專利名稱：一種堿性正長巖制備鋁酸鈉和鋁酸鉀混合溶液的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋁酸鈉和鋁酸鉀混合溶液的制備，具體地說，是涉及一種堿性正長巖制備鋁酸鈉和鋁酸鉀混合溶液的工藝。
背景技術(shù)：
我國是一個(gè)水溶性鉀鹽和鋁土礦資源都十分短缺的國家。堿性正長巖主要包括霞石正長巖和白槽正長巖(或者假白槽正長巖)。其主要礦物組成為鉀長石含量大于55wt%,霞石含量小于40wt%或白榴石(或者假白榴石)含量小于40wt% ;其中，假白榴石是白榴石發(fā)生分解生成鉀長石和白云母的集合體。霞石正長巖和白槽正長巖(或者假白槽正長巖)的主要化學(xué)成分為Si0245 60wt%，Al20318 30wt%，Na20<9wt%, K20>9wt%。可作為生產(chǎn)氧化鋁和碳酸鉀、碳酸鈉等產(chǎn)品的原料。現(xiàn)有工業(yè)中制備碳酸鉀的方法是采用離子交換法，即以工業(yè)級(jí)氯化鉀為原料，經(jīng)樹脂交換，產(chǎn)品轉(zhuǎn)型和蒸發(fā)結(jié)晶等工序得到產(chǎn)品碳酸鉀，這種方法加工過程冗長，且對(duì)氯化鉀原料的質(zhì)量要求高，綜合能耗和生產(chǎn)成本較高。我國的鋁土礦資源98wt%以上為一水硬鋁石型鋁土礦，且以中、低品位鋁土礦為主，這使得燒結(jié)法在我國氧化鋁工業(yè)中占有重要地位，其產(chǎn)量約占我國氧化鋁總產(chǎn)量的40wt%以上。近年來某些專利針對(duì)我國鋁土礦的資源屬性而提出一些改進(jìn)方法，CN85107051專利提出應(yīng)用拜耳法，采用加壓溶解，從一水硬鋁石型鋁土礦連續(xù)生產(chǎn)制取鋁酸鈉溶液，然后水解制取氫氧化鋁；CN1243496專利提出用200 300°C高溫苛性鈉溶液消化經(jīng)過磨細(xì)的一水硬鋁石型鋁土礦(也包括三水鋁石，勃姆石)，以形成一種漿料經(jīng)沉淀，過濾，分離出過飽和鋁酸鈉溶液；CN88104067專利提出利用鋁土礦和石灰石的高溫反應(yīng)原理設(shè)計(jì)一種新的燒結(jié)法，使流程簡(jiǎn)化，堿用量較低，并可提高Al2O3的溶出率。但上述專利均以鋁土礦為原料，而我國鋁土礦資源較為短缺，因此研究利用非鋁土礦資源生產(chǎn)氧化鋁技術(shù)，具有十分重要的工業(yè)應(yīng)用前景。霞石正長巖、白榴正長巖(或假白槽正長巖)等堿性正長巖資源是一種同時(shí)富含Al203、K20、Na20的礦產(chǎn)資源,可用作生產(chǎn)氧化鋁、碳酸鉀和碳酸鈉的原料。在1941 1970年間，前蘇聯(lián)利用Kola半島等地的磷霞巖、霓霞巖礦石回收磷灰石后的霞石精礦(Al20329. 3wt%)為原料，霞石精礦與石灰石，濕法混磨至-175 (86 μ m)目顆粒>95wt%，在回轉(zhuǎn)窯中于1300°C下燒結(jié)，生產(chǎn)氧化鋁和波特蘭水泥，副產(chǎn)碳酸鉀和碳酸鈉。這是迄今世界上此類資源實(shí)現(xiàn)規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)的唯一實(shí)例。但該工藝存在一次性資源消耗量大(石灰石3. 15t/t霞石精礦)、處理物料量大(2. 84t/t礦石)、高能耗(燃煤808Kg/t礦石)、溫室氣體排放量大(C023 . 