本發(fā)明涉及一種促進(jìn)明礬石熱分解提取硫酸鉀的方法，涉及環(huán)保領(lǐng)域，屬于固體廢棄物資源化處理技術(shù)和節(jié)能減排技術(shù)。
技術(shù)背景
我國是一個農(nóng)業(yè)大國，以不到世界耕地的十分之一的土地養(yǎng)著超過世界20％的人口，為此我國必須不斷提高糧食產(chǎn)量，而鉀肥作為農(nóng)作物必不可少的肥料對農(nóng)作物的生長至關(guān)重要。然而我國的鉀肥消費缺口較大，自給率僅有58％，需要大量的進(jìn)口。對鉀肥過分的對外依賴，這威脅著我國的糧食安全，因此，提高國家的自產(chǎn)鉀肥產(chǎn)量是當(dāng)務(wù)之急。
目前，我國生產(chǎn)鉀肥的主要原料是鹽湖鹵水，這些鹽湖鹵水主要分布在西部青海、新疆羅布泊等交通不便，基礎(chǔ)設(shè)施落后的地區(qū)，限制了企業(yè)的生產(chǎn)能力，更不能滿足國內(nèi)需求。因此，在充分開發(fā)鹽湖資源和海水鉀鹽資源的基礎(chǔ)上，必須進(jìn)一步開發(fā)非水溶性鉀資源，提高國內(nèi)自產(chǎn)鉀產(chǎn)量，為我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供安全保障。
明礬石是一種重要的含鉀礦物，其晶體化學(xué)式為KAl3(SO4)2(OH)6，理論組成為(質(zhì)量分?jǐn)?shù))：Al2O3％＝19.6％，K2O％＝9.4％。明礬石是一種非水溶性的鉀鹽，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，其中的Al、S、O是以穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)存在的，在常溫常壓下很難被其他酸堿所溶解。明礬石提取鉀鹽的方法有很多，迄今仍具有重要影響或在持續(xù)研究中的主要有兩種，一種是濕法冶金浸出(王瑞永，礦產(chǎn)保護(hù)與利用，2012；CN104313301；CN103787396；CN101913633；CN102659156；CN104313304)，但該反應(yīng)消耗硫酸、NaOH的量較大，明礬石利用率較低，污染較大，且在高溫高壓下強(qiáng)酸強(qiáng)堿的存在對反應(yīng)釜的要求較高；第二種是高溫還原焙燒法，這種方法以煤粉、硫磺等作為熱源和還原劑，明礬石分解率高，工藝簡單，因此應(yīng)用前景較好。根據(jù)文獻(xiàn)報道(韓效釗，安徽化工，1996；李達(dá)，礦冶，2016；CN104313346；CN104310435；CN86100806；)，按明礬石：還原劑(煤粉、硫磺等)＝1:(0.03～0.5)配料，在600℃～900℃下焙燒0.5～3h，明礬石的分解率能達(dá)到80％～95％。焙燒產(chǎn)品可直接作為復(fù)合肥或者提鉀原料。但是對于熱分解法制備可溶性鉀鹽，主要存在的問題有：一是焙燒溫度較高，而分解率較低；二是煤粉和硫磺的加入量大，導(dǎo)致工藝成本高，二氧化碳排放增加。文獻(xiàn)也報道了在焙燒體系添加鈣鹽(CN104310435)，但是其中鈣鹽的作用主要是將熱分解過程中釋放的SO2以硫酸鈣的形式固定，避免環(huán)境污染，并沒有涉及促進(jìn)明礬石分解，特別是提高硫酸鉀提取率和降低焙燒溫度的作用。而且文獻(xiàn)沒有相關(guān)添加鈉鹽促進(jìn)焙燒的報道。
鑒于此，本發(fā)明提出一種添加含鈉和含鈣添加劑的方法，通過調(diào)節(jié)添加劑的種類搭配和加入量，以降低明礬石熱分解溫度和提高硫酸鉀的提取率，從而提高原料利用率、降低能耗。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供通過加入含鈉和含鈣添加劑的方法，以降低明礬石熱分解溫度和提高硫酸鉀的提取率。該方法可以提高明礬石原料利用率、降低能耗。同時不改變現(xiàn)有的焙燒工藝流程，操作簡單，經(jīng)濟(jì)實用。
