一種利用亞熔鹽法處理鉀長石礦以製備碳酸鉀的方法
2023-05-01 00:39:11
一種利用亞熔鹽法處理鉀長石礦以製備碳酸鉀的方法
【專利摘要】本發明公開一種利用亞熔鹽法處理鉀長石礦以製備碳酸鉀的方法，該方法包括鉀長石礦在亞熔鹽NaOH液相介質中進行反應，NaOH溶液與鉀長石礦粉質量比為4:1~6:1；反應後酸化即得到含鉀母液；含鉀母液經酸化、過濾、蒸髮結晶後獲得純化的碳酸鈉和碳酸鉀產品。本方法的反應溫度為145~210℃，鉀溶出率在98%以上。本發明從鉀長石中提取可溶性鉀的方法克服了以往工藝中存在的缺陷，綜合利用鉀長石中的鉀、鋁、矽元素，具有能耗低，工藝簡單，無環境汙染等特點，為中低品位鉀長石礦的分解及深加工提出了一條新途徑。
【專利說明】一種利用亞熔鹽法處理鉀長石礦以製備碳酸鉀的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於礦產資源加工和無機金屬化合物製備工藝【技術領域】，具體涉及一種亞熔鹽法常壓下處理鉀長石礦製備碳酸鉀的方法。
【背景技術】
[0002]鉀長石是一種含鉀的鋁矽酸鹽礦物(KAlSi3O8),是三個同質多象變體透長石、正長石和微斜長石的總稱，理論上含K2O 16.9%，Si0264.7%，Al2O3 18.4%。我國鉀長石資源主要分布在安徽、內蒙古、黑龍江、新疆、四川、山西等23個省區，目前已報導的鉀長石礦源達60多個，其儲量約達79.14億噸，按平均含量折算成氧化鉀儲量約為9.20億噸。
[0003]鉀長石礦是分布最廣、儲量最大的非水溶性鉀資源。水溶性鉀鹽是鉀肥的主要來源，是我國最緊缺的非金屬礦產之一，我國目前已經探明的水溶性鉀鹽儲量僅佔世界總儲量約1%。我國鉀肥進口依存度達46.7%，鉀肥的供給嚴重受制於國際市場，制約現代農業的可持續發展。另一方面，水溶性鉀鹽(以碳酸鉀為例)是重要的無機化工基礎原料。自20世紀70年代初我國開發成功並投入工業化生產以來，我國碳酸鉀的需求量迅速逐年增長，應用日趨廣泛:化學工業中大量用作化肥脫碳劑，工業氣體中硫化氫、二氧化碳的清除劑；橡膠的防老劑；玻璃工業中被大量用於製造計算機顯示器、電視機顯像管玻殼、電子管、精密玻璃器皿及各種裝飾用特殊玻璃；此外碳酸鉀還被廣泛應用於電焊條、油墨、照相藥品、聚酯、炸藥、製革、電鍍、陶瓷、建材、水晶、鉀肥皂以及醫藥生產等領域。 [0004]針對鉀長石中所含的鉀資源，通過鉀長石深加工可以製取水溶性鉀鹽。以鉀長石礦資源為基礎，開發利用非水溶性鉀資源，彌補我國鉀資源嚴重短缺現狀，具有十分重要的經濟意義和戰略意義。
[0005]針對鉀長石中所含鉀的深加工綜合起來可分為:石灰石焙燒法、中溫分解法、高溫鹼熔法、燒結法、低溫分解法、微生物法等。其中燒結法和低溫分解法是兩種較為常用的方法。燒結法主要利用複合添加劑與鉀長石鍛燒，可在一定程度上降低反應溫度，但反應仍需在60(T850°C的反應爐中進行，能耗較大。低溫分解法則主要是在低溫(9(Tl50°C)下使用硫酸及含氟助劑與鉀長石反應，該法的特點是可綜合利用鉀長石，但鉀溶出率較低、殘渣對環境汙染嚴重，不利於生產工業化。其他方法在技術和經濟上都存在能量消耗大、成本高、工藝複雜、尾礦殘渣多等缺點。
