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钾长石前景辽阔 三工业推动前行

  • 发布时间:2012-07-16
  • 来源:宜陶矿业
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钾长石是一种富钾的硅酸盐矿物。具有熔点低,熔融间隔时间长,熔融粘度高,流动性小等优点。人们利用钾长石及其它原料生产出了大量精美的彩陶器。随着科学技术的发展,钾长石广泛应用于工业生产,主要用途是制作陶瓷、玻璃、搪瓷、磨料的主要配料、造纸和塑料的填料、烧制水泥和加工制取钾肥、复混肥。钾长石在材料制备方面的研究工作也有了长足的进步,主要成果有制备13X 分子筛、沸石分子筛,合成白碳黑等。

玻璃工业、陶瓷工业和钾肥工业推动长石行业发展。

一、 玻璃工业

钾长石在玻璃工业中的用量约占钾长石总用量的50%~60%。钾长石作为玻璃原料之一,主要作用有:

1、钾长石富含Al2O3,铁含量低,能够提供玻璃配料中所需的Al2O3,且比Al2O3 易熔,熔融温度低,熔融范围宽,因此可以降低玻璃的熔融温度,减少纯碱用量,而且钾长石中的铝代替了部分硅,可提高玻璃的韧性、强度和抵抗酸碱侵蚀的能力。

2、钾长石熔融后变成玻璃的过程比较缓慢,结晶能力小,可防止玻璃形成过程中析出晶体而影响正常生产或玻璃缺陷。

3、可调节玻璃液的粘度。

钾长石作为玻璃基础原料的地位现在正受到冲击:

1、钾长石中含有较多的R2O(主要为K2O 和Na2O),因而只能在含R2O 的玻璃中引用;

2、化学成分波动大,不易控制;

3、杂质通常有粘土、云母、氧化铁等,它们对玻璃质量均有一定的影响

因此对钾长石在玻璃工业中的应用提出更高的要求:

选矿:钾长石原料必须满足国家对玻璃级钾长石的质量要求(SiO2<70% ,Al2O3>18%,Fe2O3<0.2%);化学成分稳定、水分稳定、颗粒组成均匀、杂质和着色矿物(主要是Fe2O3)少。钾长石提纯技术的主要发展趋势应着眼于微细粒选矿提纯和综合力场(重力、离心力、磁力、电力、化学力)精选技术。

玻璃生产工艺:研究钾长石原料的工艺参数,使其便于在日常生产中调整玻璃成分,适于熔化和澄清。钾长石矿物的研究工作必将推动玻璃工业的发展,使玻璃作为功能材料进入新的发展阶段。

二、陶瓷工业

钾长石在陶瓷工业中的用量约占钾长石总用量的30%。

钾长石在陶瓷三成分(即粘土、石英、长石)坯料体系中,除可供给Al2O3 和SiO2外,还可提供碱金属氧化物,既是瘠性原料,又是溶剂性原料。作为瘠性原料,具有降低粘土或坯体的可塑性和粘结性,减少坯体干燥与烧成的收缩变形,改善干燥性能和缩短干燥时间等效果。

在釉料中,钾长石是形成玻璃相的主要成分。

钾长石作为陶瓷坯料中的溶剂组分,主要作用有:

1、长石在1130℃开始熔融,形成粘稠的熔体相,能降低坯体的熔化温度,有利于成瓷和降低烧成温度。

2、钾长石熔体能溶解部分高岭土分解产物和石英颗粒。液相中的Al2O3 和SiO2 相互作用,促使莫来石晶体的成核和生长,赋予坯体以机械强度和化学稳定性。钾长石熔体填充于晶粒之间,有助于坯体致密和减少孔隙。

3、钾长石熔体冷却后构成瓷的玻璃基质,可改善透明度,并有助于提高坯体的机械强度和电气性能。

4、钾长石的组成中包含有瓷坯中的主要氧化物SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3、TiO2、K2O 和Na2O等,因此作为主要原料代替纯碱、叶腊石、工业氧化铝等工业原料,降低了生产成本。


