含量的测定采用NaOH熔融法，水溶性钾含量的测定采用火焰光度法。

(1) 单次提取

准确称取0.500 g样品置于50 mL离心管中，加入25 mL去离子水，然后在往复振荡机上振荡0.5 h，最后在5 000 r/min条件下离心分离15 min。

(2) 连续提取

在第1次提取后，将离心管中的上清液倒出待测；然后在离心管中再加入25 mL去离子水，按单次提取步骤操作，直至连续提取3次。

2 结果与讨论

2.1 不同提取次数对钾长石水溶性钾含量的影响

不同提取次数对钾长石水溶性钾含量的影响如图 1所示。

图 1

不同提取次数对钾长石水溶性钾含量的影响

从图 1可看出：在钾长石中添加不同量的钾素活化剂，其水溶性钾(以K₂O计)含量均在第1次提取时最高，且约占3次提取总量的89.86%~94.87%(质量分数)；第2次次之，第3次最少且约占3次提取总量的1.29%~2.55%(质量分数)。由此可以得出，第1次提取的水溶性钾含量能够很好地代表活化钾长石对水溶性钾的活化情况。

2.2 不同钾素活化剂添加量对钾长石水溶性钾含量的影响

不同钾素活化剂添加量对钾长石水溶性钾含量的影响如图 2所示。

图 2

不同钾素活化剂添加量对钾长石水溶性钾含量的影响

从图 2可得出：当钾素活化剂添加质量分数为0.5%时，钾长石水溶性钾含量为229.34 mg/kg，较对照处理增大45.16%，且随着活化剂添加量的增大，水溶性钾的提取量缓慢增大；当钾素活化剂添加质量分数达到5.0%时，其水溶性钾含量为450.66 mg/kg，较对照处理增大194.74%。但从经济角度考虑，钾素活化剂的添加质量分数以2.0%最为适宜。

3 结语

我国钾长石资源分布范围非常广泛，若能开发制肥则意义重大。目前，钾长石中水溶性K₂O的质量分数大多超过10%，当在其中添加质量分数2.0%的钾素活化剂时，其水溶性钾的溶出率即可达到5%以上。所以，用活化剂处理的钾长石用于复合肥造粒，一方面可减少钾肥的添加量，另一方面也可代替其他黏土矿物进一步降低生产成本。与传统方法相比，该法是在常温、常压下进行，能耗低，设备和工艺简单，促使生产成本大幅下降，为钾长石的资源化开发利用提供了一条新途径。

ckwx 参考文献

鲍荣华.2010年全国矿产资源通报[C].北京, 2012.

商照聪, 刘刚, 包剑.我国钾资源开发技术进展与展望[J].化肥工业, 2012(4):5-8.

陈静.含钾岩石资源开发利用及前景预测[J].化工矿产地质, 2000(1):58-64.

化肥工业大全编委会.化肥工业大全[M].北京:化学工业出版社, 1988:804-805.

黄珂.钾长石共酸提钾的研究[D].郑州: 郑州大学, 2012.

陶红, 马鸿文, 廖立兵.钾长石制取钾肥的研究进展及前景[J].矿产综合利用, 1998(1):28-32.

薛彦辉, 张桂斋, 胡满霞.钾长石综合开发利用新方法[J].非金属矿, 2005(4):48-50.

聂轶苗, 马鸿文, 刘贺, 等.水热条件下钾长石的分解反应机理[J].硅酸盐学报, 2006(7):846-850.

吕乐福, 盖国胜, 李絮花, 等.微晶化对钾长石粉钾素释放的影响[J].植物营养与肥料学报, 2012(6):1 428-1 433.

胡波, 韩效钊, 肖正辉, 等.我国钾长石矿产资源分布、开发利用、问题与对策[J].化工矿产地质, 2005(1):25-32.

王孝峰, 李永亮.我国钾肥产业现状及发展前景分析[J].中国石油和化工经济分析, 2008(8):20-22.

王孝峰.我国与世界钾资源及开发利用现状[J].磷肥与复肥, 2005(1):10-13.

鄢海印, 刘可星, 廖宗文, 等.化学及生物活化钾长石的释钾效果比较[J].华南农业大学学报, 2013(2):149-152.

王俊, 刘辉, 张俊涛, 等.不同理化处理对钾长石中钾的促释效果研究[J].土壤通报, 2012(2):451-454.