鉀長石的利用方法

2023-08-13 14:48:41

鉀長石的利用方法
【專利摘要】本發明公開了一種鉀長石的利用方法，該方法不僅能夠利用鉀長石製取磷酸氫二鉀，而且還可同時製取到其他的有價副產品。該方法步驟包括：1）將含有鉀長石、磷礦石、石灰石、白雲石和焦炭的原料破碎並混合後投入電爐進行反應，反應過程中產生的鉀的碳酸鹽伴隨黃磷氣體從電爐排出；2）將上述爐氣保持在黃磷露點溫度以上、碳酸鉀沸點溫度以下進行收塵，氣固分離出的黃磷氣體進入後續的磷酸製取工序；3）將上述電爐產生的爐渣、回收的鉀的碳酸鹽以及製取的磷酸分別傳送至同一反應容器內攪拌混合反應，對反應後的液相進行濃縮過濾，然後再將濾液結晶並脫液得到磷酸氫二鉀產品，對反應後的下部漿體脫液製得含磷酸氫鈣和磷酸氫鎂的複合物。
【專利說明】鉀長石的利用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及礦石資源的利用方法，尤其涉及一種鉀長石的利用方法。
【背景技術】
[0002]我國的鉀資源貧乏，鉀鹽儲量僅佔世界探明儲量的0.09%，但我國有豐富且分布極廣的鉀長石礦源，如能夠對這些鉀長石進行利用，可彌補我國鉀資源的嚴重不足。但由於鉀長石中氧化鉀含量低，加工利用難度大，所以一直並沒有得到很好的開發利用。目前，國內外對從鉀長石中提取鉀先後進行了多種工藝研究，綜合起來可分為:高爐冶煉法、熱壓法、敞開浸取和封閉恆溫法、熱分解水浸法、燒結法、低溫分解法和微生物法等等。

【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是提供一種鉀長石的利用方法，該方法不僅能夠利用鉀長石製取磷酸氫二鉀，而且還可同時製取到其他的有價副產品。
[0004]本發明鉀長石的利用方法的步驟包括:1)將含有鉀長石、磷礦石、石灰石、白雲石和焦炭的原料破碎並混合後投入電爐進行反應，反應過程中鉀長石中的鉀轉變為鉀的碳酸鹽形式存在，並伴隨由磷礦石中的磷轉變而成的黃磷氣體從電爐排出；2)將上述爐氣保持在黃磷露點溫度以上、碳酸鉀沸點溫度以下進行收塵，從而使黃磷氣體與鉀的碳酸鹽實現氣固分離，氣固分離出的黃磷氣體進入後續的磷酸製取工序，而鉀的碳酸鹽則回收待用；3)將上述電爐產生的爐渣、回收的鉀的碳酸鹽以及製取的磷酸分別傳送至同一反應容器內攪拌混合反應，對反應後的液相進行濃縮過濾，然後再將濾液結晶並脫液得到磷酸氫二鉀產品，對反應後的下部漿體脫液製得含磷酸氫鈣和磷酸氫鎂的複合物。
[0005]上述步驟I)中，鉀長石、磷礦石、石灰石、白雲石和焦炭中以焦炭為燃料，入爐後，在爐內下降並逐漸加熱，使物料中的水份先蒸發，當爐料溫度在910°C以上時，石灰石、白雲石將發生分解:CaC03 — CaO + CO2丨、CaCO3.MgCO3 — CaO + MgO + 2C0丨；電爐採取全密閉運行方式，電極可採取三相電極(三根或六根)在其額定功率左右工作，使進入電爐的混合料在溫度至1300°C左右時開始軟化，溫度繼續升高，爐料開始熔融形成半流動的糊狀物；當溫度高達1500°C左右時，這種半流動的糊狀物完全熔化，成了流動性良好的熔體，由於CaO、MgO等鹼性氧化物的作用，這時鉀長石失掉在晶格鍵位上的SiO2,從而鉀長石的礦化結構被破壞，氧化鉀揮發，並與爐氣中的二氧化碳發生反應生成碳酸鉀，在水蒸氣及大量CO2存在的情況下，生成的碳酸鉀部分轉化為碳酸氫鉀；而磷礦石則在1400— 1500°C下發生以下還原反應:4Ca5F (PO4) 3 + 21Si02 + 30C — 3Ρ4 ? + 30C0 ? + SiF4 ? + 20CaSi03，生成的高溫黃磷氣體上升，並攜帶鉀的碳酸鹽(包括碳酸鉀和碳酸氫鉀)從電爐排出。