CN106276975A - 一种氢氧化钾的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氢氧化钾的制备方法，包括步骤：A、将氢氧化物加热至不超过300℃进行熔融，获得熔融物；B、将粉碎后的富钾岩石与碱性熔融助剂置于熔融物中，继续加热至不超过600℃，保温0.5h～5h获得第一混合物；其中，富钾岩石是指以K2O计时其质量百分数不低于8％的硅酸盐矿物；碱性熔融助剂与富钾岩石的质量之比为1:4～3:4；C、将第一混合物冷却至100℃～120℃后通入水，获得第二混合物，使该第二混合物在50℃～90℃下保温0.5h～6h，固液分离，获得第一滤渣和第一滤液；D、第一滤液经浓缩、冷却，析出氢氧化钾。根据本发明的氢氧化钾的制备方法，其以富钾岩石为原料，通过两次浸取即可获得氢氧化钾与其他氢氧化物的混合水溶液，工艺简单、安全、且能耗低。

Description

一种氢氧化钾的制备方法
技术领域
本发明属于碱制备技术领域，具体地讲，涉及一种氢氧化钾的制备方法。
背景技术
我国是一个农业大国，钾肥作为一种重要的战略农资，事关国家的粮食供给安全。目前，我国农作物钾肥市场年需求量约为460万吨(以K2O计)，加上工业用钾和合理库存，总的钾盐年需用量约为649万吨。预计到2020年，我国仅农作物钾肥市场需求量就可达到1000万吨。目前，我国钾肥生产能力有限，年生产量仅为320万吨左右(以K2O计)，无法满足国内市场的需求，每年钾肥需求量的30％左右需要进口；同时，我国水溶性钾盐资源严重短缺，钾资源总体储量以K2O计为1.36亿吨，仅占全球储量的1.64％。
我国富钾岩石(即以K2O计时，含钾量不低于8％的硅酸盐类矿物)资源十分丰富，具有种类多、分布范围广等特点，在火山岩、沉积岩、变质岩中都有存在，含钾岩石分布广泛，具有发展钾肥的有利条件。如南方的贵州地区含钾岩石矿点就有近百个，有十余个矿点的储量达到千万吨以上，仅铜仁矿带的储量就超过50亿吨。随着钾肥产能的逐步扩大，40年后，我国水溶性钾矿将面临资源枯竭的严重问题。据相关专家预计，仅贵州万山不可溶钾岩资源，至少可以开采500年。因此，利用富钾岩石资源生产钾肥势在必行。
目前，利用富钾岩石制备氢氧化钾的工艺几乎没有报道，在仅有的报道中，氢氧化钾也是作为一种中间产物，用于制备硝酸钾、氯化钾等钾盐。同时，在上述以氢氧化钾作为中间产物的制备工艺中，均需采用水为反应介质，且反应需在高于100℃以上的碱溶液体系进行，由此产生的水蒸气在反应设备内部造成了很大的蒸汽压，因此所用设备需为耐高压、耐高温、耐碱腐蚀的设备，这极大地增加了设备成本，且高压的制备工艺也存在着一定的操作风险。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种氢氧化钾的制备方法，其以富钾岩石为原料，通过两次浸取即可获得氢氧化钾水溶液，工艺简单、能耗低、且绿色环保。
为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种氢氧化钾的制备方法，包括步骤：A、将氢氧化物加热至不超过300℃进行熔融，获得熔融物；B、将粉碎后的富钾岩石与碱性熔融助剂置于所述熔融物中，继续加热至不超过600℃，并保温0.5h～5h，获得第一混合物；其中，所述富钾岩石是指将富钾岩石中的含钾化合物转化为K2O的形式后，所述K2O的质量百分数不低于8％的硅酸盐矿物；所述碱性熔融助剂与所述富钾岩石的质量之比为1:4～3:4；C、将所述第一混合物冷却至100℃～120℃后向其中通入水，获得第二混合物，使所述第二混合物在50℃～90℃下保温0.5h～6h，固液分离，获得第一滤渣和第一滤液；D、所述第一滤液经浓缩、冷却，析出氢氧化钾。
进一步地，所述碱性熔融助剂选自碳酸钠、碳酸钾、氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙、氧化镁、氢氧化镁、碳酸镁、硼砂、硼镁石中的至少一种。
进一步地，所述氢氧化物选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钡、氢氧化锶、氢氧化铷、氢氧化铯中的至少两种。
进一步地，在所述步骤B中，所述粉碎后的富钾岩石的粒径为50目～400目。
进一步地，所述富钾岩石与所述熔融物的质量之比为1:2～2:1。
进一步地，所述水与所述第一混合物的质量之比为1:2～2:1。