[0006]近年來，亞熔鹽法作為高效清潔反應新系統和化工新過程被提出並得到應用。亞熔鹽法的特點在於可專門針對難溶性礦物質實現高效分解，解決了我國礦產資源豐富但利用率低的現狀。亞熔鹽法用於礦物質的高效分解已有許多專利和文獻報導。張懿等(YZhang.Green chemistry of chromate cleaner production[J].Chinese Journal ofChemistry.1999.17(3):258~266)建立了亞熔鹽液相氧化-反應分離耦合-介質內循環的鉻鹽清潔生產工業新模式，將鉻鐵礦分解後分離出了鉻酸鉀晶體；李蘭傑等(李蘭傑等.含釩尾渣NaOH亞熔鹽浸出提釩[J].過程工程學報.2011，11(5):747~754)研究了含釩尾渣NaOH亞熔鹽法分解過程中主要反應因素對釩浸出率的影響規律，獲得了最佳工藝參數，並對反應機理進行了探討；鍾莉等(鍾莉，張亦飛.亞熔鹽法回收赤泥[J].中國有色金屬學報.2008，18(1):70-73)採用亞熔鹽法對赤泥中的Al2O3和Na2O的回收進行研究，成功地在較低溫的條件下綜合回收赤泥中的Al2O3和Na20。中國專利200610007297X公開了一種由鈦鐵礦或高鈦渣亞熔鹽法清潔生產二氧化鈦和六鈦酸鉀晶須的方法，該法是基於鈦鐵礦或高鈦渣為原料在亞熔鹽KOH液相介質中與空氣發生氣-液-固多相反應。但是，將亞熔鹽用於分解鉀長石礦的文獻還未見報導。
【發明內容】
[0007]本發明目的在於提供一種在保證高溶出率的前提下降低能耗、簡化工藝且對環境更為友好的利用亞熔鹽法處理鉀長石礦以製備碳酸鉀的新方法。
[0008]為實現上述目的，本發明採用以下技術方案:
1)將鉀長石礦粉與氫氧化鈉亞熔鹽溶液以一定的配比混合，置於配有機械攪拌和冷凝回流的反應裝置中，在一定溫度和一定攪拌速率下進行反應；將反應產物進行抽濾並反覆洗滌，向所得濾液中通入CO2進行酸化中和，至溶液的pH為8、為止，再次經過抽濾，所得液體即為含鉀母液；
2)對含鉀母液經多次加熱蒸發、冷卻、酸化、結晶，分離所得的濾液即為碳酸氫鉀溶液；將所得碳酸氫鉀溶液進行純化後形成碳酸氫鉀晶體，煅燒後即製得工業級碳酸鉀成品。
[0009]本發明從含鉀母液到製成工業級碳酸鉀的過程是採用普通的方法和通用設備進行的。
[0010]在本發明方法中，鉀長石礦經破碎、除雜，得到的鉀長石精礦粉中K2O重量百分比含量為7.53%~16.90%，優選K2O重量百分比含量為7.53%~10.33%的中低品位鉀長石礦粉，精粉粒度大於150目。
[0011]在本發明的方法中，所述的亞熔鹽介質為NaOH水溶液，優選質量分數是50%~80%的NaOH水溶液。
[0012]在本發明的方法中，鉀長石礦粉與NaOH亞熔鹽溶液重量比為1:4.0-6.0，其中特別優選鉀長石礦粉與質量分數是50%~80%的NaOH亞熔鹽溶液重量比為1:4.0^6.0。
[0013]在本發明的方法中，固液混料的反應溫度優選為145~210°C，反應時間優選為120~180min,攬拌速率高於300r/min,優選為400r/min以上。
[0014]本發明中的含鉀母液酸化過程中生成的水合二氧化矽沉澱，可經過焙燒後得到白
炭黑O
