CN106745085A - 一种基于钾长石的硫酸钾制取方法 - Google Patents

一种基于钾长石的硫酸钾制取方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于钾长石的硫酸钾制取方法，涉及化合物生产方法技术领域，包括如下步骤：S1、制备钾长石粉体；S2、碱溶脱硅反应；S3、酸浸溶钾反应；S4、硫酸钾析晶反应；S5、硅灰石的制备；S6、煅烧高岭土的制备；本发明所公开的基于钾长石的硫酸钾制取方法，加工过程条件温和，不存在设备严重腐蚀和贮销大量副产盐酸问题，工艺流程简单、钾长石资源利用率高、全流程K2O回收率达94.7％、硫酸钾产品质量优良、综合能耗较低等优势，两种副产品针状硅灰石、煅烧高岭土的性能良好，在涂料和纸张填料、重金属离子吸附和硅酸盐陶瓷工业等领域用途广泛。

Description

一种基于钾长石的硫酸钾制取方法
技术领域
本发明涉及化合物生产方法技术领域，特别是涉及一种基于钾长石的硫酸钾制取方法。
背景技术
钾长石是构成地壳的主要硅酸盐矿物之一。早在20世纪初，科学家就开始了利用钾长石制取钾盐的探索研究。其中对现今仍具有重要影响的制备硫酸钾技术主要有：钾长石酸解法，在60～100℃下钾长石可与H2SO4+H2SiF6反应生成K2SiF6，以H2SO4-(NH4)2SO4-CaF2为助剂，150～200℃下钾长石分解率达90％～96％，虽然该法反应温度低，但因助剂用量大，导致能耗甚至高出石灰石烧结法30.3％，还存在设备腐蚀严重、硫酸钾分离过程复杂、氟化物循环损耗，以及大量副产无机硅产品市场容量受限等难以克服的问题；钾长石烧结法，原料摩尔比为钾长石:石膏:碳酸钙为1:1:20～14，烧结温度1050℃，反应时间2～3小时，该法存在烧结物料量大、能耗高于石灰石烧结法、一次性资源消耗量大、硅钙渣排放量大不易处理等缺点。而以脱硫石膏为配料直接生产钾钙硅肥，则存在有效养分含量低、烧结过程环境相容性差等问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服现有硫酸钾制备方法存在助剂用量大，能耗高，设备腐蚀严重、分离过程复杂、氟化物循环损耗的缺陷，设计了一种基于钾长石的硫酸钾制取方法，不存在设备严重腐蚀和贮销大量副产盐酸问题，工艺流程简单、钾长石资源利用率高。
本发明所要求解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现：
一种基于钾长石的硫酸钾制取方法，包括如下步骤：
S1、制备钾长石粉体：取正长岩矿石，经破碎、粉磨至粒径小于74μm，得到颗粒含量大于90％的钾长石粉体，作为制取硫酸钾的原料；
S2、碱溶脱硅反应：水热条件下，将钾长石置于KOH溶液中，钾长石发生分解反应，脱去2/3的SiO2，固相产物为六方钾霞石，液相产物为硅酸钾溶液；
S3、酸浸溶钾反应：钾霞石在酸性介质中易于分解，K2O、Al2O3组分可被溶出，SiO2则呈现云霞状硅胶，调节H2SO4用量，可控制仅溶出K2O，得到近于纯净的K2SO4溶液，固相产物为铝硅滤饼，其化学成分与高岭石(Al2O3·2SiO2·2H2O)类似；
S4、硫酸钾析晶反应：将所得硫酸钾溶液经蒸发结晶，即制得硫酸钾产品；
S5、硅灰石的制备：硅灰石的制备包括沉硅反应和晶化反应；
S6、煅烧高岭土的制备：煅烧高岭土包括漂白除铁和高温煅烧；
所述碱溶脱硅反应的优化反应为取钾长石粉体5.0kg，KOH配比R1.0，液固质量比为3。混合物料置于容积25L的反应釜中，升温至260℃，恒温反应2小时，所得产物为钾霞石滤饼和硅酸钾碱液，分别用作后续制备硫酸钾和针状硅灰石的原料。
所述酸浸溶钾反应的优化反应为取钾霞石粉体(KX-1)1.0kg，液固质量比为5，在搅拌(150r·min-1)下加入硫酸(98％)过量20％，控制溶出温度为80℃，反应时间4小时，抽滤分离，得硫酸钾滤液(含一次洗液)8.7L，用于硫酸钾结晶反应。
所述硫酸钾析晶反应采用醇析法，可以减少蒸发量，将硫酸钾溶液蒸发至体积为5L，即液相体积恰好满足下一批次钾霞石酸浸反应用水，按照水/乙醇体积比为3:2加入乙醇，60℃下硫酸钾析出率为80.1％，醇析后余液升温至80℃，回收乙醇后循环利用。
所述沉硅反应过程为取硅灰石量取硅酸钾滤液(TS-1)200ml，按照nCaO/nSiO2＝1称取CaO；按液固质量比为10加入蒸馏水，搅拌均匀后倒入反应釜中，在搅拌(150r·min-1)下升温至160℃，恒温搅拌(50r·min-1)下反应1小时，倒出浆料过滤，热水洗涤滤饼，将水合硅酸钙滤饼在105℃下干燥2小时；
