高鎂溶液對(duì)光鹵石分解影響的初步研究*

程懷德，馬海州，張志宏

（中國科學(xué)院青海鹽湖研究所，青海西寧 810008）

光鹵石是生產(chǎn)氯化鉀的重要原料，其加工工藝路線依據(jù) Na+、K+、Mg2+∥Cl-—H2O 四元體系相圖［1］計(jì)算。光鹵石分解過程中其溶解和KCl結(jié)晶是相互制約又同時(shí)進(jìn)行的兩個(gè)相變過程［2-4］，氯化鈉含量影響鉀轉(zhuǎn)化收率［5］。光鹵石溶解后Br和Rb在氯化鈉和氯化鉀中重新分配說明氯化鉀和氯化鈉都有溶解和再結(jié)晶的過程［6］。分解液量對(duì)光鹵石礦分解和鉀轉(zhuǎn)化收率產(chǎn)生影響［7-8］。筆者通過添加不同MgCl2濃度初始溶液，初步研究光鹵石分解轉(zhuǎn)化過程中細(xì)粒氯化鈉的生成量和鉀轉(zhuǎn)化收率。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料與試劑

老撾萬象鉀鎂鹽礦床固體光鹵石礦，化學(xué)組分為：w（K）=9.05%，w（Mg）=5.35%，w（Cl）=46.97%，w（Na）=15.02%。 換算成物質(zhì)組分為：w（光鹵石）=61.04%，w（石鹽）=38.17%，其余為少量氯化鉀和不溶物。

MgCl2·6H2O，分析純。

1.2 試驗(yàn)儀器

數(shù)顯攪拌器，SHZ-Ⅲ真空泵，JJ1000B電子天平，1000、500 mL 燒杯，標(biāo)準(zhǔn)篩，布氏漏斗，500 mL抽濾瓶，恒溫水浴鍋，5 L搪瓷盤。

1.3 分析方法［9］

離子分析：Mg2+用 EDTA 法，Cl-用汞量法，K+用四苯硼化鈉法，Na+用差減法計(jì)算。

1.4 實(shí)驗(yàn)操作

用光鹵石若干千克，加入使之完全分解的計(jì)算水量，分解轉(zhuǎn)化得到分解母液，用這個(gè)母液來配制不同MgCl2濃度的初始溶液。初始溶液中氯化鎂濃度計(jì)算是先將分解光鹵石所需的水量算出，再根據(jù)分解母液中的鎂含量，將分解母液添加到分解所需的水中，由于水是一定的，那么根據(jù)所加入分解母液的量就可以計(jì)算出初始溶液中MgCl2濃度，濃度不夠的添加MgCl2·6H2O試劑使其MgCl2濃度值在設(shè)定值上。分解母液作為介質(zhì)不影響光鹵石分解，只是影響光鹵石分解的速率。將初始溶液置于1000 mL燒杯中，放置于恒溫水浴鍋中，調(diào)節(jié)溫度至20℃，加入破碎好的光鹵石礦500 g，分解轉(zhuǎn)化30 min，反應(yīng)完后物料用標(biāo)準(zhǔn)篩篩分，分離取樣分析。

2 結(jié)果和討論

2.1 理論分析

根據(jù) Na+、K+、Mg2+∥Cl-—H2O 四元體系 25 ℃相圖數(shù)據(jù)，繪制出NaCl和KCl含量隨著MgCl2濃度的變化趨勢(shì)，見圖1。將MgCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大選在25.85%，是因?yàn)樵谶@個(gè) MgCl2濃度下 NaCl、KCl、KMgCl3·6H2O 3 相共存，也就是 Na+、K+、Mg2+∥Cl-—H2O四元體系相圖中的E母液點(diǎn)，這也是光鹵石分解后的母液體系點(diǎn)。從圖1可以看出，隨著溶液中MgCl2濃度的升高，總體上NaCl和KCl的含量逐步降低，而且可以發(fā)現(xiàn)NaCl濃度下降比KCl快。

圖1 MgCl2與NaCl和KCl溶解關(guān)系圖

當(dāng)光鹵石分解時(shí)，初始MgCl2濃度很低，從圖1可以看出，此時(shí)氯化鈉比氯化鉀的溶解度大，那么在光鹵石分解過程中，氯化鈉比氯化鉀更容易達(dá)到其飽和度。隨著光鹵石的不斷分解，液相中MgCl2濃度提高，氯化鈉飽和度降低，這時(shí)先前溶解的氯化鈉由于同離子效應(yīng)會(huì)從溶液中結(jié)晶析出，而氯化鉀的變化沒有氯化鈉明顯。因此，當(dāng)將初始溶液的MgCl2濃度提高時(shí)，氯化鈉的飽和度會(huì)降低，這樣隨著光鹵石分解的進(jìn)行，溶液中MgCl2濃度逐步提高，從溶液中重新結(jié)晶析出的氯化鈉會(huì)減少，而且隨著溶液中MgCl2濃度的提高，體系反而抑制氯化鈉的溶解。從圖1可以看出，MgCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)在17%左右時(shí)，NaCl和KCl溶解度相同，超過這個(gè)值，KCl溶解度比NaCl大，那么在結(jié)晶時(shí)，氯化鈉會(huì)先析出來。因此，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)MgCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過17%，選擇了0%、8%、12%、16%。