25t/t礦石)等固有缺點(diǎn)，因而導(dǎo)致綜合生產(chǎn)成本較高，且生產(chǎn)過程的環(huán)境相容性較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用堿性正長巖資源制備鋁酸鈉和鋁酸鉀混合溶液的工藝，堿性正長巖燒結(jié)后的熟料經(jīng)堿液溶出，固液分離，濾液為鋁酸鈉和鋁酸鉀混合溶液；濾餅為富堿硅鈣渣；其中，得到的鋁酸鈉和鋁酸鉀混合溶液經(jīng)過碳分工序，再經(jīng)固液分離得到的濾餅為氫氧化鋁(或氧化鋁)產(chǎn)品；所得濾液為碳酸鉀和碳酸鈉的混合溶液，與堿回收工序所得濾液混合，用于制備碳酸鉀、碳酸鈉產(chǎn)品；堿性正長巖燒結(jié)后的熟料經(jīng)堿液溶出，并固液分離后所得到的濾餅為富堿硅鈣渣，在反應(yīng)釜中用堿液對(duì)富堿硅鈣渣進(jìn)行溶出，固液分離，濾液為氫氧化鈉和氫氧化鉀混合溶液，用于制備碳酸鉀和碳酸鈉產(chǎn)品，剩余濾渣為硅鈣渣，可用作生產(chǎn)輕質(zhì)墻體材料的原料。本發(fā)明顯著降低了堿性正長巖資源綜合利用工藝過程的綜合能耗和一次性資源消耗和溫室氣體排放量，且剩余的硅鈣渣可以用作生產(chǎn)輕質(zhì)墻體材料的原料，堿性正長巖原礦中的主要組分均轉(zhuǎn)變?yōu)檩^高附加值的產(chǎn)品，資源利用率達(dá)100%。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下一種堿性正長巖制備鋁酸鈉和鋁酸鉀混合溶液的工藝，包括以下步驟 原料燒結(jié)步驟將所述堿性正長巖礦粉與石灰石、純堿按一定的質(zhì)量比混合，在1000-1200°C溫度條件下燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)間為O. 5-2h，制成燒結(jié)熟料。燒結(jié)熟料溶出步驟配制溶出堿液，將所述的燒結(jié)熟料和所述的堿液一起在80 90°C溫度下，攪拌反應(yīng)15 30min，溶出液用于制備氫氧化鋁(或氧化鋁)和碳酸鉀、碳酸鈉產(chǎn)品，溶出渣用于回收堿及生產(chǎn)輕質(zhì)墻體材料的原料。溶出渣回收堿步驟反應(yīng)料漿過濾分離，得到鋁酸鈉和鋁酸鉀混合溶液，同時(shí)得到富堿硅鈣渣。配制堿液濃度為NaOH I 2mol/L，將所述的富堿硅鈣渣和所述堿液一起置于反應(yīng)釜中，在200-260°C下，恒溫反應(yīng)l_2h。反應(yīng)結(jié)束后過濾，得到氫氧化鈉和氫氧化鉀混合濾液；濾餅為硅鈣渣，用作生產(chǎn)輕質(zhì)墻體材料的原料。其中，燒結(jié)熟料溶出步驟得到的溶出液為鋁酸鈉和鋁酸鉀混合溶液，鋁酸鈉和鋁酸鉀混合溶液經(jīng)過碳分工序，制備氫氧化鋁(或氧化鋁)產(chǎn)品；固液分離，所得濾液為碳酸鉀和碳酸鈉的混合溶液，與堿回收工序所得濾液混合，用于制備碳酸鉀、碳酸鈉產(chǎn)品。在本發(fā)明的堿性正長巖制備鋁酸鈉和鋁酸鉀混合溶液的工藝中，堿性正長巖主要包括霞石正長巖和白槽正長巖，或者堿性正長巖主要包括霞石正長巖和假白槽正長巖，其中，主要包括霞石正長巖和白槽正長巖的堿性正長巖主要礦物組成為鉀長石含量大于55被％和霞石含量小于40wt%，或鉀長石含量大于55wt%和白榴石含量小于40wt% ;或者主要包括霞石正長巖和假白槽正長巖的堿性正長巖主要礦物組成為鉀長石含量大于55wt %和霞石含量小于40wt %，或鉀長石含量大于55wt %和假白榴石含量小于40wt % ；上述堿性正長巖的主要化學(xué)成分為Si0245 60wt %, Al20318 30wt %, Na2OOwt %,K20>9wt % ο優(yōu)化的，所述的原料燒結(jié)步驟，堿性正長巖、石灰石和純堿的配比按質(zhì)量比為1:0. 