本發(fā)明涉及化合物生產(chǎn)方法技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于鉀長石的硫酸鉀制取方法。

背景技術(shù)：

鉀長石是構(gòu)成地殼的主要硅酸鹽礦物之一。早在20世紀(jì)初，科學(xué)家就開始了利用鉀長石制取鉀鹽的探索研究。其中對現(xiàn)今仍具有重要影響的制備硫酸鉀技術(shù)主要有：鉀長石酸解法，在60～100℃下鉀長石可與H₂SO₄+H₂SiF₆反應(yīng)生成K₂SiF₆，以H₂SO₄-(NH₄)₂SO₄-CaF₂為助劑，150～200℃下鉀長石分解率達(dá)90％～96％，雖然該法反應(yīng)溫度低，但因助劑用量大，導(dǎo)致能耗甚至高出石灰石燒結(jié)法30.3％，還存在設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、硫酸鉀分離過程復(fù)雜、氟化物循環(huán)損耗，以及大量副產(chǎn)無機(jī)硅產(chǎn)品市場容量受限等難以克服的問題；鉀長石燒結(jié)法，原料摩爾比為鉀長石:石膏:碳酸鈣為1:1:20～14，燒結(jié)溫度1050℃，反應(yīng)時間2～3小時，該法存在燒結(jié)物料量大、能耗高于石灰石燒結(jié)法、一次性資源消耗量大、硅鈣渣排放量大不易處理等缺點。而以脫硫石膏為配料直接生產(chǎn)鉀鈣硅肥，則存在有效養(yǎng)分含量低、燒結(jié)過程環(huán)境相容性差等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有硫酸鉀制備方法存在助劑用量大，能耗高，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、分離過程復(fù)雜、氟化物循環(huán)損耗的缺陷，設(shè)計了一種基于鉀長石的硫酸鉀制取方法，不存在設(shè)備嚴(yán)重腐蝕和貯銷大量副產(chǎn)鹽酸問題，工藝流程簡單、鉀長石資源利用率高。

本發(fā)明所要求解決的技術(shù)問題可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種基于鉀長石的硫酸鉀制取方法，包括如下步驟：

S1、制備鉀長石粉體：取正長巖礦石，經(jīng)破碎、粉磨至粒徑小于74μm，得到顆粒含量大于90％的鉀長石粉體，作為制取硫酸鉀的原料；

S2、堿溶脫硅反應(yīng)：水熱條件下，將鉀長石置于KOH溶液中，鉀長石發(fā)生分解反應(yīng)，脫去2/3的SiO₂，固相產(chǎn)物為六方鉀霞石，液相產(chǎn)物為硅酸鉀溶液；

S3、酸浸溶鉀反應(yīng)：鉀霞石在酸性介質(zhì)中易于分解，K₂O、Al₂O₃組分可被溶出，SiO₂則呈現(xiàn)云霞狀硅膠，調(diào)節(jié)H₂SO₄用量，可控制僅溶出K₂O，得到近于純凈的K₂SO₄溶液，固相產(chǎn)物為鋁硅濾餅，其化學(xué)成分與高嶺石(Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O)類似；

S4、硫酸鉀析晶反應(yīng)：將所得硫酸鉀溶液經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶，即制得硫酸鉀產(chǎn)品；

S5、硅灰石的制備：硅灰石的制備包括沉硅反應(yīng)和晶化反應(yīng)；

S6、煅燒高嶺土的制備：煅燒高嶺土包括漂白除鐵和高溫煅燒；

所述堿溶脫硅反應(yīng)的優(yōu)化反應(yīng)為取鉀長石粉體5.0kg，KOH配比R1.0，液固質(zhì)量比為3。混合物料置于容積25L的反應(yīng)釜中，升溫至260℃，恒溫反應(yīng)2小時，所得產(chǎn)物為鉀霞石濾餅和硅酸鉀堿液，分別用作后續(xù)制備硫酸鉀和針狀硅灰石的原料。

所述酸浸溶鉀反應(yīng)的優(yōu)化反應(yīng)為取鉀霞石粉體(KX-1)1.0kg，液固質(zhì)量比為5，在攪拌(150r·min^-1)下加入硫酸(98％)過量20％，控制溶出溫度為80℃，反應(yīng)時間4小時，抽濾分離，得硫酸鉀濾液(含一次洗液)8.7L，用于硫酸鉀結(jié)晶反應(yīng)。