进一步地，在所述步骤D中，所述第一滤液经浓缩、冷却至-20℃～40℃，析出所述氢氧化钾。
进一步地，所述氢氧化钾析出后，分离所述第一滤液，获得第二滤液，所述第二滤液经蒸发分离，获得第三滤渣，所述第三滤渣并入所述步骤A的氢氧化物中。
进一步地，所述步骤C还包括：对所述第一滤渣进行洗涤并获得洗涤液，所述洗涤液并入所述第一滤液中。
进一步地，所述富钾岩石为钾长石、白榴石、海绿石、伊利石、含钾砂页岩中的至少一种。
本发明首先将氢氧化物熔融获得熔融物，再通过与碱性熔融助剂混合即可浸取富钾岩石中的钾，然后通过水浸及固液分离，即可获得氢氧化钾与其他氢氧化物的混合水溶液，最后通过浓缩、冷却等操作即可获得氢氧化钾，制备方 法简单，熔融过程加热温度不超过600℃，相比现有技术中的工艺，不仅避免了以水为介质的反应，不会产生较高的蒸汽压，因此对设备要求不高，且工艺更加安全；而且熔融温度较低，还能大幅降低提取过程中的能耗，降低制备成本。
具体实施方式
以下，将详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。
将理解的是，尽管在这里可使用术语“第一”、“第二”等来描述各种物质，但是这些物质不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个物质与另一个物质区分开来。
本发明公开了一种利用富钾岩石来制备氢氧化钾的方法；所述富钾岩石是指其中钾含量(以K2O的质量百分数计)不低于8％的矿物，也就是说，将该富钾岩石中的以各种形式赋存的含钾化合物转化为K2O的形式后，K2O的质量百分数不低于8％的硅酸盐矿物，如钾长石、白榴石、海绿石、伊利石、含钾砂页岩等主要成分为硅酸盐的矿物。
所述一种氢氧化钾的制备方法包括如下步骤：
在步骤一中，将氢氧化物加热至不超过300℃进行熔融，获得熔融物。
具体地，所述氢氧化物选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钡、氢氧化锶、氢氧化铷、氢氧化铯中的至少两种；优选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂中的至少两种。
在步骤二中，将粉碎后的富钾岩石及碱性熔融助剂置于熔融物中，继续加热至不超过600℃，并保温0.5h～5h，获得第一混合物。
具体地，富钾岩石与熔融物的质量之比为1:2～2:1，碱性熔融助剂与富钾岩石的质量之比为1:4～3:4。
优选地，所述富钾岩石粉碎至50目～400目，以获得更好的浸取效果。
所述碱性熔融助剂选自碳酸钠、碳酸钾、氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙、氧化镁、氢氧化镁、碳酸镁、硼砂、硼镁石中的至少一种。当然，在上述碱性熔融助剂的可选物质中，还可以是上述各物质的带有结晶水的水合物，如若采取 带有结晶水的物质作为碱性熔融助剂时，当其在加热过程中，其中的结晶水会受热逸出，因此仅需保证去除结晶水的阴、阳离子部分的质量之和为富钾岩石的质量的25％～75％即可，即碱性熔融助剂与富钾岩石的质量之比为1:4～3:4。
值得说明的是，碱性熔融助剂应当在与呈熔融状态的氢氧化物的混合过程中不发生分解，同时，也不得与上述氢氧化物之间发生沉淀等反应。
在步骤三中，将第一混合物冷却至100℃～120℃后向其中通入水，获得第二混合物，并使该第二混合物在50℃～100℃下保温0.5h～6h，固液分离，获得第一滤渣和第一滤液。
具体地，水与第一混合物的质量之比为1:2～2:1。
优选地，为减少浪费，可以以水作为洗涤剂，对所述第一滤渣进行洗涤，再将所获得的洗涤液并入第一滤液中。
在步骤四中，第一滤液经蒸发、浓缩、并冷却至-20℃～40℃，氢氧化钾析出，固液分离后，所得固相即为氢氧化钾。
值得说明的是，所述氢氧化物及碱性熔融助剂会造成富钾岩石中铝离子、铁离子等杂质离子的部分游离，从而产生絮状物；因此，当氢氧化钾析出后，固液分离具体采用如下方法：首先采用旋流分离除去第二混合物中的絮状物，然后采用如静置沥出—板框式压滤—离心分离等任意方法最终实现固液分离，以获得固相的氢氧化钾。
在获得固相的氢氧化钾的同时，还获得了第二滤液，第二滤液经蒸发分离，获得第三滤渣。值得说明的是，当第一熔融物由氢氧化物和碱性熔融助剂混合熔融获得，此时第三滤渣主要为所述氢氧化物和碱性熔融助剂，可将二者按照步骤一中的比例重新进行配置并循环利用；也就是说，所述第三滤渣并入步骤一中加以循环利用。
