CN103539181A - 利用钾长石制取冰晶石的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用钾长石制取冰晶石的工艺。一种利用钾长石制取冰晶石的方法，其步骤包括：1）钾长石分解；2）气体吸收；3）氟硅酸钾的制备：将反应后的分解残渣用颚式破碎机粉碎，用质量分数为10～20％的硫酸溶液浸取，过滤出的滤液经泵打到氟硅酸钾反应釜中，制取氟硅酸钾；4）利用制备氟硅酸钾后的滤液，进行冰晶石的制备：（1）首先加入Na₂CO₃调节pH≈4~6，搅拌升温至90~100℃反应0.2~0.5h，除去多余的氟硅酸；（2）过滤除去硅胶，检测其中的Al³⁺、Na⁺和F^-的含量；（3）根据测得的Al³⁺、Na⁺和F^-含量，按化学计量补加定量的NaF和HF，搅拌升温至85~95℃反应2~3h，冷却结晶后过滤；（4）干燥，制得冰晶石成品。

Description

利用钾长石制取冰晶石的方法

技术领域

本发明涉及一种钾长石分解综合利用技术，具体涉及一种利用钾长石制取冰晶石的工艺方法。

背景技术

冰晶石(Na₃AlF₆)是炼铝工业中不可缺少的助熔剂，在其他行业也有较广的用途。目前冰晶石的制备方法有多种。

在利用以钾长石为代表的不溶性含钾盐岩石生产钾肥的工艺中，通常采用含氟的助剂来分解钾长石。这是因为，目前我国已查明的可溶性钾盐资源储量不大，难以满足农业对钾肥的需求，而不溶性钾盐资源却储量丰富，以钾长石为代表的不溶性含钾盐岩石几乎遍布我国大部分省区，其地质贮量约数百亿吨。而常温下只有HF能打破钾长石的晶格。

考虑到钾长石中含有较多的铝元素，还含有少量的钠元素，可用于生产冰晶石，而且冰晶石是炼铝的重要原料，前景十分看好。因此，如果能通过对钾长石综合利用技术进一步地深入研究，针对钾长石浸取液中同时含有Al³⁺和Na⁺的情况，提出一种利用钾长石制取冰晶石的工艺方法，必然能够使钾长石的有效成分得到充分的利用，同时对减少三废的排放以及资源的节约，也将具有重大的现实意义。

发明内容

本发明针对背景技术提出的问题，考虑到钾长石分解过程中，原料中既有Al³⁺又有Na⁺的情况，提出一种利用钾长石制取冰晶石的方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

1）钾长石分解：将钾长石、萤石、氟化铵、98%的硫酸充分混合后，加入到转炉反应器中，在180～250℃和自生压力下反应，打破钾长石的晶格；其中，钾长石、萤石、氟化铵、98%的硫酸质量比为1：0.3～0.5：1.12～1.73：1.6～1.8；

2）气体吸收：将反应产生的气体引入除尘过滤器中除尘；经除尘过滤后的气体依次通到一、二级吸收塔中进行水解；其中吸收液为10～30%的乙醇水溶液；反应原理为：3SiF₄ + 2H₂O = 2H₂SiF₆ + SiO₂↓；

3）反应固体的浸取和氟硅酸钾的制备：将反应后的分解残渣用颚式破碎机粉碎，在90～110℃条件下，用质量分数为10～20％的硫酸溶液浸取，过滤出的滤液经泵打到氟硅酸钾反应釜中，按照化学计量关系加入来自二级吸收循环槽的氟硅酸液体生成氟硅酸钾沉淀，氟硅酸过量20～100%，陈化后，再经压滤机过滤、洗涤、干燥制得氟硅酸钾；

4）利用制备氟硅酸钾后的滤液，进行冰晶石的制备：

（1）首先加入Na₂CO₃调节pH≈4~6，搅拌升温至90~100℃反应0.5~1.5h，除去多余的氟硅酸；

（2）过滤除去硅胶，检测其中的Al³⁺、Na⁺和F^-的含量；

（3）根据测得的Al³⁺、Na⁺和F^-含量，按化学计量补加定量的NaF和HF，搅拌升温至85~95℃反应2~3h，冷却结晶后过滤；

（4）干燥，制得冰晶石成品。

所述的利用钾长石制取冰晶石的方法，按化学计量补加NaF和HF，使其中Na/Al比控制在2~3.2，pH为2~5，然后搅拌反应，反应完成后过滤。

所述的利用钾长石制取冰晶石的方法，按化学计量补加NaF和HF，使其中Na:Al:F=3:l:6，调节pH为4~6，然后搅拌反应，冷却结晶后过滤。

发明的有益积极效果：

1、本发明利用钾长石制取冰晶石的方法，实现了钾长石的综合利用，降低了三废的排放量，有较好的应用前景。结合钾长石分解过程浸取液中既有Al³⁺又有Na⁺的情况，用于制取冰晶石。不仅能降低原料用量，同时也可减少三废的排放，符合可持续发展原则。

2、本发明与传统的氟化氢干法生产冰晶石工艺相比，本工艺有具有工艺简单、能耗低和容易转化为工业生产的技术优势。采用低温半干法分解钾长石的工艺，反应温度在180～250℃，与高温法分解钾长石相比，反应条件温和，对设备的要求比较低。用于制备冰晶石，可减少原料的消耗量，降低了成本，综合利用程度高、工艺先进，经济可行。