9 O. 95:1. O I. I。優(yōu)化的，所述的原料燒結(jié)步驟，燒結(jié)時(shí)間為O. 5 2h。優(yōu)化的，所述的原料燒結(jié)步驟，堿性正長巖、石灰石和純堿混合后，粉磨優(yōu)選范圍為粒徑〈74 μ m的顆粒>90%。優(yōu)化的，所述的燒結(jié)熟料溶出步驟，配置的溶出堿液濃度為Na2Oli 15 20g/L、Na20c5 10g/L。
優(yōu)化的，所述的燒結(jié)熟料溶出步驟，反應(yīng)溫度為80 90°C，液固質(zhì)量比為3 5。優(yōu)化的，所述的燒結(jié)熟料溶出步驟，反應(yīng)時(shí)間為15 30min。優(yōu)化的，所述的溶出渣回收堿步驟，反應(yīng)過程的攪拌速率為100 300轉(zhuǎn)/分。優(yōu)化的，所述的溶出渣回收堿步驟，反應(yīng)溫度為200 260°C，液固質(zhì)量比為3 5。本發(fā)明的有益效果如下堿性正長巖經(jīng)配入石灰石和純堿后燒結(jié)，所得燒結(jié)熟料中A1203、K2O和Na2O轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄缘匿X酸鈉和鋁酸鉀，經(jīng)過熟料的溶出、酸化、結(jié)晶、分離等工序，制成氫氧化鋁(或 氧化鋁)和碳酸鉀、碳酸鈉產(chǎn)品；溶出渣回收堿后剩余濾渣為硅鈣渣，用作生產(chǎn)輕質(zhì)墻體材料的原料。其中，碳酸鉀的制備方法，見中國地質(zhì)大學(xué)的發(fā)明專利《利用富鉀巖石制取電子級(jí)碳酸鉀的方法》(專利號(hào)ZL03100563. 2，2003-01-17);輕質(zhì)墻體材料的制備方法，見昊青薪材(北京)技術(shù)有限公司的發(fā)明申請(qǐng)《一種輕質(zhì)可承重墻體材料及其生產(chǎn)方法》(申請(qǐng)?zhí)?00810240071. 3)。本發(fā)明的特征在于工藝過程簡(jiǎn)單，產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)合理，生產(chǎn)過程中無“三廢”排放，環(huán)境相容性良好。本發(fā)明的產(chǎn)品氫氧化鋁和碳酸鉀、碳酸鈉均是重要的化工原料，剩余硅鈣渣可用作生產(chǎn)輕質(zhì)墻體材料的原料。該工藝所涉及的堿性正長巖資源豐富，原料來源廣泛，原礦中的主要組分均轉(zhuǎn)變?yōu)楦郊又递^高的產(chǎn)品，資源利用率達(dá)100%，且工藝過程的一次性資源和能源消耗量顯著降低，提高了堿性正長巖資源工業(yè)化利用的綜合經(jīng)濟(jì)效益。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步說明本發(fā)明的工藝。實(shí)施例I試驗(yàn)原料云南某地霞石正長巖試驗(yàn)原料為云南某地霞石正長巖，其化學(xué)成分分析結(jié)果見表I。該礦的主要物相組成為鉀長石58. 7wt%,霞石32. 8wt%,鐵黑云母2. 6wt%,黑槽石5. 7wt%。表I霞石正長巖原料的化學(xué)成分分析結(jié)果(wB%)
