光鹵石分解制備氯化鉀的工藝條件優(yōu)化試驗研究

趙悅年 牛小慧

摘 ?????要： 為提高氯化鉀制備的純度，以鹽場中的光鹵石作為原材料，以光鹵石分解原理作為基礎(chǔ)，分析了在不同分解溫度、不同分解加水量和不同分解時間下的氯化鉀收率與純度。結(jié)果表明，當(dāng)分解溫度為75 ℃，分解時間為7 min，以及分解加水量在理論值1.1倍的時候，得到的氯化鉀純度較高。通過以上試驗，為氯化鉀的制備提純提供了借鑒參考。

關(guān) ?鍵 ?詞：光鹵石;氯化鉀;分解溫度

中圖分類號： TQ151.4 ??????文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ??????文章編號： 1671-0460（2019）08-1707-04

Abstract： In order to improve the purity of potassium chloride， the yield and purity of potassium chloride at different decomposition temperature， water addition and decomposition time were analyzed based on the decomposition principle of carnallite. The results showed that the purity of potassium chloride was higher when the decomposition temperature was 75 ℃， the decomposition time was 7 min， and the water dosage was 1.1 times of the theoretical value. The above experiments also provide reference for the preparation and purification of potassium chloride.Key words： Carnallite; Potassium chloride; Decomposition temperature

氯化鉀（化學(xué)式為KCl）為白色，或灰白色顆粒物質(zhì)，相對分子質(zhì)量74.5，無臭無毒，易溶于水、甘油等物質(zhì)中，不易溶于丙酮、無水乙醇等物質(zhì)中[1]。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，氯化鉀成為工業(yè)和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的一種重要原材料。在工業(yè)領(lǐng)域，氯化鉀可以用于鉀鹽的原料，也可以作為火藥的原料，也是目前電解領(lǐng)域中一種常見的電解液。在醫(yī)藥領(lǐng)域，氯化鉀可以作為一種利尿劑，也可以用于各種因缺鉀而引起的疾病預(yù)防;在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，氯化鉀可用于配制肥料，或者是直接用于農(nóng)業(yè)。如速效性鉀肥，其可為作物生長提供必要的營養(yǎng)成分。由此看出，氯化鉀在各個領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，并且成為當(dāng)前的一種基礎(chǔ)性的原料。由此可以看出，加強(qiáng)對氯化鉀的制備和提純工藝，對促進(jìn)氯化鉀原料的產(chǎn)品，具有非常重要的價值和意義。目前，針對氯化鉀的制備中，主要使用光鹵石冷分解的方法進(jìn)行制備，如天津科技大學(xué)的鄒艷爽（2014）采用光鹵石作為主要的原材料，采用冷分解等方式對光鹵石進(jìn)行分解，從而制備氯化鉀[1];陳建（2016）則采用文獻(xiàn)梳理的方式[2]，就氯化鈣與鉀長石分解制備氯化鉀的研究現(xiàn)狀進(jìn)行梳理，并就國內(nèi)外在這方面的研究進(jìn)行了總結(jié)和歸納。本文則在上述研究的基礎(chǔ)上，以光鹵石作為原材料，就光鹵石分解制備氯化鉀的影響條件進(jìn)行分析。

1 ?光鹵石分解制備原理

光鹵石主要的成分見表1所示。

根據(jù)表1看出，光鹵石中包含少量的硫酸鎂和大量的水。同時光鹵石在分解過程中，其本質(zhì)是一個物理化學(xué)過程。其具體的原理是在光鹵石中加入水，隨著水的加入，光鹵石分解，大量的氯化鉀、氯化鈉等溶于水中，使得這些物質(zhì)的濃度增大。而這些物質(zhì)中都包含共同的Cl-。根據(jù)同離子效應(yīng)[3]，使得其中的氯化鎂濃度和溶解度最大。因此，氯化鎂溶解度增大的同時，也是的氯化鉀和氯化鈉等物質(zhì)的溶解度急劇下降， 使得氯化鉀因為溶解度變小，而逐步從溶液中析出，從而得到所需要的氯化鉀。但是根據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，在不同的分解條件下，光鹵石分解得到的氯化鉀的量不同。因此，有必要結(jié)合以上的原理，對其反應(yīng)分解條件進(jìn)行進(jìn)一步的探討。

2 ?實驗部分

2.1 ?試驗主要試劑

2.3 ?試驗方法

本文試驗的目的是探討不同溫度、不同分解水量和分解時間對氯化鉀純度等的影響。因此，結(jié)合以上的試驗?zāi)康?，本文將試驗方法分為以下兩個部分：

（1）不同分解溫度和分解時間對氯化鉀的影響

設(shè)定4組不同的溫度，分別為25、50、75、100 ℃;在攪拌速度相同的情況下，分別對光鹵石攪拌1、3、5、7、9、12 min，同時用恒溫控制器對溫度進(jìn)行控制，并在結(jié)晶器中加入適量的蒸餾水。當(dāng)水溫達(dá)到設(shè)定的溫度后，即加入對應(yīng)的光鹵石進(jìn)行分解。最后分別取不同觀察時間段下的液相和固相，對其中的離子含量進(jìn)行分析[4]。

