一種從非水溶性含鉀巖石中提取鉀鹽的方法與流程

2023-10-24 13:45:27

本發明涉及資源、化工中的礦產高效開發利用領域，特別是涉及一種從非水溶性含鉀巖石中提取鉀鹽的方法。

背景技術：

我國非水溶性含鉀巖石資源極為豐富，且種類多、分布廣，在火山巖、沉積巖、變質巖中都存在含鉀巖石。以前只有K2O含量大於12％的含鉀巖石才被認為具有一定的工業開發價值，而大量K2O含量在8％-12％的含鉀巖石由於開發成本、環境問題等因素而被忽視。隨著國內水溶性鉀資源逐漸匱乏，鉀鹽市場需求逐年增加，對該類低品位含鉀巖石的高效開發已刻不容緩，因此，開發新型、清潔、高效的非水溶性含鉀巖石處理技術不僅可以緩解國內鉀礦資源供給不足、對外依存度高的現實問題，同時也為區域特色資源的綠色、高效開發提供一條出路。

我國對非水溶性鉀礦資源的開發利用始於20世紀50年代，提出了多種製取鉀鹽的方案和方法，概括起來可以分為火法和溼法兩大類。目前，現有的火法工藝多數以單一或混合無機鹽作助劑進行分解，存在焙燒溫度過高(>1000℃)，分解率較低(2)的缺陷。其改進的氫氟酸路線，儘管處理溫度大幅降低，但氫氟酸腐蝕性太強且價格相對較貴，同時還存在一定的環境問題；而溼法工藝多是在強鹼的水熱體系下進行，對原料的鉀含量要求較高，而強鹼的成本也較高，這些問題都困擾著非水溶性含鉀巖石提取鉀鹽的工業化生產。因此，開發一種短流程、低成本、環境友好的從非水溶性含鉀巖石提取鉀鹽的工藝，是實現儲量巨大、品位相對較低的非水溶性含鉀巖石生產鉀鹽的基礎，而其中助熔劑的選擇尤為關鍵。

技術實現要素：

本發明針對現有非水溶性含鉀巖石開發工藝路線的不足，提供一種既可以提高鉀的浸出率、又可適當降低焙燒溫度且對環境友好的從非水溶性含鉀巖石中提取鉀鹽的新方法。

本發明的從非水溶性含鉀巖石中提取鉀鹽的方法，包括以下步驟：

1)以非水溶性含鉀巖石為原料，添加CaCl2和Na2CO3作為混合助熔劑，將原 料與混合助熔劑充分混合；其中，所述原料與CaCl2和Na2CO3按1：(0.2-0.8)：(0.05-0.3)的質量比混合；

2)將步驟1)混合後的物料在950℃以下的條件下焙燒2-6小時，焙燒後的產物在90℃以下條件下用水浸出，經過濾獲得浸出液和濾渣；

3)將步驟2)的浸出液經過蒸髮結晶得到鉀鹽。

根據本發明的提取鉀鹽的方法，其中，優選地，步驟1)所述原料與CaCl2和Na2CO3按1：(0.3-0.6)：(0.1-0.3)的質量比混合。

根據本發明的提取鉀鹽的方法，其中，優選地，步驟2)所述焙燒溫度為750-900℃，進一步優選為，800-850℃。步驟2)所述焙燒時間優選為3-5小時。

根據本發明的提取鉀鹽的方法，其中，步驟2)所述浸出的液固質量比優選為(0.5-4)：1，進一步優選為(1-3)：1。步驟2)所述浸出的溫度優選為70-90℃，浸出的時間優選為2-4小時。

本發明的從非水溶性含鉀巖石中提取鉀鹽的方法，為進一步提高鉀鹽產品的質量，可以在步驟3)浸出液蒸髮結晶前對浸出液進行除鈣處理，除鈣方式可以是本領域的常規除鈣方法，例如通入CO2沉澱鈣等。

本發明所述的非水溶性含鉀巖石可以是任意種類的非水溶性含鉀巖石，不限於常見的鉀長石、黑雲母、霞石等。本發明可以處理品位較低的非水溶性鉀礦，尤其是可以處理鉀含量(以K2O記)低於9％的低品位鉀礦。

本發明通過對比不同助熔劑搭配試驗，發現氯化鈣與碳酸鈉作為複合助熔劑對於品位相對較低的非水溶性含鉀巖石中提取鉀鹽的浸出效果尤為理想，在焙燒溫度為950℃以下時，鉀的浸出率可達90％以上，且渣礦比僅為1-1.2，該工藝路線(圖1)為非水溶性含鉀巖石大規模工業化生產提供了可能。

附圖說明

圖1本發明的從非水溶性含鉀巖石中提取鉀鹽工藝流程圖。

圖2是非水溶性含鉀巖石礦樣的X光衍射圖。

圖3是實施例1所得氯化鉀樣品照片。

具體實施方式

本說明書中公開得任一特徵，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特徵加以替換。除非特別敘述，每個特徵只是一系列等效或者類似特徵中的一個例子而已。所述僅僅是為了幫助理解本發明，不應該視為對本發明的具體限制。