3、本发明利用钾长石制取冰晶石的方法，用Na₂CO₃中和多余的氟硅酸，没有引入多余的杂质。中和反应0.2~0.5h后迅速过滤，是因为反应最初形成的是可溶性的α型三水合氟化铝，而α型三水合氟化铝会缓慢地转变成难溶的β型三水合氟化铝析出，这就要求合成结束立即进行过滤分离除去白炭黑，可以避免可溶性的α型三水合氟化铝转变为难溶的β型三水合氟化铝析出后并入白炭黑中，降低冰晶石收率。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

本发明利用钾长石制取冰晶石的方法，其实现过程如下：

（1）钾长石分解反应：将钾长石、萤石、氟化铵、98%的硫酸充分混合后，加入到转炉反应器中，在180～250℃和自生压力下反应； 反应原理为：

CaF₂ + H₂SO₄ = 2HF + CaSO₄

2K[AlSi₃O₈] + 24HF + 4H₂SO₄ = K₂SO₄ + Al₂(SO₄)₃ + 6SiF₄↑+ 16H₂O

其中，钾长石、萤石、氟化铵、98%的硫酸质量比为1：0.3～0.5：1.12～1.73：1.6～1.8。

（2）气体吸收：将反应产生的气体引入除尘过滤器中除尘；经除尘过滤后的气体依次通到一、二级吸收塔中进行水解；其中吸收液为10～30%的乙醇水溶液；反应原理为：3SiF₄ + 2H₂O = 2H₂SiF₆ + SiO₂↓。

（3）反应固体的浸取：将反应后的分解残渣用颚式破碎机粉碎，在90～110℃下，质量分数为10～20％的硫酸溶液浸取，过滤出的滤液用于后续生产工艺，残渣用于生产新型加气砖。

（4）氟硅酸钾的制备：将过滤出的滤液经泵打到氟硅酸钾反应釜中，按照化学计量关系加入来自二级吸收循环槽的氟硅酸液体生成氟硅酸钾沉淀，氟硅酸过量20～100%，陈化后，再经压滤机过滤、洗涤、干燥制得氟硅酸钾。

（5）冰晶石的制备：制备氟硅酸钾后的滤液先加适量的Na₂CO₃，调节pH≈4~6，搅拌升温至90~100℃反应0.2~0.5h，除去多余的氟硅酸，过滤除去硅胶后检测其中Al³⁺、Na⁺和F^-的含量，按化学计量补加一定量的NaF和HF，搅拌升温至85~95℃反应2~3h，冷却结晶后过滤；干燥，制得冰晶石成品。

实施例2

本实施例的利用钾长石制取冰晶石的方法，与实施例1不同的是：过滤除去硅胶后检测其中Al³⁺、Na⁺和F^-的含量，按化学计量补加一定量的NaF和HF，使Na/Al比控制在2~3.2（摩尔比，下同），pH为2~5，搅拌升温至85~95℃反应2~3h，反应完成后，冷却，结晶后过滤，105℃干燥后即得冰晶石成品。

实施例3

本实施例的利用钾长石制取冰晶石的方法，其与实施例1不同的是：过滤除去硅胶后检测其中Al³⁺、Na⁺和F^-的含量，按化学计量补加一定量的NaF和HF，使其中Na:Al:F=3:l:6，pH为4~6，搅拌升温至85~95℃反应2~3h，冷却结晶后过滤，105℃干燥后即得冰晶石成品。

Claims (3)

1.一种利用钾长石制取冰晶石的方法，其工艺步骤包括： 

1）钾长石分解：将钾长石、萤石、氟化铵、98%的硫酸充分混合后，加入到转炉反应器中，在180～250℃和自生压力下反应，打破钾长石的晶格；其中，钾长石、萤石、氟化铵、98%的硫酸质量比为1：0.3～0.5：1.12～1.73：1.6～1.8；

2）气体吸收：将反应产生的气体引入除尘过滤器中除尘；经除尘过滤后的气体依次通到一、二级吸收塔中进行水解；其中吸收液为10～30%的乙醇水溶液；反应原理为：3SiF₄ + 2H₂O = 2H₂SiF₆ + SiO₂↓；

3）反应固体的浸取和氟硅酸钾的制备：将反应后的分解残渣用颚式破碎机粉碎，在90～110℃条件下，用质量分数为10～20％的硫酸溶液浸取，过滤出的滤液经泵打到氟硅酸钾反应釜中，按照化学计量关系加入来自二级吸收循环槽的氟硅酸液体生成氟硅酸钾沉淀，氟硅酸过量20～100%，陈化后，再经压滤机过滤、洗涤、干燥制得氟硅酸钾；

4）利用制备氟硅酸钾后的滤液，进行冰晶石的制备：

（1）首先加入Na₂CO₃调节pH≈4~6，搅拌升温至90~100℃反应0.2~0.5h，除去多余的氟硅酸；

（2）过滤除去硅胶，检测其中的Al³⁺、Na⁺和F^-的含量；

（3）根据测得的Al³⁺、Na⁺和F^-含量，按化学计量补加定量的NaF和HF，搅拌升温至85~95℃反应2~3h，冷却结晶后过滤；

（4）干燥，制得冰晶石成品。

2.根据权利要求1所述的利用钾长石制取冰晶石的方法，其特征在于：按化学计量补加NaF和HF，使其中Na/Al比控制在2~3.2，pH为2~5，然后搅拌反应，反应完成后过滤。

3.根据权利要求1所述的利用钾长石制取冰晶石的方法，其特征在于：按化学计量补加NaF和HF，使Na:Al:F=3:l:6，pH为4~6，搅拌升温至85~95℃反应2~3h，冷却结晶后过滤，105℃干燥后即得冰晶石成品。