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        利用鉀長石制備硅鈣鉀鎂肥的試驗研究

        2021-11-02 12:36:38佟哲磊
        肥料與健康 2021年4期
        關鍵詞:鉀長石白云石水溶性

        佟哲磊

        (葫蘆島鋅業(yè)股份有限公司 遼寧葫蘆島 125003)

        水溶性鉀鹽是我國最緊缺的礦產(chǎn)之一,其儲量折合K2O約為450 Mt,僅占世界總儲量的2.647%[1]。鉀長石也稱正長石,屬單斜晶系,通常呈肉紅色、白色或灰色。以鉀長石為主要物相的非水溶性鉀鹽資源在我國的儲量估計超過20 Gt,因此利用非水溶性鉀鹽是保障我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一,具有巨大的經(jīng)濟價值和社會價值[2-3]。目前,鉀長石的利用已從單一提取水溶性鉀[4]轉(zhuǎn)向綜合利用其中的鉀、硅等元素[5],以鉀長石為原料,白云石和磷石膏為助劑,高溫焙燒制備硅鈣鉀鎂肥已成為研究熱點[6-11]。該技術(shù)可以實現(xiàn)有效利用鉀長石中的鉀、硅元素,以及白云石、磷石膏中的鈣、鎂元素,形成以硅、鈣、鉀、鎂為主要元素的中微量元素礦物質(zhì)肥料,能夠為植物提供枸溶性及部分水溶性營養(yǎng)成分,顯著改善土壤結(jié)構(gòu),提高土壤肥力。本文通過優(yōu)化現(xiàn)有生產(chǎn)工藝條件,以提高產(chǎn)品有效成分的穩(wěn)定性,降低生產(chǎn)成本。

        1 試驗材料與方法

        1.1 試驗儀器及材料

        9602B型火焰光度計,沈陽華光精密儀器有限公司。

        鉀長石、白云石,葫蘆島宏躍集團有限公司;磷石膏,秦皇島華瀛磷酸有限公司;添加劑硫酸鈉,質(zhì)量分數(shù)≥99%,分析純,國藥集團化學試劑有限公司。

        1.2 試驗方法

        將鉀長石、白云石及磷石膏等原料粉碎至粒徑為75 μm,按照鉀長石、白云石、磷石膏質(zhì)量比為1.00∶1.15∶1.00混合均勻,置于瓷坩堝內(nèi),放入已設定溫度為1 150 ℃的馬弗爐中焙燒2 h后,將樣品取出并在干燥的空氣中冷卻至室溫,再磨成粉末密封儲存。稱取焙燒產(chǎn)物(精確至0.2 mg)置于容量瓶中,用稀酸浸取,以蒸餾水定容,采用9602B型火焰光度計對浸取液中的鉀進行檢測,根據(jù)測定結(jié)果計算鉀長石的分解率。

        2 試驗結(jié)果與分析

        2.1 原料粒徑對鉀長石分解率的影響

        將各種原料粉碎后,分別過150、100、75 μm標準篩,按設定的質(zhì)量比將原料混合均勻,分別在950、1 000、1 050、1 100、1 150 ℃下焙燒2 h,鉀長石分解率見圖1。

        圖1 原料粒徑對鉀長石分解率的影響

        由圖1可知,原料粒徑對鉀長石分解率的影響較大,分解率隨原料粒徑的減小明顯增大。隨原料粒徑的減小,相同質(zhì)量物料的比表面積增大,物料間的反應更充分,鉀長石的分解率增大。故在焙燒溫度、焙燒時間相同,未使用添加劑的情況下,鉀長石粒徑小于75 μm時具有較高的分解率。

        2.2 焙燒溫度對鉀長石分解率的影響

        將粉碎后過75 μm標準篩的各種原料按比例混合均勻,分別在950、1 000、1 050、1 100、1 150、1 200、1 250 ℃下焙燒2 h,鉀長石分解率見圖2。

        圖2 焙燒溫度對鉀長石分解率的影響

        由圖2可知:焙燒溫度在950~1 150 ℃時,隨焙燒溫度的提高,鉀長石分解率明顯增大;當焙燒溫度大于1 150 ℃后,鉀長石分解率基本不變。故在原料粒徑、焙燒時間相同,未使用添加劑的情況下,鉀長石的反應活性隨溫度的升高而增加,當溫度為1 150 ℃時,鉀長石分解率達到峰值。

        2.3 焙燒時間對鉀長石分解率的影響

        將粉碎后過75 μm標準篩的各種原料按比例混合均勻,在1 150 ℃下分別焙燒0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 h,鉀長石分解率見圖3。

        圖3 焙燒時間對鉀長石分解率的影響

        由圖3可知:鉀長石的分解率隨焙燒時間的延長而增大,當焙燒時間為2.0 h時,鉀長石分解率為86.88%;繼續(xù)延長焙燒時間,鉀長石分解率幾乎不變。因此,在原料粒徑、焙燒溫度相同,未使用添加劑的情況下,反應體系的最佳焙燒時間為2.0 h。

        2.4 添加劑用量對鉀長石分解率的影響

        設定添加劑質(zhì)量為原料質(zhì)量的0%、1%、2%、3%,將添加劑與粉碎后過75 μm標準篩的各種原料混合均勻,在1 150 ℃下分別焙燒0.5、1.0、1.5、2.0 h,鉀長石分解率見圖4。

        圖4 添加劑用量對鉀長石分解率的影響

        由圖4可知:隨添加劑用量增加,鉀長石分解率逐漸增大,且在添加劑用量為2%時,鉀長石分解率達到最大;繼續(xù)增加添加劑用量,鉀長石分解率增大效果不再明顯;在使用添加劑的情況下,焙燒時間達到1.0 h后,鉀長石分解率基本不變。因此,在焙燒溫度為1 150 ℃時,在反應體系中加入2%的添加劑后,焙燒時間達到1.0 h即可。

        2.5 使用添加劑時焙燒溫度對鉀長石分解率的影響

        由于上述焙燒溫度較高,試驗考察了在使用添加劑的情況下,反應體系的最佳焙燒溫度。將添加劑(添加質(zhì)量為原料質(zhì)量的2%)、粉碎后過75 μm標準篩的各種原料混合均勻,分別在1 000、1 025、1 050、1 075、1 100、1 125、1 150 ℃下焙燒1.0 h,鉀長石分解率見圖5。

        圖5 使用添加劑時焙燒溫度對鉀長石分解率的影響

        由圖5可知:在使用添加劑的情況下,隨著焙燒溫度的提高,鉀長石分解率逐漸增大;當焙燒溫度為1 075 ℃時,鉀長石分解率最大,為96.18%。

        3 結(jié)語

        在原料鉀長石、白云石、磷石膏的質(zhì)量比為1.00∶1.15∶1.00,原料粒徑小于75 μm,添加劑用量為原料質(zhì)量的2%,焙燒溫度為1 075 ℃的條件下,焙燒1.0 h,所得焙燒產(chǎn)物為一種富含硅、鈣、鉀、鎂等中微量元素的礦物質(zhì)復合肥料,呈弱堿性,在水中的溶解度可達20%以上,在質(zhì)量分數(shù)2%檸檬酸溶液中的溶解度大于85%,其中有效氧化鉀、有效二氧化硅、有效氧化鈣、有效氧化鎂、有效硫(以三氧化硫計)的質(zhì)量分數(shù)依次大于4%、18%、25%、5%、5%,產(chǎn)品有效成分的穩(wěn)定性優(yōu)于市場上的同類產(chǎn)品。

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