專利名稱：混合堿液鉀鈉分離制取電子級碳酸鉀工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用混合堿液鉀鈉分離制取電子級碳酸鉀的工藝。
背景技術(shù)：
碳酸鉀是重要的無機化工產(chǎn)品之一，除了被大量用于制造彩色電視機的顯像管玻 殼、特殊玻璃外，還廣泛用于醫(yī)藥、日化、食品、橡膠、染料、炸藥、油墨、制革、陶瓷、電鍍、電 焊、建材、水晶、鉀肥皂等多種行業(yè)。近年來隨著科技的進步、電子工業(yè)的迅速發(fā)展，碳酸鉀 新用途的開發(fā)，對碳酸鉀的化學性能和物理性能提出了更高要求。鑒于我國碳酸鉀生產(chǎn)和 應(yīng)用現(xiàn)狀及未來的發(fā)展趨勢，應(yīng)不斷提高技術(shù)水平，改進產(chǎn)品質(zhì)量，增強碳酸鉀在國際市場 的競爭能力。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，利用非水溶性 鉀礦制取碳酸鉀是一種新的技術(shù)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混合 堿液鉀鈉分離制取電子級碳酸鉀的工藝。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種利用混合堿液鉀鈉分離制取電子級碳酸鉀工藝，包括以下步驟(1)混合堿液碳酸化步驟該混合堿液為氫氧化鉀與氫氧化鈉的混合溶液，將混 合堿液置于反應(yīng)釜中，充分攪拌，在70 90°C條件下，在攪拌的同時通入CO2，反應(yīng)后溶液 即為碳酸鹽溶液；其中，所采用的反應(yīng)釜為石英玻璃反應(yīng)釜，該石英玻璃反應(yīng)釜是采用油浴加熱，具 體操作是將混合堿液置于石英玻璃反應(yīng)釜中，充分攪拌，開啟油浴加熱，開啟攪拌的同時開 啟通氣閥門通入石灰窯氣(CO2體積百分濃度為40% )，控制氣體流速和攪拌速率，反應(yīng)結(jié) 束后關(guān)閉通氣閥，反應(yīng)后溶液即為碳酸鹽溶液；(2)碳酸鹽溶液濃縮步驟將上述碳酸鹽溶液經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶、離心分離，得到碳酸鈉 濾餅，水洗、煅燒干燥后為工業(yè)碳酸鈉的優(yōu)等品，濾液為含碳酸鉀的碳酸鈉母液；(3)含碳酸鉀的碳酸鈉母液濃縮步驟將上述碳酸鈉母液經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶、離心分離， 得到鉀鈉復(fù)鹽濾餅，濾液為鉀鈉復(fù)鹽母液；(4)鉀鈉復(fù)鹽母液濃縮步驟將上述鉀鈉復(fù)鹽母液經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶、離心分離，得到碳 酸鉀濾餅，濾液為碳酸鉀母液；(5)電子級碳酸鉀制備步驟將上述碳酸鉀濾餅，加一定水溶解，經(jīng)重結(jié)晶得到的 碳酸鉀濾餅，經(jīng)水洗、煅燒制得電子級碳酸鉀成品，剩余濾液為碳酸鉀母液。本發(fā)明中的混合堿液為霞石正長巖原礦經(jīng)粗碎、細碎和粉磨后制得的霞石正長巖 原礦粉體經(jīng)堿浸預(yù)脫硅、苛化、深度脫硅后得到含KOH和NaOH為主的堿性溶液，其中KOH與 NaOH的質(zhì)量比介于1 10 20 1。本發(fā)明在蒸發(fā)結(jié)晶時，采用的熱蒸汽都是可以循環(huán)利用的，冷凝水經(jīng)過處理也可以回收使用。本發(fā)明的方法的步驟(1)混合堿液的碳分酸化處理過程，所述的CO2的體積百分 濃度一般要求為35-45%，CO2的氣體流速200 400mL/min。所通入的CO2是石灰窯氣經(jīng) 除塵、凈化后得到的，CO2的體積百分濃度為40%。