[0015]本發明中含鉀母液在酸化後，分離出水合二氧化矽沉澱。過濾所得母液，在8(T90°C條件下進行蒸發濃縮，當母液的PH=ITlO時，有晶體析出，待溶液冷卻後進行二次酸化，至ρΗ=8~8.5時，進行過濾，分離出NaHCO3晶體。分離出的NaHCO3晶體經煅燒後的產品96、8%為優等純碳酸鈉，可作為工業級碳酸鈉使用。以上蒸發、冷卻、酸化、過濾的操作可以重複多次，至少兩次，一般為4飛次，當然次數越多分離純度越高，至NaHCO3完全被分離出來後，最終過濾得到的液體即為高濃度的碳酸氫鉀溶液。
[0016]本發明中的在純化 過程中，將碳酸氫鉀溶液蒸發至pH可以是在10的左右值，優選為10，使部分不純晶體析出，固液分離後的清液再次進行酸化，當至pH為8.5左右值，優選
8.5時，再將濾液進行結晶、分離、烘乾後即得到純的KHCO3晶體。[0017]本發明中CO2可回收利用，即在蒸發濃縮過程中產生的CO2和純化過程中產生的CO2,經除塵淨化後可循環使用。
[0018]該法克服了目前鉀長石礦綜合開發利用率低、耗能高、效益低等缺點，其工藝簡單、無廢氣、廢水、廢渣排放，為中低品位鉀長石礦的分解及深加工提出了一條新途徑。
[0019]本發明上述所用的鉀長石是一種含鉀的鋁矽酸鹽礦物，具有穩定的矽鋁、矽氧四面體結構。本發明選用K2O重量百分比含量為7.53%~16.90%的鉀長石粉，當然本發明的方法也可使用其它K2O含量的鉀長石粉。鉀長石礦通常要在1150°C以上開始熔融，接近1400°C時完全熔融。因此，為了降低能耗，一般採用添加助劑的方法來分解鉀長石，如常用的鹼熔法、燒結法等。以鉀長石-碳酸鈉體系為例，鉀長石的分解溫度可降至750-850°C。一方面因碳酸鈉的加入形成共熔體可降低體系的熔融溫度，另一方面碳酸鈉參加反應，即鉀長石與碳酸鈉發生固相分解反應導致穩定的矽(鋁)氧結構發生破壞。其他低溫分解法如鉀長石一磷礦一磷酸體系，磷酸分解磷礦生成可溶於水的Ca(H2PCM)2和HF，HF可分解鉀長石，Ca(H2PO4)2也可與鉀長石發生離子交換，使鉀長石中鉀轉化為水溶性鉀。又如在鉀長石一氧化鈣的水熱體系中，在OF作用下，首先形成表面富矽貧鋁的前驅聚合體；繼而這些前驅聚合體發生分解，與溶液中的Ca2+作用，最終轉變成為雪矽鈣石。這些方法都可在較低的溫度下進行，但需保證一定的壓力，能耗較大；且引入其他組分導致後續分離的困難；其反應的廢渣廢液會對環境造成汙染。本發明採用氫氧化鈉亞熔鹽體系分解鉀長石，可在低溫(低於200°C)常壓下進行。鹼溶液在亞熔鹽區域產生高活性氧負離子和氫氧根離子，與鉀長石晶格在界面發生02_交互取代作用，導致晶格畸變。同時，亞熔鹽作為水溶液與熔鹽中間態的非常規介質為整個反應提供了良好的流動環境，對反應物及產物均有一定的溶解能力，對反應體系起到良好的分散、傳遞作用，提高了反應速率。在良好的流動環境下鉀長石晶格結構中的K+快速地向晶格外部擴散，從而分解鉀長石礦實現提鉀目的。