以下，将参照具体的实施例对根据本发明的氢氧化钾的制备方法进行详细的描述，为方便对各实施例进行对比，以表格的形式分析对比各实施例。实施例1-5在不同实验参数下的对比结果如表1所示。
表1根据本发明的实施例1-5在不同实验参数下的对比
对上述实施例1-5的氢氧化钾的制备方法的氢氧化钾的平均收率进行了统 计，如表2所示。
表2实施例1-5的制备方法中氢氧化钾的平均收率
实施例 1 2 3 4 5
氢氧化钾平均收率 ＞90％ ＞85％ ＞90％ ＞85％ ＞90％
根据本发明的实施例的氢氧化钾的制备方法采用低温熔盐体系(即熔融物)在不超过600℃的条件下浸取富钾岩石中的钾离子，该低温熔盐体系对于富钾岩石这类硅酸盐型岩石具有良好的浸润性，其可与富钾岩石粉体颗粒表面充分接触，而熔融物中高浓度的金属阳离子具有极高的交换活性，可获得较高的钾离子浸出率；较低的制备温度可有效降低提钾过程中的能耗，降低了制备成本。与此同时，本发明的制备方法通过两次在不同温度下的浸取可直接得到氢氧化钾与其他氢氧化物的混合水溶液，继而通过浓缩、冷却等操作即可获得氢氧化钾，相比于现有技术中的制备方法，工艺简单。本发明在熔盐浸取过程中几乎不产生蒸汽压，无需高压设备，提高了工艺的安全性。本发明所用的氢氧化物及水溶性盐(碱)类(即碱性熔融助剂)均可循环利用，所产生的硅酸盐类可直接用作水泥厂原料，工艺过程无需外排废液，工艺绿色环保。
虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。

Claims (10)

1.一种氢氧化钾的制备方法，其特征在于，包括步骤：
A、将氢氧化物加热至不超过300℃进行熔融，获得熔融物；
B、将粉碎后的富钾岩石与碱性熔融助剂置于所述熔融物中，继续加热至不超过600℃，并保温0.5h～5h，获得第一混合物；其中，所述富钾岩石是指将富钾岩石中的含钾化合物转化为K2O的形式后，所述K2O的质量百分数不低于8％的硅酸盐矿物；所述碱性熔融助剂与所述富钾岩石的质量之比为1:4～3:4；
C、将所述第一混合物冷却至100℃～120℃后向其中通入水，获得第二混合物，使所述第二混合物在50℃～90℃下保温0.5h～6h，固液分离，获得第一滤渣和第二滤液；
D、所述第一滤液经浓缩、冷却，析出氢氧化钾。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱性熔融助剂选自碳酸钠、碳酸钾、氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙、氧化镁、氢氧化镁、碳酸镁、硼砂、硼镁石中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述氢氧化物选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钡、氢氧化锶、氢氧化铷、氢氧化铯中的至少两种。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤B中，所述粉碎后的富钾岩石的粒径为50目～400目。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述富钾岩石与所述熔融物的质量之比为1:2～2:1。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水与所述第一混合物的质量之比为1:2～2:1。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤D中，所述第一滤液经浓缩、冷却至-20℃～40℃，析出所述氢氧化钾。
8.根据权利要求1或7所述的制备方法，其特征在于，所述氢氧化钾析出后，分离所述第一滤液，获得第二滤液，所述第二滤液经蒸发分离，获得第三滤渣，所述第三滤渣并入所述步骤A的氢氧化物中。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤C还包括：对所述第一滤渣进行洗涤并获得洗涤液，所述洗涤液并入所述第一滤液中。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述富钾岩石为钾长石、白榴石、海绿石、伊利石、含钾砂页岩中的至少一种。
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