从钾长石中提取钾的工艺

钾长石作为一种难溶性钾资源，我国储量丰富，储量超过100亿吨。钾长石具有钾含量较高、分布广、储量大的特点。然而，与从可溶性矿物原料中回收和加工钾相比，从不溶性矿物钾长石中提取钾的成本更高。这是因为它需要额外的加工程序将不溶性钾转化为可溶性钾，这需要大量的生产工作，例如升高温度、压力和添加添加剂。

钾长石的化学式为KAlSi 3 O 8。理论上，纯钾长石由16.9% K 2 O、18.4% A1 2 O 3和64.7% SiO 2组成。钾长石的晶体结构为三维网状骨架，需要提供合适的添加剂和足够的能量来破坏钾长石的晶体结构，释放出可溶性 K+，从而达到提取钾和将不溶性钾长石转化为可溶相的目的。

有多种技术可以从钾长石中提取钾，包括水热法、高温热解法、微生物分解法和低温法。

1.水热法

水热法涉及在 150–300 °C 的封闭系统中，在含有碱性添加剂（例如 Ca(OH) 2、NaOH 和 KOH）的溶液中从钾长石中提取钾。在这些条件下，压力根据温度达到 0.3–6.1 MPa。经过水热法处理后，碱性添加剂的腐蚀作用破坏了钾长石的结构，导致钾长石中不溶性钾增溶，溶解、浸出，转化为可溶性钾。同时，钾长石的其他成分转化为其他矿物相。

2.高温热解法

高温热解是指通过添加添加剂在800℃～1500℃温度下进行煅烧，将钾长石转化为水溶性钾盐，用溶剂（盐酸、硝酸等）提取钾。尽管能耗较高，但该方法具有操作流程简单、操作参数易于调整、反应易于控制、无强酸强碱腐蚀、无废水产生等优点。高温热解中使用的添加剂可包括碳酸盐、硫酸盐和氯化物。

3.微生物分解法

微生物分解法是通过微生物与钾长石发生生化反应来提取钾。研究最多的微生物是细菌和真菌。有两种不同的机制来描述利用微生物提取钾。

首先，微生物溶解钾长石会导致钾长石晶格变形或崩解，进而导致钾离子的浸出。其次，微生物产生葡萄糖有机酸和胞外多糖，具有释放K +的能力。微生物分解法的优点是操作简单、无污染、成本低、环境友好。然而，由于该方法分解速度慢、寿命短、提钾效率低，尚未在工业上广泛采用。因此，该技术的未来发展应侧重于优化其高效、稳定、丰富和可行的性能。

4.低温法

低温法通常是在大气压下，在300℃以下对钾长石进行酸和氟化物蚀刻，导致钾的释放。与高温热解法不同，低温法在较低的反应温度下进行。与水热法不同，它在大气压力而不是高压下操作。低温法的机理如图2所示，它利用氟化物和无机酸破坏钾长石中由Al-O和Si-O组成的氧硅四面体和氧铝四面体的结构，形成硅氧四面体和氧铝四面体、 SiF 4、AlF 3等物质，同时，钾被释放。

每种方法都有其自身的优点和缺点。从水热法提钾效率高、能耗低、产品清洁。但所得可溶性K +浓度较低，需要额外的蒸发和结晶过程。高温热解法操作工艺简单，钾利用率高，不需要强酸强碱。但其能耗高、用量大、生产成本高。微生物分解法经济可行、环境友好。然而，η K +比其他方法小得多，并且分解速度太慢。低温法安全、能耗低。然而，使用酸和HF会导致设备腐蚀。