專利名稱：鉀長石低溫分解方法
一、所屬技術(shù)領(lǐng)域鉀長石礦物低溫分解綜合利用生產(chǎn)化肥及化工原料技術(shù)。
背景技術(shù)：
我國土壤缺鉀嚴重，鉀肥的需求很大。而我國水溶性鉀鹽礦資源很少，水不溶性的鉀長石礦十分豐富，鉀長石在常溫下不溶于水，也不溶于醋酸、硝酸、硫酸、堿及無機鹽類。如何綜合開發(fā)利用鉀長石資源，具有重要意義。我國從上世紀五十年代末就開始了鉀長石綜合利用的研究，主要采用高溫?zé)Y(jié)法分解出元素鉀；后采用加入助劑高溫鍛燒制取水溶性的鋁酸鉀；或在生產(chǎn)鈣鎂磷肥時加入適量鉀長石在高溫條件下生產(chǎn)鈣鎂磷鉀復(fù)合肥；也有生產(chǎn)水泥時，以鉀長石代替粘土，其產(chǎn)出的副產(chǎn)品為可溶性鉀肥。這些方法在技術(shù)上和經(jīng)濟上都存在一些問題，如能耗大，收率低，產(chǎn)品含鉀量低，工藝復(fù)雜等。近期開發(fā)了低溫分解鉀長石制取鉀肥的研究，小試中，鉀長石的分解率和助劑回收率雖均較高，達到95％以上，但由于采用的工藝不合理及使用的助劑較貴，副產(chǎn)品不能有效利用，而不能實現(xiàn)工業(yè)化，綜合利用尚不成熟，未達到實用目的。
在國外，歐美等國家，可溶性鉀資源豐富，因此，利用不溶性鉀礦物的研究很少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為綜合利用鉀長石礦物，生產(chǎn)化肥及化工原料，提供一種工藝合理的低溫分解技術(shù)。本發(fā)明利用助劑低溫分解鉀長石，生產(chǎn)硫酸銨鉀復(fù)合肥、自炭黑、聚合硫酸鋁，并回收主要助劑反復(fù)使用，成本低、能耗低、鉀長石分解后綜合利用率高，無廢氣、廢水、廢渣排放，鉀長石分解率高。是一種低成本、高效益、工藝簡單合理的綜合利用鉀長石資源生產(chǎn)化肥及化工原料的新技術(shù)，并可實現(xiàn)工業(yè)化，達到實用目的。
本發(fā)明采取的技術(shù)方案是將鉀長石與硫酸和助劑氟硅酸混合，在溫度為90～150℃時進行反應(yīng)，生成四氟化硅氣體和可溶性鹽類，四氟化硅氣體經(jīng)四級吸收、過濾后得到氟硅酸和硅酸沉淀物，氟硅酸仍可作為助劑重復(fù)使用，硅酸沉淀物經(jīng)清洗、干燥后可加工成白炭黑。可溶性鹽類加入氨水并加熱攪拌進行中和，生成含有鉀離子的溶液和氫氧化鋁沉淀物。含有鉀離子的溶液經(jīng)加熱濃縮制取硫酸銨鉀復(fù)合肥。氫氧化鋁沉淀物加入硫酸反應(yīng)溶解，再加入碳酸鈉堿化，制取聚合硫酸鋁。
本發(fā)明采用氟硅酸作為助劑，將鉀長石低溫分解后，可制取白炭黑、硫酸銨鉀、聚合硫酸鋁及回收助劑氟硅酸。白炭黑可作為天然橡膠、合成橡膠的補強材料及填料等用途，硫酸銨鉀為復(fù)合肥，聚合硫酸鋁可用作水處理的絮凝劑等，而氟硅酸仍可作為本發(fā)明的助劑重復(fù)使用，實現(xiàn)了鉀長石經(jīng)低溫分解后得到充分的綜合利用。無廢氣、廢水、廢渣排放，全部助劑回收達到閉合循環(huán)和副產(chǎn)品全部利用。
本發(fā)明的工藝流程為經(jīng)流程1備料后進入流程2反應(yīng)、生成四氟化硅氣體和可溶性鹽類，四氟化硅氣體經(jīng)流程3四級吸收和流程4過濾，得到氟硅酸溶液和硅酸沉淀物，氟硅酸溶液可供回收使用，硅酸沉淀物經(jīng)流程5加工后便可制成白炭黑粉；流程2反應(yīng)后得到的可溶性鹽類進入流程6氨中和，生成硫酸銨鉀溶液和氫氧化鋁沉淀物，硫酸銨鉀溶液經(jīng)流程7濃縮便可制取硫酸銨鉀復(fù)合肥，而氫氧化鋁沉淀物經(jīng)流程8加酸反應(yīng)和流程9堿化，便可制取聚合硫酸鋁；其中流程1備料將鉀長石進行粉碎，粉碎后鉀長石的顆粒度為≤80目，氟硅酸的濃度為20～60％，硫酸的濃度為≥50％；流程2反應(yīng)將粉碎后的鉀長石與硫酸，助劑氟硅酸按一定比例加入反應(yīng)釜中，并加熱攪拌進行反應(yīng)，鉀長石與氟硅酸、硫酸配比為鉀長石∶氟硅酸∶硫酸＝1千克∶3～10升∶0.025～3升，溫度為90～150℃，常壓，反應(yīng)時間≥1小時；反應(yīng)后生成四氟化硅氣體和可溶性鹽類。
