CN104480531A - 钠长石的分解工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种钠长石的分解工艺，包括以下步骤：钠长石分解：将钠长石、萤石、98%硫酸充分反应，得到固体残渣和含有氟化硅的气体；气体吸收：将生成的所述气体依次通过一、二级吸收塔制得氟硅酸溶液；固体残渣浸取：所述固体残渣经酸液浸提得到酸浸液；硫酸钙制备：向所述酸浸液中加入氯化铜晶种，陈化，过滤，得到硫酸钙晶须；氟硅酸钠制备：向制备所述硫酸钙晶须后的滤液中加入所述氟硅酸溶液，过滤，得到氟硅酸钠；氢氧化铝和硫酸铁制备：将制备所述氟硅酸钠后的滤液经阳离子交换树脂柱吸附，洗脱，萃取，制得氢氧化铝和硫酸铁。该工艺能综合回收钠长石中的钠、铁、铝、硅、钙，使钠长石有效利用的同时降低生产成本。

Description

钠长石的分解工艺
技术领域
本发明涉及一种钠长石的分解工艺。
背景技术
钠长石是长石的一种，是常见的长石矿物，为钠的铝硅酸盐（NaAlSi3O8）。钠长石一般为玻璃状晶体，可以是无色的，也可以有白、黄、红、绿或黑色。它是制造玻璃和陶瓷的原料。很多岩石中都有钠长石的成分，人们称这样的矿物为造岩矿物。钠长石主要用于制造陶瓷、肥皂、瓷砖、地板砖、玻璃、磨料磨具等，在陶瓷上主要用于釉料。但是由于钠长石化学性质比较稳定，一般常温常压下除氢氟酸以外几乎不能被酸碱或氧化剂所分解，使得我国丰富的钠长石资源一直不能得到有效的利用。
发明内容
由鉴于此，本发明提供一种钠长石的分解工艺，以促进钠长石资源的有效利用。
一种钠长石的分解工艺，包括以下步骤：
钠长石分解反应：将钠长石、萤石、98%的硫酸按照1：（1.55～2.57）：（3.28～4.62）的质量比混合，并在100℃～200℃和自生压力下反应得到含有硫酸钙、硫酸钠、硫酸铝和硫酸铁的固体残渣和含有氟化硅的气体生成物；
气体的吸收：采用除尘过滤器过滤所述含有氟化硅的气体生成物；将经除尘过滤后的气体生成物依次通到一、二级吸收塔中进行水解得到氟硅酸溶液，其中，所述一、二级吸收塔中的吸收液分别为10%～30%的乙醇水溶液；
固体残渣的浸取：在80℃～100℃下，用质量百分浓度为3%～10％的硫酸溶液浸取所述固体残渣，过滤得到酸浸液；
硫酸钙的制备：将所述酸浸液置入硫酸钙结晶釜中，并向该酸浸液中加入氯化铜晶种搅拌溶解，缓慢降至室温进行陈化，生成的硫酸钙晶须经压滤机过滤、干燥制得硫酸钙晶须；
氟硅酸钠的制备：将制备所述硫酸钙晶须后的滤液置于氟硅酸钠反应釜中，按照化学计量关系加入所述氟硅酸溶液生成氟硅酸钠沉淀，氟硅酸过量20%～100%，陈化后，再经压滤机过滤、洗涤、干燥制得氟硅酸钠；
氢氧化铝和硫酸铁的制备：将制备所述硫酸钙晶须后的滤液经过阳离子交换树脂柱吸附Al3+和Fe3+，吸附后的液体加入到所述固体残渣中进行浸取处理；用稀硫酸溶液对吸附饱和的阳离子交换树脂柱进行洗脱，洗脱溶液通过泵打到萃取釜中用萃取剂P2O4与磺化煤油进行萃取，温度控制在80℃，萃取1.5小时～3小时，再经萃取分离器进行分层，下层水相通入到氢氧化铝中和反应釜中用氨水中和至pH≈7，陈化1小时～2小时后通过压滤机过滤、洗涤、干燥制得氢氧化铝；萃取分离器上层油相通过泵打到反萃取釜中，用4mol/L的硫酸溶液反萃取，温度控制在80℃，萃取1.5小时～3小时，溶液通到反萃取分离器中分层，下层水相制取硫酸铁，上层油相返回萃取釜继续萃取。
基于上述钠长石的分解工艺，所述钠长石分解步骤包括：先在100℃～200℃下对所述钠长石和所述萤石预加热15分钟～30分钟，除去原料中的水分，得到干燥的钠长石和萤石原料；再将98%的硫酸加入到所述干燥的钠长石和萤石原料中反应2小时～5小时得到含有硫酸钙、硫酸钠、硫酸铝和硫酸铁的固体残渣和含有氟化硅的气体生成物。在该步骤（1）中，所述反应温度可以为100℃、150℃、180℃、200℃，优选为120℃～200℃；所述反应时间优选为2.5小时～4小时。