所述步驟(1)中，向混合堿液中通入CO2酸化至溶液中的pH值為10. 0士0. 5時為止。在本發(fā)明的方法的的步驟(1)中，在攪拌過程中，攪拌速率100 200rpm。本發(fā)明中混合溶液經(jīng)碳分酸化處理，所得碳酸鹽溶液，需經(jīng)以下三步蒸發(fā)結(jié)晶第一步蒸發(fā)結(jié)晶溫度在80°C _95°C之間，蒸發(fā)時間視蒸發(fā)水量而定，至溶液密 度達到1.40 1.50kg/L。也就是，在所述步驟(2)中，碳酸鹽溶液蒸發(fā)結(jié)晶的溫度為 80-95°C，經(jīng)分離碳酸鈉沉淀后含碳酸鉀的碳酸鈉母液的密度達到1. 40 1. 50kg/L，蒸發(fā) 結(jié)晶過程得到的碳酸鈉烘干后，作為本工藝的副產(chǎn)品。此過程分離出碳酸鈉后開始第二步蒸發(fā)結(jié)晶，蒸發(fā)溫度為80 95°C，經(jīng)分離鉀 鈉復(fù)鹽沉淀后可得到的鉀鈉復(fù)鹽母液的密度為1. 58 1. 62kg/L，K2O質(zhì)量百分比濃度 >50%。也就是，在所述步驟(3)中，含碳酸鉀的碳酸鈉母液蒸發(fā)結(jié)晶的溫度為80 95°C， 經(jīng)分離鉀鈉復(fù)鹽沉淀后，得到的鉀鈉復(fù)鹽母液的密度為1.58 1.62kg/L，其中K2CO3質(zhì)量 百分比濃度>50%，所得鉀鈉復(fù)鹽濾餅重新并入到步驟(2)的碳酸鹽溶液中循環(huán)，以回收 其中的碳酸鉀。第三步蒸發(fā)結(jié)晶是在50-70°C條件下，經(jīng)分離碳酸鉀濾餅的分離的碳酸鉀母液的 密度為，1. 56 1. 60kg/L，其中K2CO3質(zhì)量百分比濃度彡48%。分離的碳酸鈉將作為工藝的 副產(chǎn)品產(chǎn)出，分離的鉀鈉復(fù)鹽將重新加入到碳酸鹽溶液中溶解后循環(huán)，回收其中的碳酸鉀。 也就是，在所述步驟(4)中，鉀鈉復(fù)鹽母液的蒸發(fā)結(jié)晶的溫度為50 70°C，結(jié)晶過程得到的 碳酸鉀濾餅，直接煅燒可制得合格品碳酸鉀，所得碳酸鉀母液的密度為1. 56 1. 60kg/L， 其中K2CO3質(zhì)量百分比濃度>48%，將此碳酸鉀母液重新并入到步驟(3)的含碳酸鉀的碳 酸鈉母液中循環(huán)蒸發(fā)，以回收其中剩余的碳酸鉀。在本發(fā)明的方法中，所述步驟(5)中，碳酸鉀濾餅加入水后溶液的密度為1. 5kg/ L，重結(jié)晶是在50-70°C條件下，所得碳酸鉀母液的密度為1. 56 1. 60kg/L，其中K2CO3質(zhì)量 百分比濃度>48%，將此碳酸鉀母液重新并入到步驟(3)的含碳酸鉀的碳酸鈉母液中循環(huán) 蒸發(fā)，以回收其中剩余的碳酸鉀。在本發(fā)明的方法中，除碳酸鉀濾餅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；所有的水洗液均并入到步驟(2)中的碳酸鹽溶液中循環(huán)，以回收其中的 碳酸鉀。本發(fā)明中所用蒸發(fā)結(jié)晶方法可以采用真空蒸發(fā)結(jié)晶或者普通蒸發(fā)結(jié)晶方式，每一 步均可設(shè)計為多效蒸發(fā)。本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明利用霞石正長巖原礦經(jīng)粗碎、細碎、粉磨后制得的霞石正 長巖原礦粉體經(jīng)堿浸預(yù)脫硅、苛化深度脫硅后得到含KOH和NaOH為主的混合堿液，再通過 酸化、結(jié)晶、分離制成碳酸鈉和電子級碳酸鉀。蒸發(fā)結(jié)晶過程產(chǎn)生的水蒸汽和冷凝水以及石 灰窯氣除塵、凈化得到的CO2都是可以收集回收利用的。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。而且由于生產(chǎn)過程無氯離子介入，因此產(chǎn)品中氯離子含量明顯低于電子級碳酸鉀的國標優(yōu)等品指標。該方 法原料來源廣泛，資源利用率高，環(huán)境友好，產(chǎn)品成本低，經(jīng)濟效益顯著，便于實施推廣。