流程3四級吸收將反應(yīng)室反應(yīng)生成的四氟化硅氣體隨時導(dǎo)出進行四級吸收，第一級、第二級吸收的介質(zhì)為稀氟硅酸，第三級、第四級的介質(zhì)為水。將四氟化硅氣體依次通過第一級、第二級、第三級、第四級中的介質(zhì)進行吸收，此時氣體中的四氟化硅與各級介質(zhì)中的水反應(yīng)生成氟硅酸并有硅酸沉淀物沉淀。
流程4過濾將吸收四氟化硅氣體后的四級介質(zhì)分別加溫至60～80℃，保溫6～10小時，控制PH值≥4，使介質(zhì)中的不溶性硅酸沉淀。待硅酸沉淀后，對四級介質(zhì)分別進行過濾，過濾后得到的氟硅酸溶液，可供回收使用。過濾后得到的沉淀物為硅酸沉淀物。
流程5加工將流程4過濾后得到的硅酸沉淀物先進行用水清洗，再經(jīng)壓濾，壓濾后的濾餅加熱至130～180℃進行干燥，便制取了白炭黑，然后根椐需要進行磨細，制成白炭黑粉。
流程6氨中和將流程2反應(yīng)后生成的可溶性鹽類加熱至沸騰，再逐漸加入氨水，使氨與可溶性鹽類進行中和反應(yīng)，生成硫酸銨鉀溶液和氫氧化鋁沉淀物，氨水的加入至不再產(chǎn)生氫氧化鋁沉淀物即可停止加入并進行過濾分離。
流程7濃縮將氨中和后得到的硫酸銨鉀溶液加熱濃縮，使硫酸銨鉀結(jié)晶析出，分離出硫酸銨鉀進一步干燥脫水，可制取硫酸銨鉀復(fù)合肥。
流程8加酸反應(yīng)將氨中和后得到的氫氧化鋁沉淀物逐步加入硫酸并攪拌，待氫氧化鋁與硫酸全部反應(yīng)、溶解于硫酸中后停止加入硫酸。
流程9堿化將加硫酸反應(yīng)后得到的溶液中緩慢加入碳酸鈉，并調(diào)節(jié)堿化度，控制PH值為3.5-4.0，溫度控制在70-90℃，加入適量添加劑，添加劑為含鎂化合物，并進行保溫熟化，保溫時間≥1小時，便可制取聚合硫酸鋁。
由于本發(fā)明采用氟硅酸作為助劑，鉀長石與硫酸便可在低溫下進行分解，再經(jīng)四級吸收、氨中和、堿化等，便可制取白炭黑、硫酸銨鉀、硫酸鋁及可回收使用的助劑氟硅酸，使鉀長石得到了充分的綜合利用，整個過程無廢氣、廢水、廢渣排放。因此本發(fā)明具有工藝簡單合理，能耗低、成本低，鉀石分解率高(可達99％)，無“三廢”排放，鉀長石綜合利用率高等特點，是一種鉀長石資源低溫分解可綜合利用的低耗、低成本、高效益、可實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的新技術(shù)。
四

附圖為本發(fā)明工藝流程示意圖。
圖中、1備料，2反應(yīng)，3四級吸收，4過濾，5加工，6氨中和，7濃縮，8加酸反應(yīng)，9堿化，A氟硅酸、B白炭黑，C硫酸銨鉀，D聚合硫酸鋁五、具體實施方法先將鉀長石粉碎至100～160目。
按鉀長石1000克、濃度為45％的氟硅酸3000毫升、濃硫酸1000毫升的比例加入反應(yīng)釜，混合均勻，在不斷攪拌下，升溫至130～150℃，保溫3小時，生成四氟化硅氣體和可溶性鹽類。