基于上述钠长石的分解工艺，所述气体吸收步骤包括：所述气体生成物经所述一级吸收塔水解后进入一级浓相收集槽中，所述一级浓相收集槽收集的浓相物输送到氨解釜中进行氨解；所述一级浓相收集槽收集的液体溢流到一级吸收循环槽，经泵打回到一级吸收塔中继续吸收；由一级吸收塔出来的尾气进入所述二级吸收塔继续水解，所述二级吸收塔水解后的液体进入二级浓相吸收槽，所述二级浓相吸收槽收集的浓相物输送到氨解釜中进行氨解；所述二级浓相收集槽收集的液体溢流到二级吸收循环槽，经泵打回到所述二级吸收塔中继续吸收；检测所述一级吸收循环槽、所述二级吸收循环槽中的氟硅酸溶液中的氟离子浓度达到10mol/L时，吸收液达到饱和，将上述吸收液也输送到氨解釜中进行氨解和陈化处理。
基于上述钠长石的分解工艺，所述硫酸钙的制备步骤中所述氯化铜的加入量为所述固体残渣重量的1%～3%。
与现有技术相比，本发明中钠长石、萤石和浓硫酸的反应温度为100℃～200℃，反应条件温和，对设备的要求比较低。另外，通过本发明提供的钠长石的分解方法可以得到硫酸钙、氟硅酸钠、氢氧化铝和硫酸铁产品，钠长石中的Na、Fe、Al、Si等成分得到了充分的利用。
进一步，所述钠长石分解反应步骤中采用干燥的钠长石和萤石与硫酸反应可以提高反应速度和钠长石的分解率。
进一步，所述硫酸钙的制备步骤中采用氯化铜作为晶种制备出的硫酸钙晶须的品质比较高，直径为0.5～2μm，长径比为80～140，且硫酸钙晶须的直径分布与长径比变化较小，晶须表面结晶良好，使用的范围更广，操作方法便于控制，而且氯化铜价格较低，有效的降低了生产成本。
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。
本发明实施例提供一种钠长石的分解工艺，包括以下步骤：
钠长石分解：先将钠长石和萤石在120℃下预加热20分钟左右，再加入98%的硫酸使三者在120℃和自生压力下反应3小时左右，得到含有硫酸钙、硫酸钠、硫酸铝和硫酸铁的固体残渣和含有氟化硅的气体生成物，其中，钠长石、萤石、98%的硫酸的质量比为1：2：4，反应原理为：
CaF2 + H2SO4 = 2HF + CaSO4
2NaAlSi3O8 + 24HF + 4H2SO4 = Na2SO4 + Al2(SO4)3 + 6SiF4↑ + 16H2O
气体的吸收：将上述含有氟化硅的气体生成物引入除尘过滤器中除尘；经除尘过滤后的气体通入一级吸收塔中进行水解，水解后进入一级浓相收集槽中，所述一级浓相收集槽收集的浓相物输送到氨解釜中进行氨解，其中，水解反应原理为：3SiF4 + 2H2O = 2H2SiF6 + SiO2 ↓；所述一级浓相收集槽收集的液体溢流到一级吸收循环槽，经泵打回到一级吸收塔中继续吸收；由一级吸收塔出来的尾气进入二级吸收塔继续水解，所述二级吸收塔水解后的液体进入二级浓相吸收槽，所述二级浓相吸收槽收集的浓相物输送到氨解釜中进行氨解；所述二级浓相收集槽收集的液体溢流到二级吸收循环槽，经泵打回到所述二级吸收塔中继续吸收；检测所述一级吸收循环槽、所述二级吸收循环槽中的氟硅酸溶液中的氟离子浓度达到10mol/L时，吸收液达到饱和，将上述吸收液也输送到氨解釜中进行氨解，其中，所述一、二级吸收塔中的吸收液为浓度为20%左右的乙醇水溶液；在40℃左右对进入氨解釜中的浓相物和氟硅酸液体，通过氨水调节pH＝7～8；中和完毕后在35℃左右陈化2.5小时；
固体残渣的浸取：将所述钠长石分解反应步骤中生成的所述固体残渣通过出料螺旋转入浸取槽，在100℃下，用质量百分浓度为8％的硫酸溶液浸取，并通过过滤机过滤，得到酸浸液；
硫酸钙的制备：经泵将所述酸浸液打到硫酸钙结晶釜中，并向该酸浸液中加入重量为固体残渣重量的2%的氯化铜晶种搅拌溶解，缓慢降至室温进行陈化，生成的硫酸钙晶须经压滤机过滤、干燥制得硫酸钙晶须；
氟硅酸钠的制备：将制备所述硫酸钙晶须后的滤液经泵通入到氟硅酸钠反应釜中，按照化学计量关系加入所述氟硅酸溶液生成氟硅酸钠沉淀，氟硅酸过量50%，陈化4.5小时后，再经压滤机过滤、洗涤、干燥制得氟硅酸钠；