圖1為利用混合堿液鉀鈉分離制取電子級碳酸鉀工藝流程圖。
具體實施例方式如圖1所示，原料為霞石正長巖原礦經(jīng)粗碎、細碎、粉磨后制得的霞石正長巖原礦 粉體經(jīng)堿浸預(yù)脫硅、苛化、深度脫硅后得到含KOH和NaOH為主的混合堿液?；旌蠅A液通入 適量CO2進行酸化中和反應(yīng)后，得到主要成分為K2CO3和Na2CO3的碳酸鹽溶液。碳酸鹽溶液 經(jīng)高溫真空蒸發(fā)、結(jié)晶、分離，得到工業(yè)碳酸鈉優(yōu)等品，得到的碳酸鈉母液繼續(xù)高溫真空蒸 發(fā)、結(jié)晶分離得到鉀鈉復(fù)鹽濾餅，鉀鈉復(fù)鹽濾餅并入到碳酸鹽溶液中循環(huán)以回收其中的碳 酸鉀，剩余溶液為鉀鈉復(fù)鹽母液。再將鉀鈉復(fù)鹽母液高溫真空蒸發(fā)、結(jié)晶，分離得到碳酸鉀 濾餅，剩余溶液為碳酸鉀母液I，碳酸鉀母液I并入到前述碳酸鈉母液中循環(huán)蒸發(fā)，以回收 其中剩余的碳酸鉀。前面得到的碳酸鉀濾餅或者直接煅燒可制得合格品碳酸鉀，或者加水 溶解后的溶液在一定溫度下重結(jié)晶(低溫真空蒸發(fā))，將結(jié)晶碳酸鉀濾餅水洗、煅燒后得到 電子級碳酸鉀產(chǎn)品，剩余濾液為碳酸鉀母液II同樣并入前述碳酸鈉母液中循環(huán)，以回收其 中剩余的碳酸鉀。實施例霞石正長巖原礦經(jīng)粗碎、細碎、粉磨后制得小于200目的霞石正長巖原礦粉體。將 霞石正長巖原礦粉體置于反應(yīng)釜中，加入預(yù)先配制好的氫氧化鈉與氫氧化鉀質(zhì)量比大于 2. 85的混合溶液，混合溶液的體積與粉體質(zhì)量之比為3 1，擰好反應(yīng)釜密封蓋后開啟加熱 套加熱和攪拌進行預(yù)脫硅反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)離心分離得到含硅酸鉀、硅酸鈉為主的濾液 和鈉型沸石沉淀濾餅。將所得硅酸鹽體系濾液加入氫氧化鈣苛化除硅，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)離心 分離，得到含氫氧化鉀、氫氧化鈉為主的混合堿液和硅酸鈣濾餅，實現(xiàn)濾液中堿硅之間的分 離。所得混合堿液的化學成分分析結(jié)果見表1。表1混合堿液(Z3T-11)的化學成分分析結(jié)果(g/L) 如圖1所示，將混合堿液置于石英玻璃反應(yīng)釜中，充分攪拌，開啟油浴加熱至 80°C，開啟攪拌的同時開啟通氣閥門通入石灰窯氣(CO2的體積百分濃度約為40% )，控制 氣體流速300mL/min和攪拌速率300rpm，至溶液的pH為10時反應(yīng)結(jié)束，關(guān)閉通氣閥，反應(yīng) 后溶液即為碳酸鹽溶液。將碳酸鹽溶液在90°C條件下真空蒸發(fā)結(jié)晶，至溶液濃縮至47° Β ，密度約為 1. 48g/mL, K2O濃度達到376g/L停止，經(jīng)離心分離，得到碳酸鈉濾餅，進行煅燒，碳酸鈉濾餅 的煅燒溫度為200°C，干燥后為工業(yè)碳酸鈉的優(yōu)等品，濾液為碳酸鈉母液。將碳酸鈉母液 再經(jīng)90°C條件下真空蒸發(fā)結(jié)晶，至溶液濃縮至54° Β ，密度約為1.61g/mL，K2O濃度達到 568g/L停止，經(jīng)離心分離，得到鉀鈉復(fù)鹽濾餅，濾液為鉀鈉復(fù)鹽母液。將鉀鈉復(fù)鹽母液經(jīng)