[0020]本發明研究表明，隨著反應溫度、鹼溶液濃度、鹼礦比、反應時間的增加，鉀的溶出率迅速增大，但當超過一定值時鉀溶出率變化不明顯，這是因為溫度增大亞熔鹽介質粘度降低，所以亞溶鹽介質流動性能好，反應介質與鉀長石充分接觸，分解過程效率提高，亞溶鹽介質的活度增大，所以鉀溶出率逐漸增加，當到條件最佳時，亞熔鹽介質的活度最大，活性氧負離子最多，使鉀的溶出率達到最大；但超過最佳溫度點後，溫度對亞溶鹽介質的影響程度降低，所以鉀溶出變化不明顯。研究還發現，隨攪拌速度增大鉀溶出率增大，但影響較小.這是由於在最佳反應條件下，反應介質的流動性較好，液相可很好地與鉀長石進行接觸並高效反應，攪拌速度高於300r/min,優選為大於等於400r/min足以使鉀長石和亞熔鹽很好地反應。另外還發現，隨著鉀長石粒度減小，鉀溶出率增大，當粒度小於0.1mm後，鉀溶出率變化不大。這是因為隨粒度減小，鉀長石與亞熔鹽介質接觸面積增大，化學反應活性增高，導致分解過程強化，鉀溶出率增大`，所以，本發明選取粒度大於150目的鉀長石進行研究。研究發現，本發明的亞熔鹽溶液選用氫氧化鈉亞熔鹽溶液，其濃度為本領域常規濃度，在本發明中優選質量分數是50%~80%的氫氧化鈉溶液，當然其它濃度也可適用，只是效率非最佳。研究還發現，鉀長石礦粉與NaOH亞熔鹽溶液重量比為1:4.0~6.0，此時的NaOH濃度為本領域常規濃度，而當鉀長石礦粉與質量分數是50%~80%的NaOH亞熔鹽溶液重量比為1:4.0-6.0時，效果較佳。研究發現，本發明的在加溫和攪拌下進行反應其溫度和攪拌速度為本領域常規數值，當然較好的加溫反應溫度為145~210°C，反應時間為12(Tl80min，而反應時間超過ISOmin也可，但分解率影響不大，若少於2小時，也可使鉀長石礦分解，但分解率會小於98%。
[0021]本發明提供的利用亞熔鹽法常壓分解鉀長石的方法，其優點在於:
1、本發明使用NaOH亞熔鹽法分解鉀長石礦，其方法流程見圖1，與傳統分解方法相比，該法能在常壓下進行，且具有很好的液相流動性，極大地強化了反應和傳遞，從而大幅度地降低了反應溫度，縮短了反應時間，降低能耗的同時提高了生產效率；
2、本發明對鉀長石礦的分解率可達98%以上,見圖2為分解鉀長石礦前後的XRD譜圖。對其母液酸化、結晶、分離後，可製成工業級碳酸鈉和碳酸鉀，同時酸化後所產生的沉澱可用於製備白炭黑。所有酸化過程產生的CO2尾氣可回收利用，極大地提高了鉀長石資源的利用率；
3、本發明工藝流程簡單，生產過程無廢水、廢氣、廢渣排放，對環境更加友好，符合高效清潔生產的要求，工業實施可操作性強。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明一種亞熔鹽法常壓分解鉀長石礦的方法的流程圖。
[0023]圖2為本發明分解鉀長石礦前後的XRD譜比較圖，圖中a為分解前，b為分解後。
【具體實施方式】 [0024]下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細描述:
本發明使用NaOH亞熔鹽法分解鉀長石礦，其方法的流程見圖1，與傳統分解方法相比，該法可在常壓下進行，且具有很好的液相流動性，極大地強化了反應和傳遞，從而大幅度地降低了反應溫度，縮短了反應時間，降低能耗的同時提高了生產效率；下述實施例證明本發明對鉀長石礦的分解率可達98%以上,其分解鉀長石礦前後的XRD譜比較圖見圖2,圖中a為分解前，b為分解後。
[0025]實施例1