2.2 不同初始濃度MgCl2溶液對(duì)分解礦中氯化鉀含量的影響

圖2為初始溶液中MgCl2濃度不同時(shí)，分解轉(zhuǎn)化礦中氯化鉀質(zhì)量變化（以分解500 g光鹵石礦計(jì)）。圖2兩條直線是根據(jù)25、20℃體系相圖計(jì)算的理論氯化鉀質(zhì)量（25℃時(shí)為73.08 g、20℃時(shí)為73.55 g，即：500 g光鹵石礦完全分解后理論上得到的氯化鉀的質(zhì)量）。從圖2可以看出，隨著初始溶液中MgCl2濃度的不斷增加，分解轉(zhuǎn)化礦中的氯化鉀含量增加，且在MgCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%左右出現(xiàn)了最大值72.8 g，這與理論氯化鉀質(zhì)量很接近。未加MgCl2時(shí)分解轉(zhuǎn)化礦中氯化鉀質(zhì)量為71.81 g，加入MgCl2后分解轉(zhuǎn)化礦中氯化鉀質(zhì)量提高了1.4%，這也說明重新結(jié)晶析出的氯化鈉減少，相應(yīng)的氯化鉀析出量增加了。

圖2 不同MgCl2濃度初始溶液對(duì)氯化鉀含量的影響

2.3 產(chǎn)品中氯化鈉含量變化

圖3 細(xì)粒氯化鉀中氯化鈉含量與不同MgCl2濃度初始溶液關(guān)系

將分解轉(zhuǎn)化礦用標(biāo)準(zhǔn)篩在飽和母液中濕篩，篩下物氯化鉀中細(xì)粒氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)見圖3。由圖3可見，隨著初始溶液中MgCl2濃度的增加，細(xì)粒氯化鉀中氯化鈉含量減少，而且一直呈下降趨勢(shì)，即初始溶液中MgCl2濃度增加，分解轉(zhuǎn)化礦中氯化鉀含量增加，細(xì)粒氯化鈉含量減少。根據(jù)圖1來分析，溶液中初始MgCl2濃度增加，NaCl飽和度減小，初始溶液中鎂離子的存在使整個(gè)體系抑制了氯化鈉的溶解和重新結(jié)晶析出，同時(shí)增加了氯化鉀的析出率。從圖3可以計(jì)算出，初始鎂濃度的增加使細(xì)粒氯化鉀中氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小，MgCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到12%時(shí)，氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小近30%。

2.4 光鹵石分解收率的變化

根據(jù)相圖數(shù)據(jù)，將本實(shí)驗(yàn)采用的光鹵石原礦分解完后，光鹵石分解收率（以得到的氯化鉀計(jì)算）分別是：25℃時(shí)是84.7%，20℃時(shí)是85.25%，因?yàn)槭窃?0℃恒溫條件進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，因此根據(jù)20℃的相圖條件，理論光鹵石分解收率為85.25%。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在沒有加入高鎂母液時(shí)，分解收率為83.26%，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%、12%、16%的MgCl2溶液后，分解收率分別為 84%、84.31%、84.26%，相對(duì)提高了0.74%、1.05%、1%，故MgCl2溶液的加入使鉀收率提高近1.1%。如果不計(jì)母液溶解的氯化鉀，不添加高鎂溶液時(shí)實(shí)際光鹵石分解收率達(dá)到理論光鹵石分解收率的97.67%，隨著初始溶液中MgCl2濃度的增加，實(shí)際光鹵石分解收率分別達(dá)到理論光鹵石分解收率的98.53%、98.89%、98.84%，光鹵石分解轉(zhuǎn)化收率提高約1.2%。

圖4 鉀收率與不同MgCl2濃度初始溶液關(guān)系

3 結(jié)論

通過理論分析和相圖計(jì)算，在光鹵石分解初始母液中改變Mg離子的濃度，使氯化鈉和氯化鉀在分解轉(zhuǎn)化過程中飽和度發(fā)生變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著初始溶液中MgCl2濃度的增加，分解轉(zhuǎn)化礦中氯化鉀質(zhì)量增加1.4%，細(xì)粒轉(zhuǎn)化礦氯化鉀中氯化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低30%，光鹵石分解轉(zhuǎn)化收率提高約1.2%。實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明，溶液中Mg的存在抑制了氯化鈉的溶解和重結(jié)晶析出，相反卻增加了氯化鉀的析出率，總體上增加了氯化鉀的收率。

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