進入步驟2)後，應將上述爐氣保持在黃磷露點溫度(B卩187°C)以上、碳酸鉀沸點溫度(即333°C)以下進行收塵，這樣即可避免黃磷結露影響收塵效率且降低黃磷回收率，同時也可保證對鉀的碳酸鹽的回收效率。氣固分離出的黃磷氣體進入後續的磷酸製取工序，利用黃磷氣體製取磷酸的工藝為目前成熟的工業化技術，大致上為:黃磷氣體通過導氣管進入串聯的多個洗磷吸收塔，經濁度較低、溫度和壓力適宜的循環水噴淋冷卻，黃磷凝聚成液滴進入塔底受磷槽中，受磷槽中通入蒸汽加熱，保證黃磷熔融態，熔融態的黃磷通過泵輸送到黃磷燃燒器，黃磷轉化為五氧化二磷，燃燒器通入壓縮空氣和二次空氣保證黃磷充分轉化為五氧化二磷，五氧化二磷進入水噴淋塔，進行水吸收生產磷酸，磷酸進入磷酸接收槽。進入步驟3)後，把上述電爐產生的爐渣、回收的鉀的碳酸鹽以及製取的磷酸分別傳送至同一反應容器內攪拌混合反應，主要的反應方程式為:k2co3+h3po4 — k2hpo4+h2o+co2 ?，反應生成的磷酸氫二鉀進入液相，並通過濃縮過濾以及對濾液結晶並脫液製得磷酸氫二鉀產品，對反應後的下部漿體脫液可製得磷酸氫鈣和磷酸氫鎂複合物。反應容器內攪拌混合反應時，最好是將反應容器內反應終點時液相的#值控制在8.5 - 9，溫度控制在120 - 124°C，這時磷酸氫二鉀的產率更高。可見，上述鉀長石的利用方法將鉀長石的利用與黃磷、磷酸生產技術進行有機結合後，既能夠利用鉀長石製取磷酸氫二鉀，而且還可同時製取到含磷酸氫鈣和磷酸氫鎂的複合物，甚至還能夠輸出部分黃磷(即用部分黃磷氣生產磷酸，其餘黃磷輸出)，從而有效利用了鉀長石礦產資源。磷酸氫二鉀在主要用於:1、醫藥(青黴素、鏈黴素的培養劑)工業，還可用作滑石粉的脫鐵劑、pH調節劑；2、用作水質處理劑，微生物、菌類培養劑；3、食品工業用作配製麵食製品用鹼水的原料、發酵用劑、調味劑、膨鬆劑、乳製品的溫和鹼性劑、酵母食料，有時會被加入到奶茶粉中，也可用作飼料添加劑；4、在化學分析中用作緩衝劑，用於金屬的磷化處理中以及用作電鍍添加劑。含磷酸氫鈣和磷酸氫鎂的複合物可作為複合磷肥廣泛應用於農業生產。 [0006]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步的說明、本發明附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為本發明鉀長石利用方法的涉及及工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0008]如圖1所示，實施本發明的鉀長石利用方法的設備包括電爐100、收塵系統200、磷酸生產系統300、反應容器400 (帶攪拌裝置)、脫液裝置500、錯流過濾系統600、結晶釜700和脫液裝置800。收塵系統200可以採用機械除塵器(如重力除塵器、旋風除塵器)、電除塵器，但建議採用氣體除塵過濾器210，並且該氣體除塵過濾器210使用燒結金屬多孔材料過濾元件或燒結陶瓷多孔材料過濾元件，其過濾精度滿足將過濾後的氣體含塵量降低至10 - 20mg/m3以下，這樣既能夠確保氣體除塵過濾器210中過濾元件的耐高溫性能，而且對爐氣中粉塵的除塵效率也比機械除塵器和電除塵器高。當然，最好是將收塵系統200設置為二級收塵形式，前一級採用機械除塵器，後一級再採用上述氣體除塵過濾器210，這樣可以降低氣體除塵過濾器210的工作負荷，避免處理的灰塵量過大而頻繁反吹。上述氣體除塵過濾器210採用了帶有加熱器的反吹裝置211，氣體除塵過濾器210開車時可通過該反吹裝置211向氣體除塵過濾器210中注入惰性預熱氣體(優選氮氣)從而將其過濾元件預熱至187 °C以上(即黃磷的露點溫度，這樣可避免過濾時黃磷結露)，啟動反吹時該反吹裝置211向氣體除塵過濾器210中注入溫度為187°C以上、壓力為0.2-1.0MPa的惰性反吹氣體(優選氮氣)，氣體除塵過濾器210停車時(例如設備檢修時)向氣體除塵過濾器210中注入溫度為187°C以上的惰性置換氣體(優選氮氣)。