所述晶化反应为取水合硅酸钙试样83g(含水率64.0％)，按照液固质量比15加入蒸馏水，混合搅拌均匀，室温下陈化1小时，置于反应釜中。室温至120℃升温过程，搅拌速率为150r·min-1；继续升温至260℃，搅拌速率50r·min-1，静态反应1小时，通冷凝水冷却，过滤分离。
所述漂白除铁工艺过程为取液固质量比为6，NaClO溶液(质量分数为9％)20％，室温反应2小时；过滤后按液固质量比为6配制浆料，加入Na2S2O4(8％)、草酸(5％)，在80℃下反应2小时，过滤洗涤，得除铁后的铝硅滤饼。
所述高温煅烧为在700～900℃下煅烧1小时，所得制品的白度为87.2％～87.6％；取煅烧温度为900℃，煅烧时间为0.5～2小时，制品白度为87.5％～87.6％。
本发明所公开的基于钾长石的硫酸钾制取方法，以廉价钾长石为原料，加工过程条件温和，不存在设备严重腐蚀和贮销大量副产盐酸问题。而与芒硝烧结法相比，则本项技术的工艺流程简单、无须复杂的钾钠分离过程。与目前国内仍在研究的H2SO4-CaF2酸解法、CaSO4-CaCO3烧结法相比，本项技术具有钾长石资源利用率高、全流程K2O回收率达94.7％、硫酸钾产品质量优良、综合能耗较低等优势。两种副产品针状硅灰石、煅烧高岭土的性能良好，在涂料和纸张填料、重金属离子吸附和硅酸盐陶瓷工业等领域用途广泛。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。
一种基于钾长石的硫酸钾制取方法，包括如下步骤：
S1、制备钾长石粉体：取正长岩矿石，经破碎、粉磨至粒径小于74μm，得到颗粒含量大于90％的钾长石粉体，作为制取硫酸钾的原料；
S2、碱溶脱硅反应：水热条件下，将钾长石置于KOH溶液中，钾长石发生分解反应，脱去2/3的SiO2，固相产物为六方钾霞石，液相产物为硅酸钾溶液；
S3、酸浸溶钾反应：钾霞石在酸性介质中易于分解，K2O、Al2O3组分可被溶出，SiO2则呈现云霞状硅胶，调节H2SO4用量，可控制仅溶出K2O，得到近于纯净的K2SO4溶液，固相产物为铝硅滤饼，其化学成分与高岭石(Al2O3·2SiO2·2H2O)类似；
S4、硫酸钾析晶反应：将所得硫酸钾溶液经蒸发结晶，即制得硫酸钾产品；
S5、硅灰石的制备：硅灰石的制备包括沉硅反应和晶化反应；
S6、煅烧高岭土的制备：煅烧高岭土包括漂白除铁和高温煅烧；
碱溶脱硅反应的优化反应为取钾长石粉体5.0kg，KOH配比R1.0，液固质量比为3。混合物料置于容积25L的反应釜中，升温至260℃，恒温反应2小时，所得产物为钾霞石滤饼和硅酸钾碱液，分别用作后续制备硫酸钾和针状硅灰石的原料。
酸浸溶钾反应的优化反应为取钾霞石粉体(KX-1)1.0kg，液固质量比为5，在搅拌(150r·min-1)下加入硫酸(98％)过量20％，控制溶出温度为80℃，反应时间4小时，抽滤分离，得硫酸钾滤液(含一次洗液)8.7L，用于硫酸钾结晶反应。
硫酸钾析晶反应采用醇析法，可以减少蒸发量，将硫酸钾溶液蒸发至体积为5L，即液相体积恰好满足下一批次钾霞石酸浸反应用水，按照水/乙醇体积比为3:2加入乙醇，60℃下硫酸钾析出率为80.1％，醇析后余液升温至80℃，回收乙醇后循环利用。
沉硅反应过程为取硅灰石量取硅酸钾滤液(TS-1)200ml，按照nCaO/nSiO2＝1称取CaO；按液固质量比为10加入蒸馏水，搅拌均匀后倒入反应釜中，在搅拌(150r·min-1)下升温至160℃，恒温搅拌(50r·min-1)下反应1小时，倒出浆料过滤，热水洗涤滤饼，将水合硅酸钙滤饼在105℃下干燥2小时；
晶化反应为取水合硅酸钙试样83g(含水率64.0％)，按照液固质量比15加入蒸馏水，混合搅拌均匀，室温下陈化1小时，置于反应釜中。室温至120℃升温过程，搅拌速率为150r·min-1；继续升温至260℃，搅拌速率50r·min-1，静态反应1小时，通冷凝水冷却，过滤分离。
漂白除铁工艺过程为取液固质量比为6，NaClO溶液(质量分数为9％)20％，室温反应2小时；过滤后按液固质量比为6配制浆料，加入Na2S2O4(8％)、草酸(5％)，在80℃下反应2小时，过滤洗涤，得除铁后的铝硅滤饼。
高温煅烧为在700～900℃下煅烧1小时，所得制品的白度为87.2％～87.6％；取煅烧温度为900℃，煅烧时间为0.5～2小时，制品白度为87.5％～87.6％。