I)將K2O重量百分比含量為7.53%的經過處理粉碎到200目的鉀長石礦粉(即鉀長石精粉)與質量分數為60%的NaOH溶液按重量比為1:5的比例混合，待攪拌均勻後，在攪拌速率為400r/min，反應溫度為160°C的常壓條件下反應130min ;在室溫下冷卻後，將所得混合物過濾並反覆洗滌，得到含鉀濾液，其鉀的溶出率為98.58% ;將所得濾液轉移至三口燒瓶中，向所得濾液通入CO2進行酸化中和，酸化過程有白色沉澱產生，待溶液的pH降至8後停止反應，濾去沉澱(水合二氧化矽沉澱)；2)將過濾所得的澄清含鉀母液在80°C下進行蒸發、結晶，並回收蒸發出的CO2氣體，經除雜淨化後，可循環使用；在上述步驟2)的結晶步驟中待有少量晶體析出，母液的PH=9.5時，停止加熱，在常溫下對該母液進行CO2的第二次酸化，至pH=8，將第二次酸化後的母液過濾，得到NaHCO3結晶；就此按步驟2)的蒸發、結晶、酸化、過濾的操作重複5次，將其中的晶體NaHCO3完全分離，該晶體烘乾後經300°C煅燒製得工業級碳酸鈉，成品純度為96% ；3)將步驟2)中過濾掉晶體NaHCO3的濾液(即為高濃度的碳酸氫鉀溶液)蒸發至PH=IO,使部分不純物析出，過濾後用CO2對濾液再次進行酸化，至pH=8.5，再將酸化後的濾液在80°C下蒸發、結晶、分離、烘乾，即可得到碳酸氫鉀晶體；再對碳酸氫鉀晶體在300°C煅燒，即可製得碳酸鉀成品，其純度為97%。[0026]實施例2
I)將K2O重量百分比含量為16%經過處理粉碎到200目的鉀長石精粉與質量分數為80%的NaOH溶液按重量比為1:4的比例混合，待攪拌均勻後，置於帶有攪拌器的冷凝回流裝置中，在攪拌速率為400r/min，反應溫度為210°C的常壓條件下反應120min ;在室溫下冷卻後，將所得混合物過濾並反覆洗滌，得到含鉀濾液，其鉀的溶出率為98.25% ;將所得濾液轉移至三口燒瓶中，向所得濾液通入CO2進行酸化中和，酸化過程有白色沉澱產生，待溶液的PH降至8後停止反應，濾去沉澱(水合二氧化矽沉澱)；；2)將過濾所得的澄清含鉀母液在80°C下進行蒸發、結晶，並回收蒸發出的CO2氣體，經除雜淨化後，可循環使用；在上述步驟
2)的結晶步驟中待有少量晶體析出，母液的pH=9時，停止加熱，在常溫下對該母液進行CO2的第二次酸化，至pH=8.5，將第二次酸化後的母液過濾，得到一次NaHCO3結晶；就此按步驟
2)的蒸發、結晶、酸化、過濾的操作重複8次，將其中的晶體NaHCO3完全分離，烘乾該晶體後經300°C煅燒製得工業級碳酸鈉，產品純度為96.5% ；3)將步驟2)中過濾掉晶體NaHCO3的濾液蒸發至PH=IO,使部分不純物析出，過濾後對濾液再次進行酸化，至pH=8.5，再將濾液在80°C下蒸發、結晶、分離、烘乾，即可得到碳酸氫鉀晶體；再對碳酸氫鉀晶體進行煅燒，即可製得碳酸鉀成品，純度為96%。
[0027]實施例3
I)將K2O重量百分比含量為7.53%經過處理粉碎到150目的鉀長石精粉與質量分數為60%的NaOH溶液按重量比為1:4.5的比例混合，待攪拌均勻後，置於帶有攪拌器的冷凝回流裝置中，在攪拌速率為500r/min，反應溫度為150°C的常壓條件下反應135min ;在室溫下冷卻後，將所得混合物過濾並反覆洗滌，得到含鉀濾液，其鉀的溶出率為98.67% ;將所得濾液轉移至三口燒瓶中，向所得濾液通入CO2進行酸化中和，酸化過程有白色沉澱產生，待溶液的PH降至8後停止反應，濾去沉澱(水合二氧化矽沉澱)；2)將過濾所得的澄清含鉀母液在85°C下進行蒸發、結晶，並回收蒸發出的CO2氣體，經除雜淨化後，可循環使用；在上述步驟2)的結晶步驟中待有少量晶體析`出，母液的pH=9.5時，停止加熱，在常溫下對該母液進行CO2的第二次酸化，至pH=8，將第二次酸化後的母液過濾，得到一次NaHCO3結晶；就此按步驟2)的蒸發、結晶、酸化、過濾的操作重複6次，將其中的晶體NaHCO3完全分離，該晶體烘乾後經300°C煅燒製得工業級碳酸鈉，產品純度為95.5% ；3)將步驟2)中所過濾掉晶體NaHCO3的最後一次濾液蒸發至pH=10，使部分不純物析出，過濾後對濾液再次進行酸化，至pH=8.5，再將濾液在80°C下蒸發、結晶、分離、烘乾，即可得到碳酸氫鉀晶體；再對碳酸氫鉀晶體進行煅燒，即可製得碳酸鉀成品，純度為96%。
[0028]實施例4
I)將K2O重量百分比含量為16.09%經過處理粉碎到200目的鉀長石精粉與質量分數為50%的NaOH溶液按重量比為1:6的比例混合，待攪拌均勻後，置於帶有攪拌器的冷凝回流裝置中，在攪拌速率為400r/min，反應溫度為145°C的常壓條件下反應180min ;在室溫下冷卻後，將所得混合物過濾並反覆洗滌，得到含鉀濾液，其鉀的溶出率為98.06% ;將所得濾液轉移至三口燒瓶中，向所得濾液通入CO2進行酸化中和，酸化過程有白色沉澱產生，待溶液的PH降至8後停止反應，濾去沉澱(水合二氧化矽沉澱)；2)將過濾所得的澄清含鉀母液在80°C下進行蒸發、結晶，並回收蒸發出的CO2氣體，經除雜淨化後，可循環使用；在上述步驟2)的結晶步驟中待有少量晶體析出，母液的pH=10時，停止加熱，在常溫下對該母液進行CO2的第二次酸化，至pH=8.5，將第二次酸化後的母液過濾，得到一次NaHCO3結晶；就此按步驟2)的蒸發、結晶、酸化、過濾的操作重複4次，將其中的晶體NaHCO3完全分離，該晶體烘乾後經300°C煅燒製得工業級碳酸鈉，產品純度為97.1% ;3)將步驟2)中所過濾掉晶體NaHCO3的濾液(即高濃度KHCO3溶液)蒸發至pH=10，使部分不純物析出，過濾後對濾液再次進行酸化，至pH=8.5，再將濾液在80°C下蒸發、結晶、分離、烘乾，即可得到碳酸氫鉀晶體；再對碳酸氫鉀晶體進行煅燒，即可 製得碳酸鉀成品，純度為96.4%。
[0029]實施例5
I)將K2O重量百分比含量為10.53%經過處理粉碎到200目的鉀長石精粉與質量分數為70%的NaOH溶液按重量比為1:5的比例混合，待攪拌均勻後，置於帶有攪拌器的冷凝回流裝置中，在攪拌速率為300r/min，反應溫度為180°C的常壓條件下反應140min ;在室溫下冷卻後，將所得混合物過濾並反覆洗滌，得到含鉀濾液，其鉀的溶出率為99.01% ;將所得濾液轉移至三口燒瓶中，向所得濾液通入CO2進行酸化中和，酸化過程有白色沉澱產生，待溶液的PH降至8後停止反應，濾去沉澱(水合二氧化矽沉澱)；2)將過濾所得的澄清含鉀母液在80°C下進行蒸發、結晶，並回收蒸發出的CO2氣體，經除雜淨化後，可循環使用；在上述步驟2)的結晶步驟中待有少量晶體析出，母液的pH=9.5時，停止加熱，在常溫下對該母液進行CO2的第二次酸化，至pH=8.3，將第二次酸化後的母液過濾，得到一次NaHCO3結晶；就此按步驟2)的蒸發、結晶、酸化、過濾的操作重複5次，將其中的NaHCO3晶體完全分離，該晶體烘乾後經300°C煅燒製得工業級碳酸鈉，產品純度為97% ；3)將步驟2)中所過濾掉晶體NaHCO3的最後一次濾液蒸發至pH=10，使部分不純物析出，過濾後對濾液再次進行酸化，至pH=8，再將濾液在80°C下蒸發、結晶、分離、烘乾，即可得到碳酸氫鉀晶體；再對碳酸氫鉀晶體進行煅燒，即可製得碳酸鉀成品，純度為97.3%。