所述硫酸鉀析晶反應(yīng)采用醇析法，可以減少蒸發(fā)量，將硫酸鉀溶液蒸發(fā)至體積為5L，即液相體積恰好滿足下一批次鉀霞石酸浸反應(yīng)用水，按照水/乙醇體積比為3:2加入乙醇，60℃下硫酸鉀析出率為80.1％，醇析后余液升溫至80℃，回收乙醇后循環(huán)利用。

所述沉硅反應(yīng)過程為取硅灰石量取硅酸鉀濾液(TS-1)200ml，按照nCaO/nSiO₂＝1稱取CaO；按液固質(zhì)量比為10加入蒸餾水，攪拌均勻后倒入反應(yīng)釜中，在攪拌(150r·min^-1)下升溫至160℃，恒溫攪拌(50r·min^-1)下反應(yīng)1小時，倒出漿料過濾，熱水洗滌濾餅，將水合硅酸鈣濾餅在105℃下干燥2小時；

所述晶化反應(yīng)為取水合硅酸鈣試樣83g(含水率64.0％)，按照液固質(zhì)量比15加入蒸餾水，混合攪拌均勻，室溫下陳化1小時，置于反應(yīng)釜中。室溫至120℃升溫過程，攪拌速率為150r·min^-1；繼續(xù)升溫至260℃，攪拌速率50r·min^-1，靜態(tài)反應(yīng)1小時，通冷凝水冷卻，過濾分離。

所述漂白除鐵工藝過程為取液固質(zhì)量比為6，NaClO溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9％)20％，室溫反應(yīng)2小時；過濾后按液固質(zhì)量比為6配制漿料，加入Na2S2O4(8％)、草酸(5％)，在80℃下反應(yīng)2小時，過濾洗滌，得除鐵后的鋁硅濾餅。

所述高溫煅燒為在700～900℃下煅燒1小時，所得制品的白度為87.2％～87.6％；取煅燒溫度為900℃，煅燒時間為0.5～2小時，制品白度為87.5％～87.6％。

本發(fā)明所公開的基于鉀長石的硫酸鉀制取方法，以廉價鉀長石為原料，加工過程條件溫和，不存在設(shè)備嚴(yán)重腐蝕和貯銷大量副產(chǎn)鹽酸問題。而與芒硝燒結(jié)法相比，則本項技術(shù)的工藝流程簡單、無須復(fù)雜的鉀鈉分離過程。與目前國內(nèi)仍在研究的H₂SO₄-CaF₂酸解法、CaSO₄-CaCO₃燒結(jié)法相比，本項技術(shù)具有鉀長石資源利用率高、全流程K₂O回收率達(dá)94.7％、硫酸鉀產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良、綜合能耗較低等優(yōu)勢。兩種副產(chǎn)品針狀硅灰石、煅燒高嶺土的性能良好，在涂料和紙張?zhí)盍稀⒅亟饘匐x子吸附和硅酸鹽陶瓷工業(yè)等領(lǐng)域用途廣泛。

具體實施方式

為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

一種基于鉀長石的硫酸鉀制取方法，包括如下步驟：

S1、制備鉀長石粉體：取正長巖礦石，經(jīng)破碎、粉磨至粒徑小于74μm，得到顆粒含量大于90％的鉀長石粉體，作為制取硫酸鉀的原料；

S2、堿溶脫硅反應(yīng)：水熱條件下，將鉀長石置于KOH溶液中，鉀長石發(fā)生分解反應(yīng)，脫去2/3的SiO₂，固相產(chǎn)物為六方鉀霞石，液相產(chǎn)物為硅酸鉀溶液；

S3、酸浸溶鉀反應(yīng)：鉀霞石在酸性介質(zhì)中易于分解，K₂O、Al₂O₃組分可被溶出，SiO₂則呈現(xiàn)云霞狀硅膠，調(diào)節(jié)H₂SO₄用量，可控制僅溶出K₂O，得到近于純凈的K₂SO₄溶液，固相產(chǎn)物為鋁硅濾餅，其化學(xué)成分與高嶺石(Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O)類似；

