CN105217658A - 一种明矾石直接加压酸浸提取钾铝的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种明矾石直接加压酸浸提取钾铝的方法，包括以下步骤：直接用硫酸加压浸取未经过焙烧的明矾石，浸取后的物料冷却后进行固液分离，滤渣用水洗涤，洗涤液返回降温反应后的物料，滤渣主要为石英渣，滤液经冷却析出主要含钾明矾的晶体，结晶母液作为循环母液返回反应器中配料反应。钾明矾晶体与石灰水调浆反应，洗涤过滤后得到主要含硫酸钾的溶液和含氢氧化铝石膏渣，含硫酸钾的溶液经浓缩结晶得到硫酸钾盐产品，含氢氧化铝石膏渣可采用拜耳法制得氢氧化铝产品和石膏副产品。本发明实现了明矾石矿石不经过高温焙烧，综合提取钾铝，钾铝浸出率高，反应温度低，生产能耗小，酸浸母液可循环利用，硫酸消耗可以接近矿石反应所需理论消耗，提取成本低。

Description

一种明矾石直接加压酸浸提取钾铝的方法

技术领域

本发明属于矿石综合利用领域，具体涉及一种明矾石加压酸浸提取钾铝工艺。

背景技术

我国是明矾石储量大国，存在大量原生及伴生明矾石矿，明矾石储量占世界总储量的60%。但是，目前我国的明矾石矿，由于能耗高，硫酸耗高，成本高，需要高温煅烧等因素，未得到高效利用生产钾肥以及氧化铝等，许多矿山存集有大量废弃的低品位明矾石，造成资源浪费，且易形成地质灾害。另外，由于其他矿床选矿造成的尾矿堆积，不仅造成资源浪费，而且侵占土地。因此，对低品位明矾石以及浮选尾矿中的明矾石进行综合利用，可保护环境，避免资源浪费。

明矾石是铝和钾的复杂碱性含水硫酸盐矿物，对明矾石的开发大多着眼于提取Al、K、S，工艺路线也因提取的目标产物不同而不同。目前国内外明矾石综合利用的工艺路线主要有酸法、碱法、酸碱联合法三大类。工艺中具有下列共同步骤：矿石破碎、焙烧脱水、提取、分离。这些方法在生产过程中都需要高温焙烧明矾石，造成废气排放量高同时能耗较高。而且在碱法中，存在S的提取难、碱液消耗量大以及K-Na、Al-Si分离困难等问题。采用酸法提取，具有K、Al浸出率高，Al-Si分离容易，生产周期短，工艺成熟简单等优点。

本发明针对目前各种明矾石提取钾铝的方法提出了一种明矾石直接加压酸浸提取钾铝的工艺，使明矾石不经过高温焙烧步骤直接酸浸提取钾铝，从而使工艺步骤简化，并大幅度的降低能耗成本，流程及产品系列合理。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种明矾石直接加压酸浸提钾铝的方法。首次采用不经高温焙烧的明矾石直接酸浸提取钾铝，大幅度降低了能耗、而且浸出率高，铝、钾的浸出率可达到95%以上，同时创造性的工艺特点使酸浸结晶母液循环浸取，硫酸消耗低，可接近矿石反应所需的理论消耗，提取成本低，效益好。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种明矾石直接加压提取钾铝的方法，包括以下步骤：

（1）将原料明矾石、硫酸和循环母液按一定比例投入到压力搅拌反应器中，在一定反应温度与压力下反应，获得浸取液；

（2）反应完成后，卸除反应器的压力到常压，打入滤渣洗涤液和添加剂溶液，待反应物料降低到80-110℃后，进行固液分离，获得滤液和主要成分是二氧化硅的滤渣；滤液经冷却到常温结晶、离心分离获得主要成分是钾明矾的结晶和循环母液，循环母液返回至压力搅拌反应器用作反应原料之一；用水对滤渣进行洗涤，滤渣洗涤液返回至反应器中用以降低反应后的物料温度；

（3）将步骤（2）的结晶与石灰水调浆反应，固液分离后获得含氢氧化铝的石膏渣和含硫酸钾的溶液；石膏需要洗涤，洗涤液返回与钾明矾晶体调浆；含硫酸钾的溶液经浓缩结晶获得含硫酸钾盐的产品，结晶硫酸钾的母液能返回至步骤（2）作为添加剂溶液；

（4）含氢氧化铝石膏通过采用拜耳法制得氢氧化铝产品以及石膏副产品。

步骤（1）中所述明矾石，氧化钾含量≥6wt%，氧化铝含量≥20wt%，颗粒大小≤100目，所述浓硫酸的浓度大于80wt%。

步骤（1）反应器中，反应温度为120-300℃，压力为0.2-2.5MPa，反应时间为30-200min，反应所需的热量通过夹套、反应热、硫酸稀释热的一种或多种方式获得。