SiO2 TiO, Al2O., Fe2O., FeO MnO MgO CaO Na3O K2O P3O5 燒火 ;:總 Μ:55.71 0.25 21.85 1.19 0.78 0.02 0.41 1.65 4.02 12.51 0.07 1.48 99.94取上述霞石正長巖礦樣粉體，與石灰石和純堿的配比按質(zhì)量比為I. 0:0. 9:1. O混合均勻，混合物料的粒度范圍為，粒徑〈74 μ m的顆粒>90wt%。置于自動(dòng)控溫箱式電爐中，在1050°C燒結(jié)反應(yīng)I. Oh,所得燒結(jié)熟料磨細(xì)至-74 μ m的顆粒>90wt%，其化學(xué)成分分析結(jié)果見表2。取燒結(jié)熟料試樣I. Okg,配置濃度為Na20K 15g/L,Na20c5g/L的溶出堿液，液固質(zhì)量比為3: 1，置于80 90°C溫度的水浴中，開啟攪拌，反應(yīng)時(shí)間為30min，反應(yīng)結(jié)束后過濾，得到鋁酸鈉和鋁酸鉀混合溶液，用85°C的熱水分4次洗滌濾餅，洗滌后的濾餅置于干燥箱內(nèi)，在105°C下干燥12h，得到富堿硅鈣渣(用于后續(xù)堿的回收及制備輕質(zhì)墻體材料)，干燥后的濾餅采用化學(xué)分析方法測(cè)定其化學(xué)成分，用于計(jì)算燒結(jié)熟料中Al2O3的溶出率，其化學(xué)成分分析結(jié)果見表3，燒結(jié)熟料溶出液母液的主要化學(xué)成分分析結(jié)果見表4。取富堿硅鈣渣試樣600g，濃度2mol/L的NaOH堿液3L，置于反應(yīng)釜內(nèi)混合均勻，密封后開啟儀器，攪拌速度為300r/min，升高溫度至200°C，在該條件下恒溫反應(yīng)lh，反應(yīng)結(jié)束后過濾，得到氫氧化鈉和氫氧化鉀濾液(用于后續(xù)制備碳酸鉀和碳酸鈉)，用85°C的熱水分4次洗滌濾餅，濾餅為硅鈣渣，用作生產(chǎn)輕質(zhì)墻體材料的原料。其主要化學(xué)成分分析結(jié)果見表5。表2霞石正長巖燒結(jié)熟料的化學(xué)成分分析結(jié)果 (wB%)
權(quán)利要求
1.一種堿性正長巖制備鋁酸鈉和鋁酸鉀混合溶液的工藝，其特征在于以堿性正長巖礦粉為原料，包括以下步驟 原料燒結(jié)步驟將所述堿性正長巖礦粉與石灰石、純堿粉料按質(zhì)量比混合，在1000-1200°C溫度條件下燒結(jié)，制成燒結(jié)熟料； 燒結(jié)熟料溶出步驟配制溶出堿液，將所述的燒結(jié)熟料和所述的溶出堿液一起在80 90°C溫度條件下，攪拌反應(yīng)15 30min，反應(yīng)結(jié)束后過濾，得到溶出渣和溶出液，溶出液為鋁酸鈉和鋁酸鉀混合溶液，溶出渣為富堿硅鈣渣； 溶出渣回收堿步驟配制濃度為NaOH I 2mol/L的堿液，將所述的富堿硅鈣渣和所述的堿液一起置于反應(yīng)爸中，在200-260°C下,恒溫反應(yīng)l_2h,反應(yīng)結(jié)束后過濾,得到氫氧化鈉和氫氧化鉀混合濾液；濾餅為硅鈣渣，用作生產(chǎn)輕質(zhì)墻體材料的原料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種堿性正長巖制備鋁酸鈉和鋁酸鉀混合溶液的工藝，堿性正長巖主要包括霞石正長巖和白槽正長巖，或者堿性正長巖主要包括霞石正長巖和假白槽正長巖，其中，主要包括霞石正長巖和白槽正長巖的堿性正長巖主要礦物組成為鉀長石含量大于55wt%和霞石含量小于40Wt%，或鉀長石含量大于55wt%和白榴石含量小于40wt% ;或者主要包括霞石正長巖和假白槽正長巖的堿性正長巖主要礦物組成為鉀長石含量大于55wt%和霞石含量小于40wt%,或鉀長石含量大于55wt%和假白槽石含量小于40wt% ;上述堿性正長巖的主要化學(xué)成分為Si0245 60wt%，Al20318 30wt%，Na2OOwt %, K20>9wt %。