本發(fā)明技術(shù)解決方案：一種促進(jìn)明礬石熱分解與提高硫酸鉀提取率的方法，實現(xiàn)步驟如下：
(1)將明礬石及添加劑按配比配料后粉碎，研磨至通過200目篩，并充分混合；
(2)將所述步驟(1)中的混合物在5MPa～30MPa壓力下進(jìn)行壓塊或造球；
(3)將所述步驟(2)中的壓塊或球團(tuán)在500℃～900℃下進(jìn)行焙燒20min～60min，焙燒氣氛為空氣或隔絕空氣；
(4)將所述步驟(3)中的焙燒產(chǎn)物粉碎、研磨至過100目篩，并與水制成漿料，進(jìn)行混合攪拌浸出；
(5)將所述步驟(4)中的漿料送入過濾工序進(jìn)行過濾，將得到浸出渣和濾液；
(6)將所述步驟(5)中的過濾后的濾液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮結(jié)晶操作，其中結(jié)晶母液返回步驟(5)的浸出工序，蒸發(fā)結(jié)晶后的冷凝水再返回步驟(4)中回用制漿，實現(xiàn)廢水閉路循環(huán)。
所述步驟(1)中添加劑種類包括氫氧化鈉、碳酸鈉、氯化鈉、硫酸鈉、硝酸鈉、氧化鈣、氫氧化鈣、碳酸鈣、氯化鈣、硝酸鈣的一種或一種以上的混合物。所有添加劑的加入量為明礬石質(zhì)量的5％～40％。
本發(fā)明的優(yōu)點在于：
(1)本發(fā)明中明礬石焙燒時間短，焙燒溫度低，分解率高，從而提高了原料利用率，同時降低能耗。
(2)本發(fā)明的處理對象有較廣的適用性，可根據(jù)不同明礬石的反應(yīng)性，調(diào)節(jié)添加劑的種類和加入量，以實現(xiàn)最佳的原料利用率和最小的尾渣排放量。
(3)本發(fā)明不改變現(xiàn)有焙燒工藝的任何設(shè)備和流程，具有操作簡單、經(jīng)濟(jì)實用的特點。
附圖說明
圖1為本發(fā)明促進(jìn)明礬石熱分解提取硫酸鉀的工藝流程圖；
具體實施方式
下面結(jié)合附圖及具體實施例詳細(xì)介紹本發(fā)明。但以下的實施例僅限于解釋本發(fā)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)包括權(quán)利要求的全部內(nèi)容，不僅僅限于本實施例。
本發(fā)明的方法是：首先將明礬石及添加劑按配比配料后粉碎，研磨至通過200目篩。粉料充分混合后在5～30MPa的壓力下進(jìn)行壓塊。然后進(jìn)行焙燒，將焙燒產(chǎn)物粉碎、研磨至過100目篩，并與水制成漿料，進(jìn)行混合攪拌浸出、過濾。濾液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮結(jié)晶制取鉀鹽。本發(fā)明可提高原料利用率，降低能耗。同時，處理對象有較廣的適用性，可根據(jù)不同明礬石的反應(yīng)性，調(diào)節(jié)添加劑的種類的加入量，以實現(xiàn)最佳的原料利用率和最小的尾渣排放量。
實施例1
(1)將明礬石與氧化鈣按配比配料后粉碎，研磨至通過200目篩，氧化鈣的加入量為5％；
(2)粉料充分混合后在8MPa的壓力下進(jìn)行壓塊；
(3)將壓塊在空氣氣氛、600℃下焙燒60min。
(4)焙燒產(chǎn)物粉碎、研磨至過100目篩，并與水制成漿料，進(jìn)行混合攪拌浸出、過濾；
(5)將過濾后的濾液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮結(jié)晶，其中結(jié)晶母液返回浸出工序，蒸發(fā)結(jié)晶后的冷凝水再返回制漿工序。