660°C條件下真空蒸發(fā)結(jié)晶，至溶液濃縮至53° Β ，密度約為1. 58g/mL，K20濃度達到513g/L 停止，經(jīng)離心分離，得到碳酸鉀濾餅，此碳酸鉀濾餅若直接煅燒(碳酸鉀濾餅直接煅燒的溫 度為200°C )可制得合格品碳酸鉀，濾液為碳酸鉀母液。將碳酸鉀濾餅，加水溶解至溶液密 度約為1. 5g/mL，經(jīng)60°C下重結(jié)晶得到的碳酸鉀結(jié)晶，經(jīng)在200°C下煅燒2h，制得電子級碳 酸鉀(II型)產(chǎn)品。對本方法制得的碳酸鉀送至譜尼測試中心北京總部進行了測試，并與國標GB 1587-2000中II型碳酸鉀的指標進行了比較，結(jié)果見表2。表2碳酸鉀制品的質(zhì)量指標與國標對比 ％ 此外，本方法所制得的副產(chǎn)品-優(yōu)等工業(yè)碳酸鈉，其產(chǎn)品質(zhì)量符合GB210-92 (III 類，優(yōu)等品)的質(zhì)量指標(見表3)。表3碳酸鈉制品的質(zhì)量指標與國標對比 ％
權(quán)利要求
一種利用混合堿液鉀鈉分離制取電子級碳酸鉀工藝，其特征在于該工藝包括以下步驟(1)混合堿液碳酸化步驟該混合堿液為氫氧化鉀與氫氧化鈉的混合溶液，將混合堿液置于反應(yīng)釜中，充分攪拌，在70～90℃條件下，在攪拌的同時通入CO2，反應(yīng)后溶液即為碳酸鹽溶液；(2)碳酸鹽溶液濃縮步驟將上述碳酸鹽溶液經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶和離心分離，得到碳酸鈉濾餅，水洗和煅燒干燥后為工業(yè)碳酸鈉的優(yōu)等品，濾液為含碳酸鉀的碳酸鈉母液；(3)含碳酸鉀的碳酸鈉母液濃縮步驟將上述碳酸鈉母液經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶和離心分離，得到鉀鈉復(fù)鹽濾餅，濾液為鉀鈉復(fù)鹽母液；(4)鉀鈉復(fù)鹽母液濃縮步驟將上述鉀鈉復(fù)鹽母液經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶和離心分離，得到碳酸鉀濾餅，濾液為碳酸鉀母液；(5)電子級碳酸鉀制備步驟將上述碳酸鉀濾餅，加水溶解，經(jīng)重結(jié)晶得到的碳酸鉀濾餅，經(jīng)水洗、煅燒制得電子級碳酸鉀成品，剩余濾液為碳酸鉀母液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用混合堿液鉀鈉分離制取電子級碳酸鉀工藝，其特征在 于所述的混合堿液為霞石正長巖原礦經(jīng)粗碎、細碎和粉磨后制得的霞石正長巖原礦粉體 經(jīng)堿浸預(yù)脫硅、苛化和脫硅后得到含KOH和NaOH的堿性溶液，其中KOH與NaOH的質(zhì)量比介 于 1 10 20 1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用混合堿液鉀鈉分離制取電子級碳酸鉀工藝，其特征 在于所述的CO2的體積百分濃度為35-45%，CO2的氣體流速200 400mL/min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用混合堿液鉀鈉分離制取電子級碳酸鉀工藝，其特征 在于在所述的步驟(1)中，在攪拌過程中，攪拌速率100 200rpm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述利用混合堿液鉀鈉分離制取電子級碳酸鉀工藝，其特征在 于所述步驟⑴中，向混合堿液中通入CO2至溶液中的PH值為10. 0士0. 5。