水热法分解钾长石制备雪硅钙石的实验研究

采用CaO作为助剂,在低温、中压的水热条件下分解钾长石,继而合成一种水合硅酸钙--雪硅钙石,同时得到KOH稀溶液,可用于制备高纯碳酸钾.影响晶化反应的主要因素有n(Ca)/n(Al+Si)、晶化温度、晶化时间、水固比(质量比)、搅拌速度等.讨论了各因素对钾长石分解及雪硅钙石形成的影响,通过X射线粉末衍射、热重-差热分析、扫描电镜等手段对合成产物进行结构性能表征.实验结果表明,以CaO为助剂分解钾长石,同时合成雪硅钙石的工艺方法可行,资源利用率接近100%.实验得到的优化工艺条件为:晶化温度为220～250 ℃,n(Ca)/n(Al+Si)在0.8～1.0之间,晶化时间5～8 h,水固比为20～25,搅拌速度400 r/min.在此条件下,钾长石中K2O的溶出率达80%以上,同时得到结晶良好的针状雪硅钙石晶体.

水热条件下钾长石的分解反应机理

实验研究了以氧化钙为助剂在水热条件下的钾长石的分解反应过程及反应机理。研究结果表明:在碱性条件下,钾长石的分解反应具有化学反应控制的特征。搅拌速率对反应速率无明显影响,但通过提高反应温度、提高n(Ca)/n(Al+Si)比值、减小钾长石的粒度3种途径,可以明显提高钾长石的分解率。钾长石的分解反应并不是简单的离子交换作用,而是在碱金属离子与水作用的基础上,反应物中的活化离子OH–与矿物表面的碱金属离子K+,Na+,Ca2+等作用,首先形成表面富硅贫铝的前驱聚合体(SiO2·nH2O)·,然后这些前驱聚合体分解,生成最终产物雪硅钙石。在水热条件下钾长石的分解率最高可达89.01%。