磷酸生產系統300屬於現有設備，主要包括洗磷吸收塔、黃磷燃燒器、水噴淋塔以及磷酸接收槽310 (圖1中僅示出了磷酸接收槽310)，其工作原理為:黃磷氣體通過導氣管進入串聯的多個洗磷吸收塔，經濁度較低、溫度和壓力適宜的循環水噴淋冷卻，黃磷凝聚成液滴進入塔底受磷槽中，受磷槽中通入蒸汽加熱，保證黃磷熔融態，熔融態的黃磷通過泵輸送到黃磷燃燒器，黃磷轉化為五氧化二磷，燃燒器通入壓縮空氣和二次空氣保證黃磷充分轉化為五氧化二磷，五氧化二磷進入水噴淋塔，進行水吸收生產磷酸，磷酸進入磷酸接收槽310。脫液裝置500和脫液裝置800均可以採用板框壓濾機或離心機，實現液固分離。錯流過濾系統600包括錯流過濾器630、連接在反應容器400與錯流過濾器630之間的循環管路610以及設置在循環管路610上的循環泵620，其中，錯流過濾器630使用燒結金屬多孔材料過濾元件或燒結陶瓷多孔材料過濾元件，其過濾精度滿足將過濾後的濾液固含量降低至5 — 10mg/L以下，這樣既能夠確保錯流過濾器630中過濾元件的耐酸腐蝕性能，且過濾精度也很高。
[0009]使用上述設備的鉀長石利用方法，步驟包括:1)將含有鉀長石、磷礦石、石灰石、白雲石和焦炭的原料破碎並混合後投入電爐100進行反應，原料入爐後，在爐內下降並逐漸加熱，物料中的水份先備蒸發，當爐料溫度在910°c以上時，石灰石、白雲石將發生分解:CaCO3 — CaO + CO2 丨、CaCO3.MgCO3 — CaO + MgO + 2C0 丨，混合料在溫度至 1300°C左右時開始軟化，溫度繼續升高，爐料開始熔融形成半流動的糊狀物，當溫度高達1500°C左右時，這種半流動的糊狀物完全熔化，成了流動性良好的熔體，由於CaO、MgO等鹼性氧化物的作用，這時鉀長石失掉在晶格鍵位上的SiO2，從而鉀長石的礦化結構被破壞，氧化鉀揮發，並與爐氣中的二氧化碳發生反應生成碳酸鉀，在水蒸氣及大量CO2存在的情況下，生成的碳酸鉀部分轉化為碳酸氫鉀，磷礦石在1400— 1500°C下發生以下還原反應:4Ca5F(PO4)3 +21Si02 + 30C — 3P4丨+ 30C0丨+ SiF4丨+ 20CaSi03，該反應中的SiO2主要來自於磷礦石中，生成的高溫黃磷氣體上升，並攜帶鉀的碳酸鹽(包括碳酸鉀和碳酸氫鉀)從電爐排出。
2)將上述爐氣保持在200 - 333°C進入收塵系統200 (注意應先向氣體除塵過濾器210中注入高溫氮氣從而將其過濾元件預熱至187°C以上)，在200°C以上時，碳酸氫鉀完全轉變為碳酸鉀，333°C以下時，碳酸鉀為固體，這樣，通過收塵系統200收下的塵幾乎都是碳酸鉀和灰分，在氣體除塵過濾器210的運行過程中，間隔的啟動反吹時該反吹裝置211向氣體除塵過濾器210中注入溫度為187°C以上、壓力為0.2-1.0MPa的高溫氮氣作反吹氣，從而使過濾元件得以反覆反吹再生，由於使用了高溫氮氣進行預熱和反吹，因此過濾元件的溫度不會驟然下降而引發黃磷結露，汙染過濾元件。3)把上述電爐100產生的爐渣、收塵系統200回收的碳酸鉀以及磷酸生產系統300製取的磷酸分別傳送至同一反應容器400內攪拌混合反應，主要的反應方程式為:K2C03+H3P04 — K2HP04+H20+C02 ?，反應生成的磷酸氫二鉀進入液相，並通過錯流過濾系統600、結晶釜700和脫液裝置800分別進行濃縮過濾、結晶和脫液後製得磷酸氫二鉀產品反應容器400的下部漿體通過脫液裝置500脫液後可製得含磷酸氫鈣和磷酸氫鎂的複合物。
[0010]實施例1
