CN106629802A - 一种利用钾长石亚熔盐法生产废渣的二氧化碳矿化方法 - Google Patents

一种利用钾长石亚熔盐法生产废渣的二氧化碳矿化方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及二氧化碳矿化领域，具体是一种利用钾长石亚熔盐法生产废渣的二氧化碳矿化方法，包括以下步骤：将破碎磨细后的钾长石矿粉、亚熔盐溶剂和氧化钙混合后反应，固液分离获得固体滤渣；将固体滤渣与水混合置于反应器中，固液比1:1‑1:100；通入CO2气体，控制CO2分压大于0.3MPa，温度在30‑400℃，搅拌速率为200‑800r/min，反应1‑4小时进行固液分离，获得含有碳酸钙的矿化产物。本发明采用该二氧化碳矿化方法，实现钾长石制备钾肥过程中产生硅酸盐废渣的再利用，为矿化固定CO2，实现CO2减排提供现实可行的新思路。

Description

一种利用钾长石亚熔盐法生产废渣的二氧化碳矿化方法
技术领域
本发明涉及利用矿物矿化CO2固碳技术领域，具体地说，是一种利用钾长石亚熔盐法生产废渣的二氧化碳矿化方法。
背景技术
我国水溶性钾资源和优质铝资源极度匮乏，可溶性钾资源已探明工业储量折合K2O只有1.3亿吨，无法满足我国农业可持续发展的需求。尤其近几年，我国钾肥自给率仅维持在50％左右，对外依存度依旧很大。另一方面，我国拥有丰富的钾长石、霞石、伊利石等含钾矿石资源，折合K2O储量超过200亿吨以上，是潜在的钾肥来源。利用此类非水溶性钾矿资源提取其中钾、铝元素对保障我国经济可持续发展的战略需要和粮食生产安全具有巨大的潜在经济价值和社会效益。
另一方面，全球CO2排放量逐年攀升，CO2减排已得到全球关注。目前大规模对CO2进行捕捉、封存的方法主要包括地质封存、海洋封存和矿化封存三种。矿化封存可将CO2转化为稳定的碳酸盐，可长期固定下来，或重新作为化工原料，以减少碳酸钙的使用。
自然界中钾长石具有稳定的架状结构，常温常压下几乎不能被任何酸、碱溶液分解。高效利用非水溶性钾矿的关键是以最低的能量代价破坏钾长石硅氧结构。目前采用亚熔盐法处理钾长石，可充分利用钾长石中丰富的资源，实现高效清洁生产，缓解我国钾肥短缺，保障我国农业和工业经济的可持续发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用钾长石亚熔盐法生产废渣的二氧化碳矿化方法，本方法以亚熔盐法处理含钾长石矿物的废渣为原料，在适当反应条件下与CO2发生矿化反应。
本发明的第一方面，提供一种利用钾长石亚熔盐法生产废渣的二氧化碳矿化方法，包括以下步骤：
A、将破碎磨细后的钾长石矿粉、亚熔盐溶剂和氧化钙混合后反应，固液分离获得固体滤渣；
B、将步骤A所得固体滤渣与水混合置于反应器中，固液比1:1-1:100；通入CO2气体，控制CO2分压大于0.3MPa，温度在30-400℃，搅拌速率为200-800r/min，反应1-4小时；
C、将步骤B矿化反应结束的物料进行固液分离，获得含有碳酸钙的矿化产物。
所述的步骤A的钾长石矿粉需要进行破碎磨细，达到平均粒度100-300目。
所述的步骤A的钾长石矿粉：亚熔盐溶剂：氧化钙的重量比为1：(3～6)：(1～4)。优选的，所述的步骤A的钾长石矿粉：亚熔盐溶剂：氧化钙的重量比为1：(4～5)：(2～3)。更优选的，所述的重量比为1:4:2.5。当氧化钙加入量为7.5g时，钾长石中K的浸出率较高，可达94.22％，且能有效地抑制Si的浸出，其浸出率低至46.53％。
所述的步骤A的亚熔盐溶剂是KOH或NaOH溶液，质量分数为40％-80％，能最大程度的破坏钾长石的结构，其中优选质量分数为70％-80％的KOH亚熔盐溶剂，反应3h就能完全破坏钾长石结构。
其中，步骤B所选的固液比、压力、温度、速率等经过实验验证是矿化率较好的条件。在条件范围内，可以有效提高矿化率，但是超出上述范围时，矿化率会大大降低。
其中，用于矿化CO2的原料主体为钾长石亚熔盐法生产的废渣，成分以假硅灰石(Ca3SiO9)和钙长石(CaAl2Si2O8)等硅酸钙盐为主。
优选的，所述的步骤B中通入的CO2气体可以是纯CO2气体，也可以是工业废气中吸附分离的CO2气体，CO2含量大于50％。
优选的，所述的步骤B矿化反应在加压三相反应器中进行。
优选的，所述的步骤C矿化反应后物料经固液分离后得到滤液可用于后续生产钾肥和相关铝盐产品，滤渣为以CaCO3为主的硅铝酸盐产品。
本发明优点在于：