[0030]實施例6
I)將K2O重量百分比含量為10.53%的經過處理粉碎到200目的鉀長石精粉與質量分數為55%的NaOH溶液按重量比為1:5的比例混合，待攪拌均勻後，在攪拌速率為400r/min，反應溫度為150°C的常壓條件下反應135min ;在室溫下冷卻後，將所得混合物過濾並反覆洗滌，得到濾液，其鉀的溶出率為98.79% ;將所得濾液轉移至三口燒瓶中，向所得濾液通入CO2進行酸化中和，酸化過程有白色沉澱產生，待溶液的pH降至8後停止反應，濾去沉澱(水合二氧化矽沉澱)；2)將過濾所得的澄清含鉀母液在80°C下進行蒸發、結晶，並回收蒸發出的CO2氣體，經除雜淨化後，可循環使用；在上述步驟2)的結晶步驟中待有少量晶體析出，母液的PH=9.5時，停止加熱，在常溫下對該母液進行CO2的第二次酸化，至pH=8，將第二次酸化後的母液過濾，得到一次NaHCO3結晶；就此按步驟2)的蒸發、結晶、酸化、過濾的操作重複6次，將其中的NaHCO3完全分離，該晶體烘乾後經300°C煅燒製得工業級碳酸鈉，成品純度為95.89% ;3)將步驟2)中所過濾掉晶體NaHCO3的最後一次濾液蒸發至pH=10，使部分不純物析出，過濾後對濾液再次進行酸化，至pH=8.5，再將濾液在80°C下蒸發、結晶、分離、烘乾，即可得到碳酸氫鉀晶體；再對碳酸氫鉀晶體在300°C煅燒，即可製得碳酸鉀成品，其純度為96.04%ο
[0031]實施例7
I)將K2O重量百分比含量為13.67%的經過處理粉碎到180目的鉀長石精粉與質量分數為65%的NaOH溶液按重量比為1:5的比例混合，待攪拌均勻後，在攪拌速率為400r/min，反應溫度為170°C的常壓條件下反應125min ;在室溫下冷卻後，將所得混合物過濾並反覆洗滌，得到濾液，其鉀的溶出率為98.87% ;所得濾液轉移至三口燒瓶中，向所得濾液通入CO2進行酸化中和，酸化過程有白色沉澱產生，待溶液的PH降至8後停止反應，濾去沉澱(水合二氧化矽沉澱)；2)將過濾所得的澄清含鉀母液在80°C下進行蒸發、結晶，並回收蒸發出的CO2氣體，經除雜淨化後，可循環使用；在上述步驟2)的結晶步驟中待有少量晶體析出，母液的pH=9時，停止加熱，在常溫下對該母液進行CO2的第二次酸化，至pH=8，將第二次酸化後的母液過濾，得到一次NaHCO3結晶；就此按步驟2)的蒸發、結晶、酸化、過濾的操作重複6次，將其中的NaHCO3完全分離，該晶體烘乾後經300°C煅燒製得工業級碳酸鈉，成品純度為96.39% ;3)將步驟2)中所過濾掉晶體NaHCO3的最後一次濾液蒸發至pH=10，使部分不純物析出，過濾後對濾液再次進行酸化，至pH=8.5，再將濾液在80°C下蒸發、結晶、分離、烘乾，即可得到碳酸氫鉀晶體；再對碳酸氫鉀晶體在300°C煅燒，即可製得碳酸鉀成品，其純度為96.24%ο
[0032]實施例8