在反应器中，硫酸来源于两部分，一部分为新补充的浓硫酸，一部分为循环母液中所含有的硫酸；明矾石与反应器中总硫酸（折100%）的质量比为：1:1-5，明矾石与新补充的浓硫酸中的硫酸（折100%）的质量比为：1:0.5-1.5；反应器中固液质量比为1:2-6。

步骤（2）所述的添加剂溶液为硫酸钾、硫酸铵、硫酸铯、硫酸铷等能与硫酸铝成矾的盐类中的一种或者多种的混合溶液；添加剂的用量以确保步骤（1）浸取液中75wt%以上的硫酸铝转化为明矾所需要的盐的摩尔量为准。

本发明的优点在于：

（1）本发明所提供的工艺中，明矾石不需要高温焙烧，利用硫酸直接加压浸取，工艺流程简单，生产能耗低；

（2）本发明所提供的工艺生产过程中不产生三氧化硫，硫酸根直接转化到产品当中，减少了对环境的污染；

（3）本发明循环利用酸浸母液，硫酸消耗可接近矿石反应所需的理论消耗，成本低，效果好，钾、铝浸取率可达到95%以上。

附图说明

图1为本发明工艺的流程图。

具体实施方式

本发明用下列实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不限于下列实施例。

实施例1

（1）硫酸浸提：

原料物料质量比为：明矾石:反应器中总硫酸（折100%）=1:3，原料明矾石与新补充的浓硫酸中的硫酸（折100%）的质量比为1:1.2，进入到压力搅拌反应器中反应，反应温度为220℃，反应时间为2小时，反应压力为2MPa，反应所需的热量通过夹套、反应热、硫酸稀释热的一种或多种方式获得；

（2）反应完成后，打入上一釜反应获得的滤渣洗涤液和明矾石反应获得的硫酸铝生成钾明矾所需要补充的硫酸钾量的硫酸钾溶液，待物料温度降低到85℃后，采用板框压榨过滤进行固液分离，获得主要成分是二氧化硅的滤渣及滤渣洗涤液，以及主要含硫酸铝和硫酸钾的滤液；该滤液经冷却到常温结晶得到钾明矾晶体；分离钾明矾晶体获得的滤液中含有稀硫酸及未结晶完全的硫酸钾等硫酸盐，该滤液为循环母液，返回下一次反应中配料反应；滤渣洗涤液也备用，返回下一次反应过程用于反应后降低反应浆料的温度；

（3）采用石灰水与钾明矾调浆反应，反应完成后固液分离，获得的滤液经浓缩结晶得到硫酸钾产品；在获得的滤渣中加入氢氧化钠，可进一步获得氢氧化铝产品和石膏渣副产品。

实施例2

（1）硫酸浸提：

原料物料质量比为：明矾石:反应器中总硫酸（折100%）=1:4，原料明矾石与新补充的浓硫酸中的硫酸（折100%）的质量比为1:1，进入到压力搅拌反应器中反应，反应温度为200℃，反应时间为1小时，反应压力为2MPa，反应所需的热量通过夹套、反应热、硫酸稀释热的一种或多种方式获得；

（2）反应完成后，打入上一釜反应获得的滤渣洗涤液和明矾石反应获得的硫酸铝生成钾明矾所需要补充的硫酸钾量的硫酸钾溶液，待物料温度降低到105℃后，采用板框压榨过滤进行固液分离，获得主要成分是二氧化硅的滤渣及滤渣洗涤液，以及主要含硫酸铝和硫酸钾的滤液；该滤液经冷却到常温结晶得到钾明矾晶体；分离钾明矾晶体获得的滤液中含有稀硫酸及未结晶完全的硫酸钾等硫酸盐，该滤液为循环母液，返回下一次反应中配料反应；滤渣洗涤液也备用返回下一次反应过程用于反应后降低反应浆料的温度；

（3）采用石灰水与钾明矾调浆反应，反应完成后固液分离，获得的滤液经浓缩结晶得到硫酸钾产品；在获得的滤渣中加入氢氧化钠，可进一步获得氢氧化铝产品和石膏渣副产品。

实施例3

（1）硫酸浸提：

原料物料质量比为：明矾石:反应器中总硫酸（折100%）=1:5，原料明矾石与新补充的浓硫酸中的硫酸（折100%）的质量比为1:1.5，进入到压力搅拌反应器中反应，反应温度为150℃，反应时间为3小时，反应压力为0.6MPa，反应所需的热量通过夹套、反应热、硫酸稀释热的一种或多种方式获得；