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種堿性正長巖制備鋁酸鈉和鋁酸鉀混合溶液的工藝，原料燒結(jié)步驟，其特征在于堿性正長巖礦粉、石灰石和純堿粉料的配比按質(zhì)量比為I :0.9 O.95 I. O I. I。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種堿性正長巖制備鋁酸鈉和鋁酸鉀混合溶液的工藝，原料燒結(jié)步驟，其特征在于原料燒結(jié)時(shí)間為O. 5 2h。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種堿性正長巖制備鋁酸鈉和鋁酸鉀混合溶液的工藝，原料燒結(jié)步驟，其特征在于堿性正長巖礦粉、石灰石和純堿粉料混合后，粉磨粒度范圍為粒徑〈74 μ m的顆粒>90wt%
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種堿性正長巖制備鋁酸鈉和鋁酸鉀混合溶液的工藝，燒結(jié)熟料溶出步驟，其特征在于配制的溶出堿液濃度為Na20K15 20g/L，Na20c5 10g/L。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種堿性正長巖制備鋁酸鈉和鋁酸鉀混合溶液的工藝，燒結(jié)熟料溶出步驟，其特征在于溶出溫度為80 90°C，液固質(zhì)量比為3 5，反應(yīng)時(shí)間為15 30mino
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種堿性正長巖制備鋁酸鈉和鋁酸鉀混合溶液的工藝，溶出渣回收堿步驟，其特征在于反應(yīng)溫度為200 260°C，液固質(zhì)量比為3 5，反應(yīng)過程的攪拌速率為100 300轉(zhuǎn)/分。
全文摘要
一種堿性正長巖制備鋁酸鈉和鋁酸鉀混合溶液的工藝，包括原料燒結(jié)、燒結(jié)熟料溶出和溶出渣堿回收。堿性正長巖配以石灰石和純堿后燒結(jié)，用堿液溶出燒結(jié)熟料，固液分離，濾液為鋁酸鈉和鋁酸鉀混合溶液，濾餅為富堿硅鈣渣；用堿液對(duì)富堿硅鈣渣進(jìn)行溶出，固液分離，濾液為氫氧化鈉和氫氧化鉀的混合溶液，濾渣為硅鈣渣。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，燒結(jié)熟料的堿浸濾液用于制備氫氧化鋁(或氧化鋁)和碳酸鉀、碳酸鈉，剩余硅鈣渣用作生產(chǎn)輕質(zhì)墻體材料的原料，堿性正長巖原礦中的主要組分轉(zhuǎn)變?yōu)楦吒郊又档漠a(chǎn)品，資源利用率達(dá)100%。排放的CO2氣體經(jīng)過除塵、凈化后，可用于鋁酸鈉和鋁酸鉀混合溶液碳酸化分解制備氫氧化鋁和制備碳酸鉀、碳酸鈉，提高了堿性正長巖資源工業(yè)化利用的綜合經(jīng)濟(jì)效益。溶出率為97.1wt%。
文檔編號(hào)C01F7/08GK102838147SQ201210335658
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月11日
發(fā)明者陳小鑫, 楊雪, 馬鴻文 申請(qǐng)人:昊青薪材(北京)技術(shù)有限公司