實施例1

將鉀含量為8.47％的非水溶性含鉀巖石粉碎至149微米(100目)以下，然後與助劑CaCl2、Na2CO3按1:0.4:0.05的質量比充分混合，在850℃的條件下焙燒3小時，焙燒後的產物用水浸出，在80℃條件下以液固比1:1進行磁力攪拌2小時，然後過濾，濾液經蒸髮結晶分離得到鉀鹽產品。

非水溶性含鉀巖石的X光衍射圖(XRD)結果顯示(圖2)，樣品的物相組成主要為石英和鉀長石。樣品的X射線螢光光譜分析結果顯示原礦中鉀的含量是8.47，而尾渣的鉀含量僅為0.63(表1)。該路線鉀的浸出率為91.8％；渣量與原礦的質量比為1.1。水洗液經結晶分離後得到氯化鉀樣品如圖3所示，其氯化鉀含量超過95％；水洗渣可用做建材或分子篩的原料。

表1、非水溶性含鉀巖石原礦及尾渣的X射線螢光光譜(XRF)分析結果

實施例2

將鉀含量為8.47％的非水溶性含鉀巖石粉碎至74微米(200目)以下，然後與助劑CaCl2、Na2CO3按1:0.4:0.05的質量比充分混合，在800℃的條件下焙燒4小時，焙燒後的產物用水浸出，在80℃條件下以液固比1:1進行磁力攪拌2小時，然後過濾，濾液經蒸發、結晶分離得到鉀鹽產品。本實例鉀的浸出率為90.1％。渣量與原礦的質量比為1.15：1。

實施例3

將鉀含量為7.96％的非水溶性含鉀巖石粉碎至149微米(100目)以下，然後與助劑CaCl2、Na2CO3按1:0.6:0.05的質量比充分混合，在900℃的條件下焙燒4小時，焙燒後的產物用水浸出，在80℃條件下以液固比3:1進行磁力攪拌2小時，然後過濾，濾液經蒸發、結晶分離得到鉀鹽產品。本實例鉀的浸出率為96.1％。渣量與原礦的質量比為1：1。

實施例4

將鉀含量為7.96％的非水溶性含鉀巖石粉碎至149微米(100目)以下，然後與助劑CaCl2、Na2CO3按1:0.7:0.05的質量比充分混合，在850℃的條件下焙燒4小時，焙燒後的產物用水浸出，在70℃條件下以液固比2:1進行磁力攪拌3小時，然後過濾，濾液經蒸發、結晶分離得到鉀鹽產品。本實例鉀的浸出率為92.6％。渣量與 原礦的質量比為1.1：1。

實施例5

將鉀含量為8.34％的非水溶性含鉀巖石粉碎至74微米(200目)以下，然後與助劑CaCl2、Na2CO3按1:0.4:0.1的質量比充分混合，在800℃的條件下焙燒4小時，焙燒後的產物用水浸出，在90℃條件下以液固比1:1進行磁力攪拌2小時，然後過濾，濾液經蒸發、結晶分離得到鉀鹽產品。本實例鉀的浸出率為91.6％。渣量與原礦的質量比為1.15：1。

實施例6

將鉀含量為8.34％的非水溶性含鉀巖石粉碎至149微米(100目)以下，然後與助劑CaCl2、Na2CO3按1:0.5:0.05的質量比充分混合，在800℃的條件下焙燒5小時，焙燒後的產物用水浸出，在85℃條件下以液固比0.5:1進行磁力攪拌4小時，然後過濾，向濾液中通入CO2沉澱鈣後再次過濾，將二次濾液經蒸髮結晶分離得到鉀鹽產品。本實例鉀的浸出率為90.5％。渣量與原礦的質量比為1.2：1。

實施例7

將鉀含量為8.54％的非水溶性含鉀巖石粉碎至74微米(200目)以下，然後與助劑CaCl2、Na2CO3按1:0.5:0.2的質量比充分混合，在950℃的條件下焙燒3小時，焙燒後的產物用水浸出，在80℃條件下以液固比4:1進行磁力攪拌2小時，然後過濾，向濾液中通入CO2沉澱鈣後再次過濾，將二次濾液經蒸發、結晶分離得到鉀鹽產品。本實例鉀的浸出率為98.3％。渣量與原礦的質量比為1：1。

實施例8

將鉀含量為7.96％的非水溶性含鉀巖石粉碎至149微米(100目)以下，然後與助劑CaCl2、Na2CO3按1:0.4:0.3的質量比充分混合，在900℃的條件下焙燒3小時，焙燒後的產物用水浸出，在80℃條件下以液固比4:1進行磁力攪拌2小時，然後過濾，濾液經蒸發、結晶分離得到鉀鹽產品。本實例鉀的浸出率為90.8％。渣量與原礦的質量比為1.15：1。

當然，本發明還可以有多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員可根據本發明的公開做出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明的權利要求的保護範圍。