氢氧化铝和硫酸铁的制备：将制备所述氟硅酸钠后的滤液经过阳离子交换树脂柱吸附Al3+和Fe3+，吸附后的液体通过泵打回到浸取槽进行循环浸取；用稀硫酸溶液对吸附饱和的阳离子交换树脂柱进行洗脱，洗脱溶液通过泵打到萃取釜中用萃取剂P2O4与磺化煤油进行萃取，温度控制在80℃，萃取2.5小时左右，再经萃取分离器进行分层，下层水相通入到氢氧化铝中和反应釜中用氨水中和至pH≈7，陈化1.5小时后通过压滤机过滤、洗涤、干燥制得氢氧化铝；萃取分离器上层油相通过泵打到反萃取釜中，用4mol/L的硫酸溶液反萃取，温度控制在80℃，萃取2小时，溶液通到反萃取分离器中分层，下层水相制取硫酸铁，上层油相返回萃取釜继续萃取。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (4)

1.一种钠长石的分解工艺，包括以下步骤：
钠长石分解：将钠长石、萤石、98%的硫酸按照1：（1.55～2.57）：（3.28～4.62）的质量比混合，并在100℃～200℃和自生压力下反应得到含有硫酸钙、硫酸钠、硫酸铝和硫酸铁的固体残渣和含有氟化硅的气体生成物；
气体的吸收：采用除尘过滤器过滤所述含有氟化硅的气体生成物，将经除尘过滤后的气体生成物依次通到一、二级吸收塔中进行水解得到氟硅酸溶液，其中，所述一、二级吸收塔中的吸收液分别为10%～30%的乙醇水溶液；
固体残渣的浸取：在80℃～100℃下，用质量百分浓度为3%～10％的硫酸溶液浸取所述固体残渣，过滤得到酸浸液；
硫酸钙的制备：将所述酸浸液置入硫酸钙结晶釜中，并向该酸浸液中加入氯化铜晶种搅拌溶解，缓慢降至室温进行陈化，生成的硫酸钙晶须经压滤机过滤、干燥制得硫酸钙晶须；
氟硅酸钠的制备：将制备所述硫酸钙晶须后的滤液置于氟硅酸钠反应釜中，按照化学计量关系加入所述氟硅酸溶液生成氟硅酸钠沉淀，氟硅酸过量20%～100%，陈化后，再经压滤机过滤、洗涤、干燥制得氟硅酸钠；
氢氧化铝和硫酸铁的制备：将制备所述氟硅酸钠后的滤液经过阳离子交换树脂柱吸附Al3+和Fe3+，吸附后的液体加入到所述固体残渣中进行浸取处理；用稀硫酸溶液对吸附饱和的阳离子交换树脂柱进行洗脱，洗脱溶液通过泵打到萃取釜中用萃取剂P2O4与磺化煤油进行萃取，温度控制在80℃，萃取1.5小时～3小时，再经萃取分离器进行分层，下层水相通入到氢氧化铝中和反应釜中用氨水中和至pH≈7，陈化1小时～2小时后通过压滤机过滤、洗涤、干燥制得氢氧化铝；萃取分离器上层油相通过泵打到反萃取釜中，用4mol/L的硫酸溶液反萃取，温度控制在80℃，萃取1.5小时～3小时，溶液通到反萃取分离器中分层，下层水相制取硫酸铁，上层油相返回萃取釜继续萃取。
2.根据权利要求1所述的钠长石的分解工艺，其特征在于：所述钠长石分解步骤包括：先在100℃～200℃下对所述钠长石和所述萤石预加热15分钟～30分钟，除去原料中的水分，得到干燥的钠长石和萤石原料；再将98%的硫酸加入到所述干燥的钠长石和萤石原料中反应2小时～5小时得到含有硫酸钙、硫酸钠、硫酸铝和硫酸铁的固体残渣和含有氟化硅的气体生成物。
3.根据权利要求1所述的钠长石的分解工艺，其特征在于：所述气体的吸收步骤包括：所述气体生成物经所述一级吸收塔水解后进入一级浓相收集槽中，所述一级浓相收集槽收集的浓相物输送到氨解釜中进行氨解；所述一级浓相收集槽收集的液体溢流到一级吸收循环槽，经泵打回到一级吸收塔中继续吸收；由一级吸收塔出来的尾气进入所述二级吸收塔继续水解，所述二级吸收塔水解后的液体进入二级浓相吸收槽，所述二级浓相吸收槽收集的浓相物输送到氨解釜中进行氨解；所述二级浓相收集槽收集的液体溢流到二级吸收循环槽，经泵打回到所述二级吸收塔中继续吸收；检测所述一级吸收循环槽、所述二级吸收循环槽中的氟硅酸溶液中的氟离子浓度达到10mol/L时，吸收液达到饱和，将上述吸收液也输送到氨解釜中进行氨解和陈化处理。
4.根据权利要求1所述的钠长石的分解工艺，其特征在于：所述硫酸钙的制备步骤中所述氯化铜的加入量为所述固体残渣重量的1%～3%。
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