專利名稱：利用富鉀巖石制取電子級碳酸鉀的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用非水溶性鉀礦制取電子級碳酸鉀的方法。
背景技術(shù)：
目前，我國的水溶性鉀礦資源極缺，而非水溶性鉀礦資源豐富，種類繁多，主要有鉀長石、白榴石、伊利石、富鉀頁巖、富鉀火山巖、霞石正長巖、偉晶巖和富鉀板巖等。據(jù)統(tǒng)計，全國非水溶性鉀礦資源總量至少達約200億噸。因此，利用非水溶性鉀礦提鉀是制取碳酸鉀的新途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種產(chǎn)品成本低、原料來源廣泛、便于實施推廣的利用富鉀巖石制取電子級碳酸鉀的方法。該方法是采用堿法提鉀工藝，可使富鉀巖石等非水溶性鉀礦中的非水溶性鉀轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄遭洠苯又迫‰娮蛹壧妓徕洝?br> 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種利用非水溶性鉀礦制取電子級碳酸鉀的方法，包括下述步驟(1)原料煅燒步驟將所述鉀長石粉體與碳酸鈉按1∶0.8-1.4的重量分?jǐn)?shù)均勻混合后粉磨，在煅燒爐中于750℃-850℃條件下進行煅燒，煅燒時間至少0.5h。
(2)浸取酸化步驟將煅燒后的熟料粉體與水按1∶4-12的重量分?jǐn)?shù)置于反應(yīng)釜中充分?jǐn)嚢杌旌?，之后通入CO2進行酸化中和，至溶液的pH值為8-9時為止，然后采用壓濾機進行過濾，過濾后的液體即為含鉀母液。
(3)含鉀母液處理步驟將上述的含鉀母液經(jīng)加熱蒸發(fā)、分離出過濾得到的液體即為碳酸氫鉀溶液；(4)碳酸鉀精純步驟將上述碳酸氫鉀溶液進行精純后形成KHCO3結(jié)晶，煅燒后即制得電子級碳酸鉀成品。
本發(fā)明中的從含鉀母液到制成電子級碳酸鉀的過程是采用普通的方法和通用設(shè)備進行的。即上述方法中的步驟(3)、步驟(4)均為普通的方法，其具體過程可以是(3)含鉀母液處理步驟將上述的含鉀母液進行加熱蒸發(fā)，在100℃條件下使其中的NaHCO3結(jié)晶，當(dāng)所述母液中的K2O濃度達150-160g/L時，進行過濾，分離出NaHCO3；過濾得到的液體即為高濃度的碳酸氫鉀溶液。
(4)碳酸鉀精純步驟將上述碳酸氫鉀溶液蒸發(fā)至46-47°Bé，使含有硫酸鉀、氯化鉀的結(jié)晶析出，固液分離后的清液進行二次酸化，同時加入高錳酸鉀并進行攪拌，以使溶液中含有Si、Al、Fe的富鉀的硅酸鹽雜質(zhì)沉淀完全，控制反應(yīng)終點的pH值約為8-9，再將過濾清液蒸發(fā)至54-55°Bé，過濾除去碳酸鉀鈉復(fù)鹽，濾液進行三次酸化，使碳酸鉀成為碳酸氫鉀，經(jīng)結(jié)晶、分離、水洗后，在煅燒爐中煅燒即制得電子級碳酸鉀成品。
本發(fā)明中的富鉀巖石為富含鉀長石的各種巖石，包括鉀長石或鉀長石巖、富鉀火山巖、霞石正長巖、偉晶巖、富鉀頁巖和富鉀板巖等中的一種或幾種。富鉀巖石經(jīng)破碎，采用常規(guī)方法如搖床重選等方法選礦，得到以鉀長石為主要物相的粉體，要求粉體粒度為-200目。
在本發(fā)明的方法中，所述的原料煅燒步驟中的煅燒配料采用工業(yè)級碳酸鈉。也可以采用生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品——碳酸鉀鈉復(fù)鹽。
在本發(fā)明的方法中，在原料煅燒步驟中，將鉀長石粉體與碳酸鈉粉磨的顆粒粒度為-200目。
在本發(fā)明的方法中，在原料煅燒步驟中，煅燒時間優(yōu)選為0.5-1.5小時。
在本發(fā)明的方法中，除碳酸氫鉀結(jié)晶的水洗過程采用蒸餾水外，其余工序所使用的水為普通自來水。