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述利用混合堿液鉀鈉分離制取電子級碳酸鉀工藝，其特征在 于在在所述步驟(2)中，碳酸鹽溶液蒸發(fā)結(jié)晶的溫度為80-95°C，經(jīng)分離碳酸鈉沉淀后含 碳酸鉀的碳酸鈉母液的密度達到1. 40 1. 50kg/L，蒸發(fā)結(jié)晶過程得到的碳酸鈉烘干后， 作為本工藝的副產(chǎn)品。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述利用混合堿液鉀鈉分離制取電子級碳酸鉀工藝，其特征在 于在所述步驟(3)中，含碳酸鉀的碳酸鈉母液蒸發(fā)結(jié)晶的溫度為80 95°C，經(jīng)分離鉀鈉 復(fù)鹽沉淀后，得到的鉀鈉復(fù)鹽母液的密度為1. 58 1. 62kg/L，其中K2CO3質(zhì)量百分比濃度 >50%，所得鉀鈉復(fù)鹽濾餅重新并入到步驟(2)的碳酸鹽溶液中循環(huán)，以回收其中的碳酸 鉀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述利用混合堿液鉀鈉分離制取電子級碳酸鉀工藝，其特征在 于在所述步驟(4)中，鉀鈉復(fù)鹽母液的蒸發(fā)結(jié)晶的溫度為50 70°C，結(jié)晶過程得到的碳 酸鉀濾餅，直接煅燒可制得合格品碳酸鉀，所得碳酸鉀母液的密度為1. 56 1. 60kg/L，其 中K2CO3質(zhì)量百分比濃度>48%，將此碳酸鉀母液
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述利用混合堿液鉀鈉分離制取電子級碳酸鉀工藝，其特征在 于所述步驟(5)中，碳酸鉀濾餅加入水后溶液的密度為1. 5kg/L，重結(jié)晶是在50-70°C條件下，所得碳酸鉀母液的密度為1. 56 1. 60kg/L，其中K2CO3質(zhì)量百分比濃度> 48%，將此碳 酸鉀母液重新并入到步驟(3)的含碳酸鉀的碳酸鈉母液中循環(huán)蒸發(fā)，以回收其中剩余的碳 酸鉀。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述利用混合堿液鉀鈉分離制取電子級碳酸鉀工藝，其特征在 于除碳酸鉀濾餅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；所有的 水洗液均并入到步驟(2)中的碳酸鹽溶液中循環(huán)，以回收其中的碳酸鉀。
全文摘要
一種利用混合堿液鉀鈉分離制取碳酸鉀的工藝。是以霞石正長巖類原礦經(jīng)粉碎、粉磨后制得的原礦粉體經(jīng)堿浸預(yù)脫硅、苛化深度脫硅后得到含KOH和NaOH的混合堿液為原料。混合堿液通入CO2進行中和反應(yīng)后，得到主要成分為K2CO3和Na2CO3的碳酸鹽溶液。碳酸鹽溶液經(jīng)蒸發(fā)、結(jié)晶、分離，制得副產(chǎn)品——工業(yè)碳酸鈉優(yōu)等品，其余濾液繼續(xù)蒸發(fā)、結(jié)晶、分離，得到鉀鈉復(fù)鹽濾餅，將復(fù)鹽濾餅并入到碳酸鹽溶液中循環(huán)以回收其中的碳酸鉀。剩余濾液繼續(xù)蒸發(fā)、結(jié)晶、離心分離得到碳酸鉀濾餅，剩余濾液為碳酸鉀母液，將剩余濾液并入到前述碳酸鈉母液中循環(huán)蒸發(fā)，以回收剩余的碳酸鉀。碳酸鉀濾餅加水溶解后的溶液在一定溫度下重結(jié)晶，將結(jié)晶濾餅水洗、煅燒后制得電子級碳酸鉀產(chǎn)品，剩余濾液并入前述碳酸鈉母液中循環(huán)。
文檔編號C01D7/07GK101913628SQ201010254878
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月16日
發(fā)明者劉曉婷, 劉梅堂, 馬鴻文 申請人:昊青薪材(北京)技術(shù)有限公司