陶瓷工业

陶瓷工业近年来发展迅猛,技术陶瓷在日常生活、航天技术、尖端武器、光学领域等方面应用前景广阔。随着技术陶瓷的发展必将影响传统陶瓷的统治地位,引起传统陶瓷的技术变革,对钾长石提出更高的要求,因此加快钾长石的应用研究势在必行:

1、选矿方面,钾长石原料满足陶瓷工业利用钾长石的技术指标。(见表I)

2、天然钾长石含有K2O、Na2O、SiO2、Al2O3、Fe2O3等多种氧化物,化学成分不稳定,而技术陶瓷对原料化学组成要求严格,因此采用的原料多为化工原料和人工合成原料。钾长石的化学稳定性成为阻碍钾长石在技术陶瓷领域发展的主要障碍。

3、传统陶瓷一般要求钾长石块度不超过8 mm,而技术陶瓷其组成颗粒的粒径在0.05~40μm 这一范围,并且要求颗粒尺寸均匀。因此研究钾长石在粉体范围内的颗粒度、颗粒形状、颗粒分布、比表面积等特性,能突破传统陶瓷的局限,拓宽其在陶瓷工业的应用领域。钾长石的粉碎分离技术发展的重点将是超细粉碎和精细分级技术。

三、化肥工业

我国化肥工业发展从氮肥开始,继而为磷肥和钾肥,当前氮肥和磷肥已具有一定的基础;但钾肥因国内可溶性钾资源匮乏,致使产量远远不能满足农业生产的需要。2003 年我国化肥产量3925 万t(折纯),氮、磷、钾肥产量分别为2880万t、881 万t 和164 万t,同时为了满足农业对钾肥的需求,进口钾肥623.31 万t,已成为世界钾肥第一进口国。

钾长石的化学性质极稳定,除氢氟酸外,常压常温下几乎不被酸、碱所分解。所含的氧化钾,不能直接作为含钾肥料为植物所吸收。在大自然长期的作用下,只有极少部分钾长石会风化。

国内外为使钾长石成为有用的钾资源,将其中氧化钾变为水溶性的或枸溶性的,对利用钾长石制取钾肥先后进行了多种工艺研究,综合起来可分为:高炉冶炼法、压热法、敞开浸取和封闭恒温法、热分解水浸法、热法制枸溶性钾、酸分解法、烧结法、低温分解法、微生物法等。

利用钾长石制造钾肥,目前世界各国所研制的生产方法,在技术和经济上都有一些问题,存在着能量消耗大、工艺复杂、尾矿残渣多等缺点,到目前为止,一直未见大规模工业生产。例如山西闻喜县钾肥厂1980 年利用高炉冶炼钾长石生产碳酸钾联产白水泥获得成功,这是我国综合利用钾长石的首例。工艺原理是钾长石、石灰石、白云石、萤石和焦碳等,经破碎机破碎后,按比例配料入炉。炉膛温度高达1500℃,挥发出来的K2O 和炉内的CO2 作用,生成K2CO3。在水蒸气及大量CO2 存在的情况下,生成的K2CO3 部分转化为KHCO3。高炉排出的熔渣,经水淬后加工成白水泥。主要产品有:①钾肥(滤饼钾肥),含K2O 10%~12%;②碳酸钾,含K2O 70%~80%;③白水泥,白度为三级。但到1987 年,该厂被迫转产钙镁磷肥,钾长石的利用中断。主要由于该法能耗过高(炉缸温度高达1500℃左右),钾的还原率偏低(70%左右),生产出的白水泥指标不理想(白度不够、强度难以提高),因而经济效益上不去,被迫转产钙镁磷肥。

提高钾长石在化肥工业的利用价值,必须重视钾长石提钾机理的系统研究,为开发切实可行的钾长石提钾工艺提供完善有效的理论指导,开发出反应条件温和的工艺流程,实现绿色化学,将钾长石制成效益高、成本低的农用钾肥。因此,利用钾长石制取钾肥有着极强的生命力和较好的开发利用前景。

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