將反應(yīng)釜反應(yīng)中生成的四氟化硅氣體用管道導(dǎo)出進行四級吸收，第一級、第二級均為介質(zhì)是稀氟硅酸溶液的密封容器、第三級為介質(zhì)是水密封的容器，第四級介質(zhì)是水的噴淋吸收裝置。反應(yīng)釜生成的四氟化硅氣體先進入第一級稀氟硅酸容器、被第一次吸收，四氟化硅與稀氟硅酸中的水反應(yīng)生成氟硅酸，使第一級稀氟硅酸含量增加，成為濃氟硅酸，剩余氣體由第一級排出后進入第二級稀氟硅酸溶液中，再一次與第二級稀氟硅酸中的水反應(yīng)，使氟硅酸含量也提高，但其含量不如第一級。此時反應(yīng)釜排出的氣體中四氟化硅含量的大部分被第一級、第二級吸收，為充分吸收第二級排出的氣體中的四氟化硅，再使氣體通入第三級和第四級吸收，使氣體中的四氟化硅全部被水吸收，在吸收四氟化硅的同時，每級液體中都有硅酸呈固體沉淀。
然后將四級的介質(zhì)分別加溫至60～80℃，保溫8-10小時，控制PH值≥4，使介質(zhì)中的硅酸全部轉(zhuǎn)換成白炭黑。并進行過濾，分離出氟硅酸溶液和白炭黑沉淀物，第一級的氟硅酸溶液濃度最高，可直接作為助劑與鉀長石、硫酸混合進行流程2、反應(yīng)中使用。第二級的氟硅酸溶液可作為下一循環(huán)的第一級的介質(zhì)使用，第三級的氟硅酸溶液進行濃縮后可作為第二級的介質(zhì)，而第四級的經(jīng)濃縮后作為第三級的介質(zhì)使用。
過濾后得到的石炭黑沉淀物先用清水清洗兩次，再進行壓濾排出大部分水，過濾后的濾餅加熱至140-160℃進行干燥，便制取了白炭黑，再根據(jù)用戶需要加工成白炭黑粉，可作為天然橡膠、合成橡膠的補強材料或填料。
將反應(yīng)釜反應(yīng)后生成的可溶性鹽類(此時呈溶液)加熱至沸騰，再逐漸加入氨水(氨水的濃度高，反應(yīng)快，時間短，但不好控制；氨水濃度小，反應(yīng)慢，時間長，但易控制，實施時，可根據(jù)需要進行選擇)進行中和，生成硫酸銨鉀溶液和氫氧化鋁沉淀物，直至不再生成氫氧化鋁沉淀物產(chǎn)生就可停止加入氨水。然后進行過濾、分離出硫酸銨鉀溶液和氫氧化鋁沉淀物。
將氨中和后分離出的硫酸銨鉀溶液加熱濃縮，使硫酸銨鉀結(jié)晶呈固體，分離出硫酸銨鉀后進一步干燥脫水，便可制取硫酸銨鉀復(fù)合肥。
將氨中和后得到的氫氧化鋁沉淀物逐漸加入硫酸并攪拌，使氫氧化鋁與硫酸全部反應(yīng)、溶解于硫酸中，并停止加入硫酸。
將加硫酸反應(yīng)后的溶液中緩慢加入碳酸鈉，調(diào)節(jié)堿化度，控制PH值為3.5-4.0，溫度控制在70-90℃，保溫熟化2小時，便可制取硫酸鋁，如添加適量添加劑，便得到的水處理用的聚合硫酸鋁。
由上可見，本發(fā)明采用氟硅酸作為助劑，鉀長石與硫酸可在90-150℃的低溫下進行分解，再經(jīng)四級吸收、氨中和、堿化等后，制取了白炭黑、硫酸銨鉀、聚合硫酸鋁，及回收助劑氟硅酸，使鉀長石得到了綜合利用，因此具有工藝簡單合理、能耗低、成本低，鉀長石分解率高(可達99％)，無“三廢”排放，鉀長石綜合利用率高等特點。
權(quán)利要求
1.一種鉀長石低溫分解方法，其特征是將鉀長石與硫酸和助劑氟硅酸混合，在溫度為90～150℃時進行反應(yīng)，生成四氟化硅氣體和可溶性鹽類，四氟化硅氣體經(jīng)四級吸收、進濾后得到氟硅酸和硅酸沉淀物，氟硅酸仍可作為助劑重復(fù)使用，硅酸沉淀物經(jīng)清洗、干燥后可加工成白炭黑，可溶性鹽類加入氨水并加熱攪拌進行中和，生成含有鉀離子的溶液和氫氧化鋁沉淀物，含有鉀離子的溶液經(jīng)加熱濃縮制取硫酸銨鉀復(fù)合肥，氫氧化鋁沉淀物加入硫酸反應(yīng)溶解，再加入碳酸鈉堿化，制取聚合硫酸鋁。