本發(fā)明中在使用工業(yè)級碳酸鈉和碳酸鉀鈉復(fù)鹽作為配料進行煅燒時，所產(chǎn)生的CO2可回收利用。所述的原料煅燒步驟中產(chǎn)生的CO2和碳酸鉀精純步驟中的碳酸氫鹽煅燒過程中產(chǎn)生的CO2，用于浸取酸化步驟中的酸化或者碳酸鉀精純步驟中的二次酸化或三次酸化。所述原料煅燒步驟和碳酸氫鹽煅燒過程中所產(chǎn)生的CO2，經(jīng)除塵、凈化后，作為酸化中和所述母液的CO2。CO2的回收、除塵、凈化可采用普通方法和通用設(shè)備進行。
本發(fā)明中在含鉀母液的浸取酸化過程中，煅燒后的熟料粉體與水按質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1∶4-12的比例置于反應(yīng)釜中充分?jǐn)嚢杌旌?，之后通入CO2進行酸化中和，至溶液的pH值為8-9時為止。母液酸化中和過程中生成的偏鋁硅酸鹽膠體沉淀，經(jīng)適當(dāng)處理后，可用于制備一種新型無機非金屬材料——礦物聚合材料。
本發(fā)明中在含鉀母液處理過程中，即母液酸化中和、分離出偏鋁硅酸鹽膠體沉淀后過濾所得母液，再經(jīng)蒸發(fā)、結(jié)晶，至母液中的K2O濃度達1 50-160g/L時，進行過濾，分離出NaHCO3，煅燒后的產(chǎn)品70-80％為優(yōu)等純碳酸鈉，其余的碳酸鈉鉀復(fù)鹽，可作為原料煅燒步驟中的煅燒配料，循環(huán)使用。過濾得到的液體即為高濃度的碳酸氫鉀溶液。
本發(fā)明中在碳酸鉀精純過程中，將上述碳酸氫鉀溶液蒸發(fā)，使其中的少量硫酸鉀(和極少量氯化鉀)析出；固液分離后的清液進行二次酸化，加入適量高錳酸鉀并進行攪拌，使溶液中的Si、Al、Fe等雜質(zhì)生成沉淀；再將過濾清液蒸發(fā)至54°Bé，過濾除去碳酸鉀鈉復(fù)鹽。該碳酸鉀鈉復(fù)鹽可作為原料煅燒步驟中的煅燒配料，循環(huán)使用。濾液經(jīng)再次酸化、結(jié)晶、分離、水洗后，在煅燒爐中煅燒即制得電子級碳酸鉀成品。
在碳酸鉀提取分離過程中，從母液中分離出的少量工業(yè)級碳酸鈉和碳酸鉀鈉復(fù)鹽作為煅燒配料，循環(huán)使用；在碳酸鉀精純過程中所生成的硫酸鉀沉淀，可作為無氯鉀肥使用。
本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明利用富鉀巖石經(jīng)選礦制備的鉀長石粉體與配料進行煅燒，煅燒后的熟料粉體中的鉀轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄遭洠偻ㄟ^酸化、結(jié)晶、分離，制成優(yōu)等純碳酸鈉和電子級碳酸鉀，同時使非水溶性鉀礦的提鉀廢渣用作制備礦物聚合材料的原料。使用碳酸鈉和鉀鈉復(fù)鹽為配料煅燒鉀長石粉體時的CO2尾氣可回收利用?？沙浞值乩梦覈S富的非水溶性鉀礦資源。本發(fā)明的工藝設(shè)計合理，工藝流程簡單，生產(chǎn)過程無“三廢”排放，符合高效節(jié)能和“清潔生產(chǎn)”的環(huán)保要求。本發(fā)明的副產(chǎn)品—優(yōu)等純碳酸鈉是重要的化工原料，提鉀廢渣可直接制成礦物聚合材料，使得制取碳酸鉀與提鉀廢渣利用同步完成。該方法原料來源廣泛，資源利用率高，產(chǎn)品成本低，經(jīng)濟效益顯著，便于實施推廣。


圖1為利用富鉀巖石制取電子級碳酸鉀工藝流程圖具體實施方式
如圖1所示，原料為富鉀巖石經(jīng)破碎、選礦后制得的鉀長石粉體。配料為工業(yè)級碳酸鈉和生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品——碳酸鉀鈉復(fù)鹽。鉀長石粉體與配料混合后進行煅燒。煅燒后的熟料粉體加入適量水進行含鉀母液的浸取酸化步驟。浸取酸化步驟包括攪拌、酸化、過濾。過濾后得到的含鉀母液經(jīng)蒸發(fā)、結(jié)晶、分離、精純、結(jié)晶過程，先后制成優(yōu)等純碳酸鈉和電子級碳酸鉀成品。濾渣為偏鋁硅酸鹽膠體沉淀，用作制備礦物聚合材料的原料。使用碳酸鈉和碳酸鉀鈉復(fù)鹽為配料進行煅燒所排出的CO2尾氣可進行回收利用。