該實施例中硫酸鉀提取率為65.5％。在相同條件下，若不加添加劑硫酸鉀的提取率僅為4.8％。750℃不加入添加劑時，提取率為67.3％，對比該實施例可知，在相同提取率情況下，加入添加劑后焙燒溫度降低了150℃。
實施例2
(1)將明礬石與碳酸鈣按配比配料后粉碎，研磨至通過200目篩，氧化鈣的加入量為10％；
(2)粉料充分混合后在20MPa的壓力下進(jìn)行壓塊；
(3)將壓塊在空氣氣氛、700℃下焙燒60min。
(4)焙燒產(chǎn)物粉碎、研磨至過100目篩，并與水制成漿料，進(jìn)行混合攪拌浸出、過濾；
(5)將過濾后的濾液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮結(jié)晶，其中結(jié)晶母液返回浸出工序，蒸發(fā)結(jié)晶后的冷凝水再返回制漿工序。
該實施例中硫酸鉀提取率為71.1％。在相同條件下，若不加添加劑硫酸鉀的提取率僅為38.9％。900℃不加入添加劑時，提取率為75.5％，對比該實施例可知，在相同提取率情況下，加入添加劑后焙燒溫度降低了200℃。
實施例3
(1)將明礬石與氧化鈣按配比配料后粉碎，研磨至通過200目篩，氧化鈣的加入量為10％；
(2)粉料充分混合后在15MPa的壓力下進(jìn)行壓塊；
(3)將壓塊在空氣氣氛、700℃下焙燒60min。
(4)焙燒產(chǎn)物粉碎、研磨至過100目篩，并與水制成漿料，進(jìn)行混合攪拌浸出、過濾；
(5)將過濾后的濾液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮結(jié)晶，其中結(jié)晶母液返回浸出工序，蒸發(fā)結(jié)晶后的冷凝水再返回制漿工序。
該實施例中硫酸鉀提取率為90.3％。在相同條件下，若不加添加劑硫酸鉀的提取率僅為4.8％。
實施例4
(1)將明礬石與氧化鈣和氫氧化鈣按配比配料后粉碎，研磨至通過200目篩，氧化鈣和氫氧化鈣的加入量為20％；
(2)粉料充分混合后在15MPa的壓力下進(jìn)行壓塊；
(3)將壓塊在空氣氣氛、700℃下焙燒60min。
(4)焙燒產(chǎn)物粉碎、研磨至過100目篩，并與水制成漿料，進(jìn)行混合攪拌浸出、過濾；
(5)將過濾后的濾液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮結(jié)晶，其中結(jié)晶母液返回浸出工序，蒸發(fā)結(jié)晶后的冷凝水再返回制漿工序。
該實施例中硫酸鉀提取率為91.4％。在相同條件下，若不加添加劑，硫酸鉀的提取率僅為38.9％。
實施例5
(1)將明礬石與氯化鈣、氧化鈣、碳酸鈣按配比配料后粉碎，研磨至通過200目篩，氯化鈣、氧化鈣、碳酸鈣的加入量為40％；
(2)粉料充分混合后在15MPa的壓力下進(jìn)行壓塊；
(3)將壓塊在空氣氣氛、800℃下焙燒30min。
(4)焙燒產(chǎn)物粉碎、研磨至過100目篩，并與水制成漿料，進(jìn)行混合攪拌浸出、過濾；
(5)將過濾后的濾液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮結(jié)晶，其中結(jié)晶母液返回浸出工序，蒸發(fā)結(jié)晶后的冷凝水再返回制漿工序。
該實施例中硫酸鉀提取率為83.42％。在相同條件下，若不加添加劑，硫酸鉀的提取率僅為71.2％。
實施例6
(1)將明礬石與氫氧化鈉按配比配料后粉碎，研磨至通過200目篩，氫氧化鈉的加入量為5％；
(2)粉料充分混合后在8MPa的壓力下進(jìn)行壓塊；
(3)將壓塊在空氣氣氛、600℃下焙燒60min。
(4)焙燒產(chǎn)物粉碎、研磨至過100目篩，并與水制成漿料，進(jìn)行混合攪拌浸出、過濾；
