一种利用含氟酸低温分解钾长石生产硫酸钾的工艺
技术领域 本发明属于钾长石开发利用技术领域,涉及一种实现钾长石分解、转化分离钾成分的工艺,具体涉及一种利用含氟酸低温分解钾长石生产硫酸钾的工艺。
背景技术 钾长石是自然界广泛存在的具有稳定结构的含钾、铝、硅等成分的矿石,国外有近百年的研究开发历史,国内有近五十年的研究开发,但均没有形成有实际应用价值的完整技术。现有的钾长石分解提取钾成分技术存在能耗高、钾收率低、原材料利用率低、污染重、不能规模化生产等技术问题,这一技术领域的突破,可以开辟一条含钾产品的生产新途径,提升我国钾盐产品的自主产能。含有氟硅酸(H2SiF6)、氢氟酸(HF)或二者以任意摩尔比组成的混合酸,即称为含氟酸,我国可溶性钾资源贫乏,目前钾盐产品严重依赖进口,利用含氟酸低温分解钾长石生产硫酸钾是当务之急。
发明内容 本发明的目的是解决现有技术存在能耗高、产出低、回收率低等技术问题,提供一种利用含氟酸低温分解钾长石生产硫酸钾的工艺,以克服现有技术的不足。
为了实现上述目的,本发明一种利用含氟酸低温分解钾长石生产硫酸钾的工艺,其工艺步骤如下:
1)、配料:150~250目的钾长石粉与质量浓度为15~30%的含氟酸,按1∶1~5的质量比在混料槽内配料,搅拌均匀;
2)、分解分离:将配料加入到反应釜内,搅拌、升温,保持釜内温度在60~100℃,保温反应1~3小时,反应所产生的四氟化硅(SiF4)气体经引风机引入吸收塔三级水循环吸收,不断提高浓度得到循环利用的氟硅酸溶液,并生成浆料和白色沉淀,白色沉淀经离心分离、洗涤、干燥制得白炭黑产品,反应原理如下:
H2SiF6→2HF+SiF4↑
SiO2+6HF→H2SiF6+2H2O
3SiF4+2H2O→2H2SiF6+SiO2↓
浆料从反应釜内取出进行分离,分离出液体、浆状物和固形物,液体和固形物返回反应釜继续进行分解反应,当反应进行3~6小时,釜内含氟酸质量浓度降到5~8%时,终止反应,经分离得酸性液体、浆状物和固形物,所得酸性液体加入含氟酸调整浓度后回用到钾长石的分解反应中,所得浆状物单独处理,所得固形物转入提纯工序,钾的转化反应原理如下:
K2O+H2SiF6→K2SiF6↓+H2O
3)、提纯:将固形物与质量浓度为15~30%的含氟酸,按1∶2~3的质量比在反应器内混合搅拌,20~40℃反应1小时,去除二氧化硅白色沉淀,分离后制得质量含量为95~96%的氟硅酸钾产品,分离所得液体回用到钾长石的分解反应,反应原理为:
SiO2+6HF→H2SiF6+2H2O
4)、碱解:将制得的氟硅酸钾投入反应釜内,在搅拌、加热的条件下,缓慢加入KOH进行碱解,KOH加入量与K2SiF6的摩尔比为4.1~4.2∶1,温度控制在60~100℃,碱解1~2小时,最终反应液的pH值控制在6~9,终止反应,离心分离,所得固体经洗涤、干燥制得白炭黑产品,洗涤液和离心所得液体作为母液再次进行K2SiF6的碱解,以尽量提高KF溶液的浓度,母液中含有KF,其反应原理为:
K2SiF6+4KOH→6KF+SiO2↓+2H2O
5)、加钙反应:KF液体质量浓度达30~40%后,在搅拌条件下,缓慢滴加Ca(OH)2浆液,充分反应1~2小时,离心分离,所得CaF2固体经洗涤干燥,用于制备钾长石分解所需的氢氟酸,洗涤液用于Ca(OH)2浆液的制备,离心所得氢氧化钾溶液部分回用到步骤4的K2SiF6 碱解过程,反应原理如下:
2KF+Ca(OH)2→CaF2↓+2KOH
6)、中和:将氢氧化钾溶液(浓度尽量提高至30%以上以降低以后工序的水分蒸发量)在反应釜内降温搅拌条件下缓慢滴加浓硫酸至中性,经蒸发浓缩、结晶、离心、干燥制得硫酸钾产品。反应原理如下:
2KOH+H2SO4→K2SO4+2H2O
所述含氟酸是氟硅酸(H2SiF6)、氢氟酸(HF)或二者以任意摩尔比组成的混合酸。
本发明整个生产过程无废气、废渣、废水产生,原料循环利用率高,实现钾长石的综合开发利用,得到了白炭黑副产品和氢氧化钾产品,解决了现有技术存在能耗高、产出低、回收率低等技术问题。
具体实施方式 本发明利用含氟酸低温分解钾长石生产硫酸钾的工艺,具体实施例如下:
实施例1:
1)、配料:200目的钾长石粉与质量浓度为30%的氟硅酸,按1∶4的质量比在混料槽内配料,搅拌均匀;
2)、分解分离:将配料加入到反应釜内,搅拌、升温,保持釜内温度在60℃,保温反应1小时,反应所产生的四氟化硅气体经引风机引入吸收塔三级水循环吸收,不断提高浓度得到循环利用的氟硅酸溶液,并生成浆料和白色沉淀,白色沉淀经离心分离、洗涤、干燥制得白炭黑产成品,浆料从反应釜内取出进行分离,分离出液体、浆状物和固形物,液体和固形物返回反应釜继续进行分解反应,当反应进行3小时,釜内含氟酸质量浓度降到5%时,终止反应,经分离得酸性液体、浆状物和固形物,所得酸性液体加入含氟酸调整浓度后回用到钾长石的分解反应中,所得浆状物单独处理,所得固形物转入提纯工序;
3)、提纯:将固形物与质量浓度为30%的氟硅酸,按1∶3的质量比在反应器内混合搅拌,20℃反应1小时,去除二氧化硅白色沉淀,分离后制得质量含量为96%的氟硅酸钾产品,分离所得液体回用到钾长石的分解反应;
4)、碱解:将制得的氟硅酸钾投入反应釜内,在搅拌、加热的条件下,缓慢加入KOH进行碱解,KOH加入量与K2SiF6的摩尔比为4.1∶1,温度控制在60℃,碱解1小时,最终反应液的pH值控制在7,终止反应,离心分离,所得固体即SiO2.nH2O,经洗涤、干燥制得白炭黑产品,洗涤液和离心所得液体即KF溶液作为母液再次进行K2SiF6的碱解,以尽量提高KF溶液的浓度,母液中含有KF;
5)、加钙:KF液体质量浓度达到40%后,在搅拌条件下,缓慢滴加过量的Ca(OH)2浆液,充分反应1小时,离心分离,所得CaF2固体经洗涤干燥,用于制备钾长石分解所需的氢氟酸,洗涤液用于Ca(OH)2浆液的制备,离心所得氢氧化钾溶液部分回用到步骤4的K2SiF6碱解过程;
6)、中和:将氢氧化钾溶液(浓度尽量提高至30%以上以降低以后工序的水分蒸发量)在反应釜内降温搅拌条件下缓慢滴加浓硫酸至中性,经蒸发浓缩、结晶、离心、干燥制得硫酸钾产品。
实施例2:根据实施例1,用氢氟酸(HF)替代氟硅酸(H2SiF6)。
实施例3:根据实施例1,用氟硅酸(H2SiF6)和氢氟酸(HF)按1∶2的摩尔比组成混合酸,替代氟硅酸(H2SiF6)。
实施例4:根据实施例1,用氟硅酸(H2SiF6)和氢氟酸(HF)按5∶5的摩尔比组成混合酸,替代氟硅酸(H2SiF6)。