本发明所公开的基于钾长石的硫酸钾制取方法，以廉价钾长石为原料，加工过程条件温和，不存在设备严重腐蚀和贮销大量副产盐酸问题。而与芒硝烧结法相比，则本项技术的工艺流程简单、无须复杂的钾钠分离过程。与目前国内仍在研究的H2SO4-CaF2酸解法、CaSO4-CaCO3烧结法相比，本项技术具有钾长石资源利用率高、全流程K2O回收率达94.7％、硫酸钾产品质量优良、综合能耗较低等优势。两种副产品针状硅灰石、煅烧高岭土的性能良好，在涂料和纸张填料、重金属离子吸附和硅酸盐陶瓷工业等领域用途广泛。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (8)

1.一种基于钾长石的硫酸钾制取方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、制备钾长石粉体：取正长岩矿石，经破碎、粉磨至粒径小于74μm，得到颗粒含量大于90％的钾长石粉体，作为制取硫酸钾的原料；
S2、碱溶脱硅反应：水热条件下，将钾长石置于KOH溶液中，钾长石发生分解反应，脱去2/3的SiO2，固相产物为六方钾霞石，液相产物为硅酸钾溶液；
S3、酸浸溶钾反应：钾霞石在酸性介质中易于分解，K2O、Al2O3组分可被溶出，SiO2则呈现云霞状硅胶，调节H2SO4用量，可控制仅溶出K2O，得到近于纯净的K2SO4溶液，固相产物为铝硅滤饼，其化学成分与高岭石(Al2O3·2SiO2·2H2O)类似；
S4、硫酸钾析晶反应：将所得硫酸钾溶液经蒸发结晶，即制得硫酸钾产品；
S5、硅灰石的制备：硅灰石的制备包括沉硅反应和晶化反应；
S6、煅烧高岭土的制备：煅烧高岭土包括漂白除铁和高温煅烧。
2.根据权利要求1所述一种基于钾长石的硫酸钾制取方法，其特征在于：所述碱溶脱硅反应的优化反应为取钾长石粉体5.0kg，KOH配比R1.0，液固质量比为3。混合物料置于容积25L的反应釜中，升温至260℃，恒温反应2小时，所得产物为钾霞石滤饼和硅酸钾碱液，分别用作后续制备硫酸钾和针状硅灰石的原料。
3.根据权利要求1所述一种基于钾长石的硫酸钾制取方法，其特征在于：所述酸浸溶钾反应的优化反应为取钾霞石粉体(KX-1)1.0kg，液固质量比为5，在搅拌(150r·min-1)下加入硫酸(98％)过量20％，控制溶出温度为80℃，反应时间4小时，抽滤分离，得硫酸钾滤液(含一次洗液)8.7L，用于硫酸钾结晶反应。
4.根据权利要求1所述一种基于钾长石的硫酸钾制取方法，其特征在于：所述硫酸钾析晶反应采用醇析法，可以减少蒸发量，将硫酸钾溶液蒸发至体积为5L，即液相体积恰好满足下一批次钾霞石酸浸反应用水，按照水/乙醇体积比为3:2加入乙醇，60℃下硫酸钾析出率为80.1％，醇析后余液升温至80℃，回收乙醇后循环利用。
5.根据权利要求1所述一种基于钾长石的硫酸钾制取方法，其特征在于：所述沉硅反应：硅灰石量取硅酸钾滤液(TS-1)200ml，按照nCaO/nSiO2＝1称取CaO；按液固质量比为10加入蒸馏水，搅拌均匀后倒入反应釜中，在搅拌(150r·min-1)下升温至160℃，恒温搅拌(50r·min-1)下反应1小时，倒出浆料过滤，热水洗涤滤饼，将水合硅酸钙滤饼在105℃下干燥2小时。
6.根据权利要求1所述一种基于钾长石的硫酸钾制取方法，其特征在于：所述晶化反应：取水合硅酸钙试样83g(含水率64.0％)，按照液固质量比15加入蒸馏水，混合搅拌均匀，室温下陈化1小时，置于反应釜中。室温至120℃升温过程，搅拌速率为150r·min-1；继续升温至260℃，搅拌速率50r·min-1，静态反应1小时，通冷凝水冷却，过滤分离。
7.根据权利要求1所述一种基于钾长石的硫酸钾制取方法，其特征在于：所述漂白除铁：取液固质量比为6，NaClO溶液(质量分数为9％)20％，室温反应2小时；过滤后按液固质量比为6配制浆料，加入Na2S2O4(8％)、草酸(5％)，在80℃下反应2小时，过滤洗涤，得除铁后的铝硅滤饼。
8.根据权利要求1所述一种基于钾长石的硫酸钾制取方法，其特征在于：所述高温煅烧：在700～900℃下煅烧1小时，所得制品的白度为87.2％～87.6％；取煅烧温度为900℃，煅烧时间为0.5～2小时，制品白度为87.5％～87.6％。
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