本发明的利用钾长石亚熔盐法生产废渣的二氧化碳矿化方法，基于愈加严峻的资源问题，对于非水溶性钾矿的综合利用显得越来越重要，通过亚熔盐法处理该矿石可从中获得有价元素，并矿化二氧化碳，实现钾长石的综合利用，为矿化固定CO2，实现CO2减排提供现实可行的新思路。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明提供的具体实施方式作详细说明。
实施例1
步骤(1)：将钾长石矿进行破碎磨细，平均粒度100～200目。取10g钾长石矿粉、60g亚熔盐溶剂、10g氧化钙放入反应釜搅拌反应1h，进行过滤分离。
步骤(2)：取步骤(1)滤渣2g放入反应釜，加入50ml水，升温至160℃，通入CO2气体并使压力达到3Mpa，搅拌速率500r/min，2.5h。
步骤(3)：将步骤(3)降温至常温，泄压打开反应釜，将矿化后物料进行固液分离，固相为CaCO3矿化产品，液相为含钾铝溶液。
实施例2
步骤(1)：将钾长石矿进行破碎磨细，平均粒度200～300目。取20g钾长石矿粉、100g亚熔盐溶剂、20g氧化钙放入反应釜搅拌反应1.5h，进行过滤分离。
步骤(2)：取步骤(1)滤渣5g放入反应釜，加入100ml水，升温至160℃，通入CO2气体并使压力达到5Mpa，搅拌速率500r/min，3h。
步骤(3)：将步骤(3)降温至常温，泄压打开反应釜，将矿化后物料进行固液分离，固相为CaCO3矿化产品，液相为含钾铝溶液。
实施例1：提钾率为90.22％，矿化率为39.15％
实施例2：提钾率为90.34％，矿化率为46.05％
传统技术1：镁橄榄石在氯化钠和碳酸氢钠溶液中与CO2反应，温度：185℃，压力15Mpa，本发明矿化温度较低为160℃，并且压力也远远低于传统技术1，为5Mpa，矿化条件具有优势。
传统技术2：工业固废磷石膏热活化天然钾长石矿化CO2，钾长石/硫酸钙＝1:2，焙烧温度1200℃，矿化温度100℃，初始CO2压力4Mpa，提钾率87％，矿化率7.7％。本发明虽然矿化温度高于传统技术，但是矿化率远远高于7.7％，优势明显。
并且本发明采用钾长石反应后生成的固渣进行CO2矿化，既捕集了CO2又利用了固渣，实现了钾长石资源化。
以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可做出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种利用钾长石亚熔盐法生产废渣的二氧化碳矿化方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将破碎磨细后的钾长石矿粉、亚熔盐溶剂和氧化钙混合后反应，固液分离获得固体滤渣；所述的钾长石矿粉：亚熔盐溶剂：氧化钙的重量比为1：(3～6)：(1～4)；所述的亚熔盐溶剂是KOH或NaOH溶液，质量分数为40％-80％；
B、将步骤A所得固体滤渣与水混合置于反应器中，固液比1:1-1:100；通入CO2气体，控制CO2分压大于0.3MPa，温度在30-400℃，搅拌速率为200-800r/min，反应1-4小时；
C、将步骤B矿化反应结束的物料进行固液分离，获得含有碳酸钙的矿化产物。
2.根据权利要求1所述的利用钾长石亚熔盐法生产废渣的二氧化碳矿化方法，其特征在于，所述的步骤A的钾长石矿粉平均粒度100-300目。
3.根据权利要求1所述的利用钾长石亚熔盐法生产废渣的二氧化碳矿化方法，其特征在于，所述的亚熔盐溶剂是质量分数为70％-80％的KOH溶液。
4.根据权利要求1所述的利用钾长石亚熔盐法生产废渣的二氧化碳矿化方法，其特征在于，所述的步骤A的钾长石矿粉：亚熔盐溶剂：氧化钙的重量比为1：(4～5)：(2～3)。
5.根据权利要求1所述的利用钾长石亚熔盐法生产废渣的二氧化碳矿化方法，其特征在于，所述的步骤A的钾长石矿粉：亚熔盐溶剂：氧化钙的重量比为1:4:2.5。
6.根据权利要求1所述的利用钾长石亚熔盐法生产废渣的二氧化碳矿化方法，其特征在于，所述的步骤B中通入的CO2气体是纯CO2气体，或工业废气中吸附分离的CO2气体，CO2含量大于50％。
7.根据权利要求1所述的利用钾长石亚熔盐法生产废渣的二氧化碳矿化方法，其特征在于，所述的步骤B矿化反应在加压三相反应器中进行。
8.根据权利要求1所述的利用钾长石亚熔盐法生产废渣的二氧化碳矿化方法，其特征在于，所述的步骤C矿化反应后物料经固液分离后得到滤液可用于后续生产钾肥和相关铝盐产品，滤渣为以CaCO3为主的硅铝酸盐产品。
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