實施例1中分解鉀長石濾液經CO2酸化後所得白色沉澱為水合二氧化矽，將其打漿後在105°C下烘乾，400°C焙燒30min，`即可得到無定形二氧化矽，即白炭黑產品。
【權利要求】
1.一種亞熔鹽法常壓分解鉀長石礦以製備碳酸鉀的方法，其特徵在於，步驟如下: 1)將鉀長石礦粉與氫氧化鈉亞熔鹽溶液按配比混合，置於配有機械攪拌和冷凝回流的反應器中，在加溫和攪拌下進行反應；將反應後的漿料進行抽濾並反覆洗滌，向所得濾液中通入CO2進行酸化中和，至中和後溶液的pH為8~9，然後採用循環式真空水泵進行過濾，過濾後的液體即為含鉀母液； 2)對含鉀母液經加熱蒸發、冷卻、酸化、結晶，分離所得的濾液即為碳酸氫鉀溶液；將所得碳酸氫鉀溶液進行純化後形成碳酸氫鉀晶體，煅燒後即製得工業級碳酸鉀成品。
2.根據權利要求1所述的亞熔鹽法常壓分解鉀長石礦製備碳酸鉀的方法，其特徵在於:所述步驟I)中的鉀長石礦粉為K2O重量百分比含量為7.53%~16.09%的低中品位鉀長石粉，粒徑大於150目。
3.根據權利要求1所述的亞熔鹽法常壓分解鉀長石礦製備碳酸鉀的方法，其特徵在於:所述的氫氧化鈉亞熔鹽溶液的質量分數是50%~80%。
4.根據權利要求1所述的亞熔鹽法常壓分解鉀長石礦製備碳酸鉀的方法，其特徵在於:所述的鉀長石礦粉與質量分數是50%~80%的氫氧化鈉亞熔鹽溶液的重量比為1:4.0~6.0。
5.根據權利要求1或2或3或4所述的亞熔鹽法常壓分解鉀長石礦製備碳酸鉀的方法，其特徵在於:所述的反應溫度為145~210°C，反應時間為12(Tl80min。
6.根據權利要求1或2或3或4所述的亞熔鹽法常壓分解鉀長石礦製備碳酸鉀的方法，其特徵在於:所述步驟I)的CO2酸化中和獲得的沉澱，經過焙燒後得到白炭黑。
7.根據權利要求1或2或3或4所述的亞熔鹽法常壓分解鉀長石礦製備碳酸鉀的方法，其特徵在於:所述 步驟2)的含鉀母液在8(T90°C條件下進行蒸發濃縮，當所述母液的pH=9~10時,有晶體析出，過濾析出晶體後剩下的濾液待溶液冷卻後進行二次酸化,至pH=8^8.5時，進行過濾，分離出NaHCO3晶體。
8.根據權利要求7所述的亞熔鹽法常壓分解鉀長石礦製備碳酸鉀的方法，其特徵在於:所述的蒸發、冷卻、酸化、過濾的操作需步驟重複至少2次，使NaHCO3完全被分離出來，最終過濾得到的液體即為高濃度的碳酸氫鉀溶液。
9.根據權利I或7要求所述的亞熔鹽法常壓分解鉀長石礦製備碳酸鉀的方法，其特徵在於:所述的碳酸氫鉀溶液的純化過程是:將碳酸氫鉀溶液蒸發至PH=IO左右，使部分不純晶體析出，固液分離後的清液再次進行酸化，至pH=8.5左右，再將濾液進行結晶、分離、烘乾後即得到純的KHCO3晶體。
10.根據權利要求7或8所述的亞熔鹽法常壓分解鉀長石礦製備碳酸鉀的方法，其特徵在於:所述的蒸發濃縮產生的CO2和純化過程中產生的CO2,經除塵淨化後循環使用於酸化或者純化步驟。
【文檔編號】C01D7/00GK103663505SQ201310603110
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月23日 優先權日:2013年11月23日
【發明者】童躍進, 王穎, 彭茂欽, 黃金鳳, 彭功權, 郭菊花, 關懷民 申請人:福建師範大學, 福建省鑫晟礦業有限公司