（2）不同分解溫度和分解水量對氯化鉀的影響

同樣取上述四組溫度，分別按照實際加水量與理論加水量的質(zhì)量比，分別加入0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.5、2.0倍的水量。同時根據(jù)上述的試驗步驟，在相同攪拌速度下，根據(jù)分解時間得到的結(jié)果，確定不同反應(yīng)溫度下的分解時間，從而分析液相和固相中不同離子的含量。

3 ?結(jié)果與討論

3.1 ?不同溫度下光鹵石分解消耗時間

研究認(rèn)為，在不同的溫度下，光鹵石分解的時間不同。而根據(jù)上述的反應(yīng)原理，我們知道隨著氯化鎂含量的增加，氯化鉀的溶解度降低。因此，當(dāng)固相中的氯化鎂的含量最低，說明析出的氯化鉀最高。由此，以25 ℃條件下的氯化鎂的液相、固相進(jìn)行分析，并且對分析固相的XRD表征，從而可得到如下的結(jié)果（圖2）。

通過圖2和圖3的氯化鎂趨勢圖可以看出，隨著分解時間的推移，液相中氯化鎂的含量在不斷的增加，同時固相中的氯化鎂含量在減少。由此說明隨著時間的推移，光鹵石分解后，氯化鎂的濃度在不斷的增加，即液相中氯化鎂含量增加，固相中的氯化鎂含量減少[4-6]。

同時，比較在不同溫度下光鹵石的分解效率，可分別得到在75和100 ℃下的分解時間。

通過圖3、圖4和圖5的對比看出，隨著溫度的不斷上升，光鹵石分解的時間也在不斷的減少，并且當(dāng)溫度在1 00O ℃時，其分解時間縮短到5 min。

通過XRD圖看出，當(dāng)分解的時間t =9 min的時候，在波峰中存在多個波峰，說明此時存在多種物質(zhì);而當(dāng)t >10 min的情況下，波峰只有一個，說明此時的物質(zhì)只存在一種，即為KCl。由此根據(jù)該結(jié)果得出，在間t =9 min時，是最佳的分解時間。

3.3 ?不同溫度下分解水量對氯化鉀收率的影響

根據(jù)試驗可以得到氯化鉀純度與分解水量之間的變化關(guān)系。具體見圖7所示。通過圖7可以看出，隨著分解水量的不斷增加，氯化鉀的收率在不斷的降低，而當(dāng)分解水量倍數(shù)達(dá)到2.0的時候，氯化鉀的收率降到最低。同時在相同分解水量的基礎(chǔ)上，比較不同溫度下的氯化鉀收率，可以得到隨著溫度的升高，氯化鉀的溶解度增加，其收率卻在不斷的減小。因此，要提高氯化鉀的回收率，一個關(guān)鍵的因素就是要控制分解水量。

3.4 ?不同溫度下分解水量對氯化鉀純度的影響

在不同溫度下，改變分解水量，從而得到如表3所示的結(jié)果。

通過上述的結(jié)果看出，隨著溫度的上升，KCl的純度有一定的下降;但是在相同的溫度下，隨著分解加水量的增加，KCl的純度卻在不斷的增加。因此，結(jié)合以上的數(shù)據(jù)看出，當(dāng)分解加水量為1.1倍時，其得到的KCl純度開始基本趨于穩(wěn)定。

3.5 ?光鹵石分解條件的綜合影響

根據(jù)上述的試驗條件，分別考察在最佳分解水量下，不同溫度對光鹵石分界點影響，得到表4的結(jié)果。

根據(jù)表4可以看出，隨著分解時間的減少，KCl的收率在不斷的減少，同時MgCl2的含量卻在不斷升高。但是隨著其升高，也需要考慮分解加水量的占比。由此根據(jù)上述的結(jié)果，選擇分解溫度為75 ℃，分解時間為7 min，以及分解加水量為1.1倍時，為最佳的KCl制備工藝。

4 ?結(jié) 論

通過上述的結(jié)果看出，影響氯化鉀純度的因素很多，包括分解時間、分解溫度和分解的加水量。本文則通過試驗得到，當(dāng)分解時間為7 min，分解溫度為75 ℃，以及加水量為理論水量1.1倍的情況下，得到的KCl的純度高。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳禮定， 曾波. 我國氯化鉀生產(chǎn)工藝概述[J]. 磷肥與復(fù)肥， 2012， 27 （05）： 52-55.

[2]鄒艷爽. 光鹵石熱分解制備氯化鉀技術(shù)研究[D].天津科技大學(xué)，2015.

[3]陳建，馬鴻文，張盼，劉梅堂. 氯化鈣助劑分解鉀長石制備氯化鉀研究評述[J]. 化工進(jìn)展，2016，35（12）：3954-3963.

[4]陳俠，鄒艷爽，么佳，鄭偉峰，陳麗芳.光鹵石熱分解生產(chǎn)氯化鉀聯(lián)產(chǎn)氯化鎂實驗研究[J]. 無機(jī)鹽工業(yè)，2015，47（10）：19-22.

[5]夏樹屏，洪顯蘭，高世揚.光鹵石分解制氯化鉀工藝原理的研究[J].海湖鹽與化工，1994（02）：10-15.

[6]程芳琴，張洪滿，嚴(yán)霞，刁祥瑞.分解光鹵石的分解液量對鉀收率的影響研究[J].無機(jī)鹽工業(yè)，2008（08）：19-22.