S4、硫酸鉀析晶反應(yīng)：將所得硫酸鉀溶液經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶，即制得硫酸鉀產(chǎn)品；

S5、硅灰石的制備：硅灰石的制備包括沉硅反應(yīng)和晶化反應(yīng)；

S6、煅燒高嶺土的制備：煅燒高嶺土包括漂白除鐵和高溫煅燒；

堿溶脫硅反應(yīng)的優(yōu)化反應(yīng)為取鉀長石粉體5.0kg，KOH配比R1.0，液固質(zhì)量比為3?；旌衔锪现糜谌莘e25L的反應(yīng)釜中，升溫至260℃，恒溫反應(yīng)2小時，所得產(chǎn)物為鉀霞石濾餅和硅酸鉀堿液，分別用作后續(xù)制備硫酸鉀和針狀硅灰石的原料。

酸浸溶鉀反應(yīng)的優(yōu)化反應(yīng)為取鉀霞石粉體(KX-1)1.0kg，液固質(zhì)量比為5，在攪拌(150r·min^-1)下加入硫酸(98％)過量20％，控制溶出溫度為80℃，反應(yīng)時間4小時，抽濾分離，得硫酸鉀濾液(含一次洗液)8.7L，用于硫酸鉀結(jié)晶反應(yīng)。

硫酸鉀析晶反應(yīng)采用醇析法，可以減少蒸發(fā)量，將硫酸鉀溶液蒸發(fā)至體積為5L，即液相體積恰好滿足下一批次鉀霞石酸浸反應(yīng)用水，按照水/乙醇體積比為3:2加入乙醇，60℃下硫酸鉀析出率為80.1％，醇析后余液升溫至80℃，回收乙醇后循環(huán)利用。

沉硅反應(yīng)過程為取硅灰石量取硅酸鉀濾液(TS-1)200ml，按照nCaO/nSiO₂＝1稱取CaO；按液固質(zhì)量比為10加入蒸餾水，攪拌均勻后倒入反應(yīng)釜中，在攪拌(150r·min^-1)下升溫至160℃，恒溫攪拌(50r·min^-1)下反應(yīng)1小時，倒出漿料過濾，熱水洗滌濾餅，將水合硅酸鈣濾餅在105℃下干燥2小時；

晶化反應(yīng)為取水合硅酸鈣試樣83g(含水率64.0％)，按照液固質(zhì)量比15加入蒸餾水，混合攪拌均勻，室溫下陳化1小時，置于反應(yīng)釜中。室溫至120℃升溫過程，攪拌速率為150r·min^-1；繼續(xù)升溫至260℃，攪拌速率50r·min^-1，靜態(tài)反應(yīng)1小時，通冷凝水冷卻，過濾分離。

漂白除鐵工藝過程為取液固質(zhì)量比為6，NaClO溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9％)20％，室溫反應(yīng)2小時；過濾后按液固質(zhì)量比為6配制漿料，加入Na2S2O4(8％)、草酸(5％)，在80℃下反應(yīng)2小時，過濾洗滌，得除鐵后的鋁硅濾餅。

高溫煅燒為在700～900℃下煅燒1小時，所得制品的白度為87.2％～87.6％；取煅燒溫度為900℃，煅燒時間為0.5～2小時，制品白度為87.5％～87.6％。

本發(fā)明所公開的基于鉀長石的硫酸鉀制取方法，以廉價鉀長石為原料，加工過程條件溫和，不存在設(shè)備嚴(yán)重腐蝕和貯銷大量副產(chǎn)鹽酸問題。而與芒硝燒結(jié)法相比，則本項技術(shù)的工藝流程簡單、無須復(fù)雜的鉀鈉分離過程。與目前國內(nèi)仍在研究的H₂SO₄-CaF₂酸解法、CaSO₄-CaCO₃燒結(jié)法相比，本項技術(shù)具有鉀長石資源利用率高、全流程K₂O回收率達(dá)94.7％、硫酸鉀產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良、綜合能耗較低等優(yōu)勢。兩種副產(chǎn)品針狀硅灰石、煅燒高嶺土的性能良好，在涂料和紙張?zhí)盍稀⒅亟饘匐x子吸附和硅酸鹽陶瓷工業(yè)等領(lǐng)域用途廣泛。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。