[0011] 將鉀長石、磷礦石、石灰石、白雲石和焦炭破碎，篩分粒度3 — 35mm，按鉀長石18.3% (重量)、憐礦石24.2% (重量)、石灰石16.7% (重量)、白z?石16.6% (重量)、焦炭24.2%(重量)的比例投入電爐反應，其中磷礦石中磷的重量百分含量以P2O5計為20%左右，鉀長石中鉀的重量百分含量以K2O計為15%左右，電爐爐氣控制在220 - 250°C下進行收塵，分離出的黃磷氣體製取磷酸，然後把電爐100產生的爐渣、回收的碳酸鉀以及製取的磷酸攪拌混合反應，反應終點時液相的pH值控制在8.5 - 9，溫度控制在120 - 124°C，對反應後的液相進行濃縮過濾，然後再將濾液結 晶並脫液得到磷酸氫二鉀產品，對反應後的下部漿體脫液製得含磷酸氫鈣和磷酸氫鎂的複合物。該實施例對鉀長石中鉀的回收率可達到92%，磷礦石中磷的回收率達到90%。
【權利要求】
1.鉀長石的利用方法，其步驟包括: 1)將含有鉀長石、磷礦石、石灰石、白雲石和焦炭的原料破碎並混合後投入電爐(100)進行反應，反應過程中鉀長石中的鉀轉變為鉀的碳酸鹽形式存在，並伴隨由磷礦石中的磷轉變而成的黃磷氣體從電爐(100)排出； 2)將上述爐氣保持在黃磷露點溫度以上、碳酸鉀沸點溫度以下進行收塵，從而使黃磷氣體與鉀的碳酸鹽實現氣固分離，氣固分離出的黃磷氣體進入後續的磷酸製取工序，而鉀的碳酸鹽則回收待用； 3)將上述電爐(100)產生的爐渣、回收的鉀的碳酸鹽以及製取的磷酸分別傳送至同一反應容器(400)內攪拌混合反應，對反應後的液相進行濃縮過濾，然後再將濾液結晶並脫液得到磷酸氫二鉀產品，對反應後的下部漿體脫液製得含磷酸氫鈣和磷酸氫鎂的複合物。
2.如權利要求1所述的鉀長石的利用方法，其特徵在於:所述步驟2)中採取將爐氣保持在200°C以上進行收塵。
3.如權利要求1所述的鉀長石的利用方法，其特徵在於:步驟2)中採用一氣體除塵過濾器(210)對所述爐氣進行收塵，該氣體除塵過濾器(210)使用燒結金屬多孔材料過濾元件或燒結陶瓷多孔材料過濾元件，其過濾精度滿足將過濾後的氣體含塵量降低至10 -20mg/m3 以下。
4.如權利要求3所述的鉀長石的利用方法，其特徵在於:對所述氣體除塵過濾器(210)執行的操作還包括開車時向該氣體除塵過濾器(210)中注入惰性預熱氣體從而將其過濾元件預熱至187°C以上，啟動反吹時向氣體除塵過濾器(210)中注入溫度為187°C以上、壓力為0.2 — 1.0MPa的惰 性反吹氣體，停車時向氣體除塵過濾器(210)中注入溫度為187°C以上的惰性置換氣體。
5.如權利要求1至4中任意一項權利要求所述的鉀長石的利用方法，其特徵在於:將步驟3)中反應容器(400)內反應終點時液相的pH值控制在8.5 — 9，溫度控制在120 —124。。。
6.如權利要求1至4中任意一項權利要求所述的鉀長石的利用方法，其特徵在於:步驟3)中採用一錯流過濾系統(600)對反應物中的液相進行濃縮過濾，該錯流過濾系統(600)使用燒結金屬多孔材料過濾元件或燒結陶瓷多孔材料過濾元件，其過濾精度滿足將過濾後的濾液固含量降低至5 - 10mg/L以下。
7.如權利要求1至4中任意一項權利要求所述的鉀長石的利用方法，其特徵在於:步驟3)中採用板框壓濾機或離心機對反應後的下部漿體進行脫液製得含磷酸氫鈣和磷酸氫鎂的複合物。
8.如權利要求1至4中任意一項權利要求所述的鉀長石的利用方法，其特徵在於:步驟3)中採用板框壓濾機或離心機對結晶後的物質進行脫液製得磷酸氫二鉀產品。
【文檔編號】C01B25/34GK103910348SQ201410127096
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月31日 優先權日:2014年3月31日
【發明者】高麟, 汪濤, 樊彬 申請人:成都易態科技有限公司