（2）反应完成后，打入上一釜反应获得的滤渣洗涤液和明矾石反应获得的硫酸铝生成钾明矾所需要补充的硫酸钾量的硫酸钾溶液，待物料温度降低到95℃后，采用板框压榨过滤进行固液分离，获得主要成分是二氧化硅的滤渣及滤渣洗涤液，以及主要含硫酸铝和硫酸钾的滤液；该滤液经冷却到常温结晶得到钾明矾晶体；分离钾明矾晶体获得的滤液中含有稀硫酸及未结晶完全的硫酸钾等硫酸盐，该滤液为循环母液，返回下一次反应中配料反应；滤渣洗涤液也备用返回下一次反应过程用于反应后降低反应浆料的温度；

（3）采用石灰水与钾明矾调浆反应，反应完成后固液分离，获得的滤液经浓缩结晶得到硫酸钾产品；在获得的滤渣中加入氢氧化钠，可进一步获得氢氧化铝产品和石膏渣副产品。

实施例4

（1）硫酸浸提：

原料物料质量比为：明矾石:反应器中总硫酸（折100%）=1:2，原料明矾石与新补充的浓硫酸中的硫酸（折100%）的质量比为1:1.0，进入到压力搅拌反应器中反应，反应温度为180℃，反应时间为2小时，反应压力为1MPa，反应所需的热量通过夹套、反应热、硫酸稀释热的一种或多种方式获得；

（2）反应完成后，打入上一釜反应获得的滤渣洗涤液和明矾石反应获得的硫酸铝生成钾明矾所需要补充的硫酸钾量的硫酸钾溶液，待物料温度降低到80℃后，采用板框压榨过滤进行固液分离，获得主要成分是二氧化硅的滤渣及滤渣洗涤液，以及主要含硫酸铝和硫酸钾的滤液；该滤液经冷却到常温结晶得到钾明矾晶体；分离钾明矾晶体获得的滤液中含有稀硫酸及未结晶完全的硫酸钾等硫酸盐，该滤液为循环母液，返回下一次反应中配料反应；滤渣洗涤液也备用返回下一次反应过程用于反应后降低反应浆料的温度；

（3）采用石灰水与钾明矾调浆反应，反应完成后固液分离，获得的滤液经浓缩结晶得到硫酸钾产品；在获得的滤渣中加入氢氧化钠，可进一步获得氢氧化铝产品和石膏渣副产品。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种明矾石直接加压酸浸提取钾铝的方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将明矾石、浓硫酸与循环母液投入到压力搅拌反应器中，反应得浸取液；

（2）反应完成后，卸除反应器的压力至常压，打入滤渣洗涤液和添加剂溶液，待反应物料温度降低到80-110℃后，进行固液分离，获得滤液和主要成分是二氧化硅的滤渣；用水对滤渣进行洗涤，滤渣洗涤液返回至反应器中用以降低反应后的物料温度；滤液经冷却到常温结晶、离心分离获得主要成分是钾明矾的结晶和循环母液，循环母液返回至压力搅拌反应器用作反应原料之一；

（3）将步骤（2）的结晶与石灰水调浆反应，固液分离后获得含氢氧化铝的石膏渣和含硫酸钾的溶液；对含氢氧化铝的石膏渣进行洗涤，洗涤液返回与结晶调浆；含硫酸钾的溶液经浓缩结晶制得含硫酸钾盐的产品，结晶硫酸钾的母液能返回至步骤（2）作为添加剂溶液；

（4）采用拜耳法对含氢氧化铝的石膏渣进行处理，制得氢氧化铝以及石膏。

2.根据权利1要求所述的明矾石直接加压酸浸提取钾铝的方法，其特征在于：步骤（1）中所述明矾石，氧化钾含量≥6wt%，氧化铝含量≥20wt%，颗粒大小≤100目，所述浓硫酸的浓度大于80wt%。

3.根据权利1要求所述的明矾石直接加压酸浸提取钾铝的方法，其特征在于：步骤（1）反应器中，反应温度为120-300℃，压力为0.2-2.5MPa，反应时间为30-200min，反应所需的热量通过夹套、反应热、硫酸稀释热的一种或多种方式获得。

4.根据权利1要求所述的明矾石直接加压酸浸提取钾铝的方法，其特征在于：在反应器中，硫酸来源于两部分，一部分为新补充的浓硫酸，一部分为循环母液中所含有的硫酸；明矾石与反应器中总硫酸的质量比为：1:1-5，明矾石与新补充的浓硫酸中的硫酸的质量比为：1:0.5-1.5；反应器中固液质量比为1:2-6。

5.根据权利1要求所述的明矾石直接加压酸浸提取钾铝的方法，其特征在于：步骤（2）所述的添加剂溶液为硫酸钾、硫酸铵、硫酸铯和硫酸铷中的一种或者多种的溶液；添加剂的用量以确保步骤（1）浸取液中75wt%以上的硫酸铝转化为明矾所需要的盐的摩尔量为准。