(5)將過濾后的濾液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮結(jié)晶，其中結(jié)晶母液返回浸出工序，蒸發(fā)結(jié)晶后的冷凝水再返回制漿工序。
該實施例中硫酸鉀提取率為72.3％。在相同條件下，若不加添加劑，硫酸鉀的提取率僅為4.8％。
實施例7
(1)將明礬石與碳酸鈉按配比配料后粉碎，研磨至通過200目篩，碳酸鈉的加入量為10％；
(2)粉料充分混合后在8MPa的壓力下進(jìn)行壓塊；
(3)將壓塊在空氣氣氛、700℃下焙燒60min。
(4)焙燒產(chǎn)物粉碎、研磨至過100目篩，并與水制成漿料，進(jìn)行混合攪拌浸出、過濾；
(5)將過濾后的濾液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮結(jié)晶，其中結(jié)晶母液返回浸出工序，蒸發(fā)結(jié)晶后的冷凝水再返回制漿工序。
該實施例中硫酸鉀提取率為86.6％。在相同條件下，若不加添加劑，硫酸鉀的提取率僅為38.9％。
實施例8
(1)將明礬石與氯化鈉和碳酸鈉按配比配料后粉碎，研磨至通過200目篩，氯化鈉和碳酸鈉的加入量為5％；
(2)粉料充分混合后在8MPa的壓力下進(jìn)行壓塊；
(3)將壓塊在空氣氣氛、900℃下焙燒30min。
(4)焙燒產(chǎn)物粉碎、研磨至過100目篩，并與水制成漿料，進(jìn)行混合攪拌浸出、過濾；
(5)將過濾后的濾液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮結(jié)晶，其中結(jié)晶母液返回浸出工序，蒸發(fā)結(jié)晶后的冷凝水再返回制漿工序。
該實施例中硫酸鉀提取率為92.7％。在相同條件下，若不加添加劑，硫酸鉀的提取率僅為75.5％。
實施例9
(1)將明礬石與氫氧化鈉和碳酸鈣按配比配料后粉碎，研磨至通過200目篩，氫氧化鈉和碳酸鈣的加入量為10％；
(2)粉料充分混合后在15MPa的壓力下進(jìn)行壓塊；
(3)將壓塊在空氣氣氛、700℃下焙燒60min。
(4)焙燒產(chǎn)物粉碎、研磨至過100目篩，并與水制成漿料，進(jìn)行混合攪拌浸出、過濾；
(5)將過濾后的濾液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮結(jié)晶，其中結(jié)晶母液返回浸出工序，蒸發(fā)結(jié)晶后的冷凝水再返回制漿工序。
該實施例中硫酸鉀提取率為94.1％。在相同條件下，若不加添加劑，硫酸鉀的提取率僅為38.9％。
總之，本發(fā)明中在相同焙燒條件下，加入添加劑后，硫酸鉀提取率比未加添加劑時大幅增加，焙燒溫度降低100℃～200℃。本發(fā)明的優(yōu)點在于可提高原料利用率，降低能耗。同時，處理對象有較廣的適用性，可根據(jù)不同明礬石的反應(yīng)性，調(diào)節(jié)添加劑的種類和加入量，以實現(xiàn)最佳的原料利用率和最小的尾渣排放量。
需要說明的是，按照本發(fā)明上述各實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員是完全可以實現(xiàn)本發(fā)明獨立權(quán)利要求及從屬權(quán)利的全部范圍的，實現(xiàn)過程及方法同上述各實施例；且本發(fā)明未詳細(xì)闡述部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。
以上所述，僅為本發(fā)明部分具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本領(lǐng)域的人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。