實施例如圖1所述，要求將鉀長石粉體粉磨至-200目，與碳酸鈉按1∶1.1的重量分?jǐn)?shù)比充分混合，在煅燒爐中進行煅燒，煅燒溫度為800℃，煅燒時間為1.5h，得到灰白色至淺綠色半燒結(jié)熟料粉體。與此同時，設(shè)在煅燒爐上方的氣體回收裝置，將煅燒過程中產(chǎn)生的CO2尾氣回收，并通過洗滌塔除塵、凈化后回收利用。
上述熟料粉體經(jīng)進一步粉磨后，按粉體與水之比為1∶8的重量分?jǐn)?shù)加入水并充分?jǐn)嚢杈鶆颉Ｈ缓笙蚪∧敢褐型ㄈ肷鲜龌厥盏腃O2氣體，至母液的pH值為8時為止。母液中的硅、鋁和其它主要雜質(zhì)組分以偏鋁硅酸鹽膠體的形式沉淀下來，經(jīng)過濾并進行適當(dāng)處理后，用作制備礦物聚合材料的原料。
再將過濾所得澄清母液在100℃條件下進行蒸發(fā)、結(jié)晶，至母液中的K2O濃度達155g/L為止。此時生成NaHCO3結(jié)晶，過濾后經(jīng)煅燒制得副產(chǎn)品——優(yōu)等純磷酸鈉。過濾得到的液體即為高濃度的碳酸氫鉀溶液。
將上述碳酸氫鉀溶液蒸發(fā)，使其中的少量硫酸鉀(和極少量氯化鉀)析出；然后按照0.2-0.6g/L(溶液)的比例加入高錳酸鉀并進行攪拌，使溶液中的Si、Al、Fe等雜質(zhì)生成沉淀；再將過濾清液蒸發(fā)至54°Bé，過濾除去鉀鈉復(fù)鹽。濾液經(jīng)再次碳化、結(jié)晶、分離、水洗后，在煅燒爐中煅燒即制得電子級碳酸鉀成品。上述碳酸氫鉀的水洗液加入新的含鉀母液，重復(fù)上述碳酸鉀提取分離過程。
本發(fā)明是利用富鉀巖石經(jīng)選礦制備的鉀長石粉體與配料進行煅燒，煅燒后的熟料粉體中的鉀轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄遭洠偻ㄟ^酸化、結(jié)晶、分離，制成優(yōu)等純碳酸鈉和電子級碳酸鉀，同時使非水溶性鉀礦的提鉀廢渣用作制備礦物聚合材料的原料。使用碳酸鈉和鉀鈉復(fù)鹽為配料煅燒鉀長石粉體時的CO2尾氣可回收利用。
發(fā)明人對本方法制得的碳酸鉀進行了測試，并與GB1587-2000中的II型碳酸鉀的指標(biāo)進行了比較，其結(jié)果見表1。
表1 實驗制備的碳酸鉀的化學(xué)成分分析結(jié)果

此外，本方法所制得的副產(chǎn)品-優(yōu)等純碳酸鈉，其實驗產(chǎn)品符合GB210-92(III類，優(yōu)等品)的標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種利用富鉀巖石制取電子級碳酸鉀的方法，其特征在于該方法包括下列步驟(1)原料煅燒步驟將鉀長石粉體與碳酸鈉按1∶0.8-1.4的重量份數(shù)均勻混合后粉磨，在煅燒爐中于750℃-850℃條件下進行煅燒，煅燒時間為至少0.5h；(2)浸取酸化步驟將煅燒后的熟料粉體與水按1∶4-12的重量份數(shù)置于反應(yīng)釜中充分?jǐn)嚢杌旌现?，通入CO2進行酸化中和，至溶液的pH值為8-9時為止，然后采用壓濾機進行過濾，過濾后的液體即為含鉀母液；(3)含鉀母液處理步驟將上述的含鉀母液經(jīng)加熱蒸發(fā)、分離出過濾得到的液體即為碳酸氫鉀溶液；(4)碳酸鉀精純步驟將上述碳酸氫鉀溶液進行精純后形成KHCO3結(jié)晶，煅燒后即制得電子級碳酸鉀成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用富鉀巖石制取電子級碳酸鉀的方法，其特征在于在所述的原料煅燒步驟中，所述的鉀長石粉體是將富鉀巖石經(jīng)破碎、選礦后，制得的以鉀長石為主要物相的粉體，所述的富鉀巖石為富含鉀長石的各種巖石，包括鉀長石或鉀長石巖、富鉀火山巖、霞石正長巖、偉晶巖、富鉀頁巖和富鉀板巖中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用富鉀巖石制取電子級碳酸鉀的方法，其特征在于所述的原料煅燒步驟中的煅燒配料碳酸鈉為工業(yè)級碳酸鈉。