2.根椐權(quán)利要求1所述的鉀長石低溫分解方法，其特征是其工藝流程為經(jīng)流程1備料后進入流程2反應(yīng)、生成四氟化硅氣體和可溶性鹽類，四氟化硅氣體經(jīng)流程3四級吸收和流程4過濾，得到氟硅酸溶液和硅酸沉淀物，氟硅酸溶液可供回收使用，硅酸沉淀物經(jīng)流程5加工后便可制成白炭黑粉；流程2反應(yīng)后得到的可溶性鹽類進入流程6氨中和，生成硫酸銨鉀溶液和氫氧化鋁沉淀物，硫酸銨鉀溶液經(jīng)流程7濃縮便可制取硫酸銨鉀復(fù)合肥，而氫氧化鋁沉淀物經(jīng)流程8加酸反應(yīng)和流程9堿化，便可制取聚合硫酸鋁；其中流程1備料將鉀長石進行粉碎，粉碎后鉀長石的顆粒度為≤80目，氟硅酸的濃度為20～60％，硫酸的濃度為≥50％；流程2反應(yīng)將粉碎后的鉀長石與硫酸、助劑氟硅酸按一定比例加入反應(yīng)釜中，并加熱攪拌進行反應(yīng)，鉀長石與氟硅酸、硫酸配比為鉀長石∶氟硅酸∶硫酸＝1千克∶3～10升∶0.025～3升，溫度為90～150℃，常壓，反應(yīng)時間≥1小時；流程3四級吸收將反應(yīng)釜反應(yīng)生成的四氟化硅氣體隨時導(dǎo)出進行四級吸收，第一級、第二級吸收的介質(zhì)為稀氟硅酸，第三級、第四級的介質(zhì)為水；流程4過濾將吸收四氟化硅氣體后的四級介質(zhì)分別加溫至60～80℃，保溫6～10小時，控制PH值≥4，使介質(zhì)中的不溶性硅酸沉淀，待硅酸沉淀后，對四級介質(zhì)分別進行過濾，過濾后得到的氟硅酸溶液可供回收使用；流程5加工將流程4過濾后得到的硅酸沉淀物先進行用水清洗，再經(jīng)壓濾，壓濾后的濾餅加熱至130～180℃進行干燥，便制取了白炭黑；流程6氨中和將流程2、反應(yīng)后生成的可溶性鹽類加熱至沸騰，再逐漸加入氨水，使氨與可溶性鹽類進行中和反應(yīng)，生成硫酸銨鉀溶液和氫氧化鋁沉淀物，氨水的加入至不再產(chǎn)生氫氧化鋁沉淀物即可停止加入并進行過濾分離；流程7濃縮將氨中和后得到的硫酸銨鉀溶液加熱濃縮，使硫酸銨鉀結(jié)晶析出，分離出硫酸銨鉀進一步干燥脫水，可制取硫酸銨鉀復(fù)合肥；流程8加酸反應(yīng)將氨中和后得到的氫氧化鋁沉淀物逐步加入硫酸并攪拌，待氫氧化鋁與硫酸全部反應(yīng)、溶解于硫酸中后停止加入硫酸；流程9堿化將加硫酸反應(yīng)后得到的溶液中緩慢加入碳酸鈉，并調(diào)節(jié)堿化度，控制PH值為3.5-4.0，溫度控制在70-90℃，加入適量添加劑，添加劑為含鎂化合物，并進行保溫熟化，保溫時間≥1小時，便可制取聚合硫酸鋁。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鉀長石礦物低溫分解綜合利用生產(chǎn)化肥及化工原料技術(shù)，將鉀長石與硫酸和助劑氟硅酸混合在溫度為90～150℃中反應(yīng)生成四氟化硅氣體和可溶性鹽類，四氟化硅氣體經(jīng)四級吸收后得到可重復(fù)使用的助劑氟硅酸和硅酸沉淀物，硅酸沉淀物經(jīng)加工后制成可作橡膠補強材料等用途的白炭黑，可溶性鹽類經(jīng)氨中和后生成含鉀離子溶液和氫氧化鋁沉淀物，含鉀離子溶液加熱濃縮后可制取硫酸銨鉀復(fù)合肥，氫氧化鋁沉淀物經(jīng)加酸反應(yīng)、堿化，可制取水處理絮凝等用途的聚合硫酸鋁，因此具有工藝簡單合理，能耗低、成本低、效益高，鉀長石分解率高(可達99％)和綜合利用率高，無“三廢”排放，助劑回收率高等特點。
文檔編號C01F7/74GK1557781SQ200410023558
公開日2004年12月29日 申請日期2004年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月4日
發(fā)明者薛彥輝 申請人:薛彥輝