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用富鉀巖石制取電子級碳酸鉀的方法，其特征在于在所述的原料煅燒步驟中，將鉀長石粉體與碳酸鈉粉磨的顆粒粒度為-200目。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用富鉀巖石制取電子級碳酸鉀的方法，其特征在于在所述的含鉀母液處理步驟中，將含鉀母液進行加熱蒸發(fā)、分離過程是在100℃條件下使鉀母液中的NaHCO3結(jié)晶，當(dāng)所述母液中的K2O濃度達150-160g/L時，進行過濾，分離出NaHCO3；過濾得到的液體即為高濃度的碳酸氫鉀溶液。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的利用富鉀巖石制取電子級碳酸鉀的方法，其特征在于在所述的碳酸鉀精純步驟中將碳酸氫鉀溶液進行精純過程是將碳酸氫鉀溶液蒸發(fā)至46-47°Bé，使含有硫酸鉀、氯化鉀的結(jié)晶析出，固液分離后的清液進行二次酸化，同時加入高錳酸鉀并進行攪拌，以使溶液中含有Si、Al、Fe的富鉀的硅酸鹽雜質(zhì)沉淀完全，控制反應(yīng)終點的pH值約為8-9，再將過濾清液蒸發(fā)至54-55°Bé，過濾除去碳酸鉀鈉復(fù)鹽，濾液進行三次酸化，使碳酸鉀成為碳酸氫鉀，經(jīng)結(jié)晶、分離、水洗后即得到精純的KHCO3結(jié)晶。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用富鉀巖石制取電子級碳酸鉀的方法，其特征在于所述的原料煅燒步驟中產(chǎn)生的CO2和碳酸鉀精純步驟中的碳酸氫鹽煅燒過程中產(chǎn)生的CO2，用于浸取酸化步驟中的酸化或者碳酸鉀精純步驟中的二次酸化或三次酸化。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用富鉀巖石制取電子級碳酸鉀的方法，其特征在于所述的母液處理步驟生成的NaHCO3結(jié)晶經(jīng)煅燒后的產(chǎn)品70-80％為優(yōu)等純碳酸鈉，其余的碳酸鈉鉀復(fù)鹽和所述的碳酸鉀精純步驟中二次酸化后過濾得到的碳酸鉀鈉復(fù)鹽，二者均作為原料煅燒步驟中的煅燒配料，循環(huán)使用。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用富鉀巖石制取電子級碳酸鉀的方法，其特征在于所述的碳酸鉀精純步驟中所生成的雜質(zhì)沉淀為含有Si、Al、Fe的富鉀的硅酸鹽，作為原料煅燒步驟中的煅燒配料，循環(huán)使用。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用富鉀巖石制取電子級碳酸鉀的方法，其特征在于所述的碳酸鉀精純步驟中，碳酸氫鉀經(jīng)結(jié)晶、分離、水洗后的水洗液，直接濃縮、結(jié)晶為工業(yè)級碳酸鉀成品，返回到所述含鉀母液處理步驟中生成的碳酸氫鉀溶液中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用富鉀巖石制取電子級碳酸鉀的方法。該方法是將富鉀巖石經(jīng)破碎、選礦，得到以鉀長石為主要物相的粉體。將鉀長石粉體與碳酸鈉混合粉磨后，首先在750℃－850℃下煅燒，然后向煅燒得到的熟料粉體中加入適量水并充分?jǐn)嚢杌旌?，形成含鉀溶液。通過向含鉀溶液通入CO
文檔編號C01D7/22GK1517301SQ0310056
公開日2004年8月4日 申請日期2003年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月17日
發(fā)明者馬鴻文, 王英濱, 苗世頂, 張曉云, 戚洪彬 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)(北京)